电池平衡管理电路及系统的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及电源领域，特别涉及一种多节电芯的电池平衡管理电路及系统。
【【背景技术】】
[0002]多节电池保护芯片对电池实现各种保护功能:充电过压保护、放电过压保护、放电过流保护、短路保护等。一般这里指的多节电池保护系统为多节电芯串联的系统。高性能的电池保护芯片还集成了对电芯电压进行平衡的功能。原因在于当电池长期使用后，由于每节电芯存在一定的制造差异，经过多次充电和放电后，每节电芯电压之间会产生较大差异，有的电芯电压较高，而有些电芯电压较低。当其中一节电芯电压低于放电过压阈值，而另一节电芯电压高于充电过压阈值时。此时该电池既不能充电也不能放电，处于报废状态。如果对这种电池充电，则导致电芯电压超过充电过压阈值的电芯爆炸；如果对该电池放电，则导致电芯电压低于放电过压阈值的电芯损坏。带电芯平衡功能的电池保护电路有助于减小电芯之间的电压差异，从而延长多节电芯的电池使用寿命。
[0003]目前比较广泛应用的现有技术为被动平衡策略，即将电芯电压较高的电芯进行限流放电，这种方式效率放电导致这些电芯能量完全浪费掉，而转换为不好的热量，增加电池内温度。而且被动平衡的策略，由于放电被限流(防止过热)，平衡能力有限，导致长期使用后，其寿命仍存在一定不必要的减小。
[0004]因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。
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【发明内容】
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[0005]本发明的目的在于提供一种电池平衡管理电路及系统，其可以主动对电芯电压差超过预定平衡差异阈值的两个电芯进行电压平衡，从而可以有效的延长了电池的寿命。
[0006]为了解决上述问题，本发明提供一种依次串联的多节电芯的电池平衡管理电路，其包括:一个或多个平衡电容；检测控制电路，其检测并比较各个电芯的电芯电压，在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值时，则借助所述平衡电容将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。
[0007]进一步的，所述电池平衡管理电路还包括:多对选通开关，其中每对选通开关对应一个电芯和一个平衡电容，并将对应的电芯的正负极连接至对应的平衡电容的两端，每个电芯对应一对或两对选通开关，每个平衡电容对应多对选通开关，每对选通开关包括第一选通开关和第二选通开关，第一选通开关的第一连接端与对应的电芯的正极相连，第一选通开关的第二连接端与对应的平衡电容的第一连接端相连，第二选通开关的第一连接端与对应的电芯的负极相连，第二选通开关的第二连接端与对应的平衡电容的第二连接端相连；选通控制电路，其控制每对选通开关中的第一选通开关和第二选通开关同时导通或同时关断，以将该对选通开关对应的电芯连接至对应的平衡电容上或断开该对选通开关对应的电芯与所述平衡电容的连接。
[0008]进一步的，所述平衡电容为一个，所述检测控制电路控制所述选通控制电路交替的将电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值的这两个电芯连接至所述平衡电容上，以借助所述平衡电容实现这两电芯的电能转移。
[0009]进一步的，所述检测控制电路在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值时，将此情况通知所述选通控制电路，所述选通控制电路通过控制对应的选通开关先控制这两个电芯中的一个连接至所述平衡电容上，使得所述平衡电容的两个连接端之间的电压等于被选通的电芯的正负极之间的电压，随后控制这两个电芯中的另一个连接至所述平衡电容上，使得所述平衡电容的两个连接端之间的电压等于被选通的电芯的正负极之间的电压。
[0010]进一步的，同一时刻只有一个电芯通过其对应的一对选通开关连接所述平衡电容，在交替将这两个电芯连接至所述平衡电容上时，中间设置有两个电芯都不连接至所述平衡电容上的预定死区时间。
[0011]进一步的，所述平衡电容为多个，每个平衡电容能够通过选通开关与对应的依次串联的多节电芯相连，相邻的两个平衡电容能够通过选通开关与对应的同一个电芯相连，所述检测控制电路在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯对应同一个平衡电容时，则启动级内电池平衡操作，所述级内电池平衡操作包括:控制所述选通控制电路交替的将电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值的这两个电芯连接至该同一平衡电容上，以借助该同一平衡电容实现这两电芯的电能转移；所述检测控制电路在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯不对应同一个平衡电容时，则启动级间电池平衡操作，所述级间电池平衡操作包括:借助该两个电芯对应的平衡电容、以及位于该两个电芯之间的平衡电容、以及这些被借助的平衡电容共同对应的电芯将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。
[0012]进一步的，所述检测控制电路在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯不对应同一个平衡电容时，两个电芯中电芯电压高的那个被称为高电压电芯，两个电芯中电芯电压低的那个被称为低电压电芯，高电压电芯对应的靠近低电压电芯的平衡电容被称为初始转移平衡电容，低电压电芯对应的靠近高电压电芯的平衡电容被称为最终转移平衡电容，初始转移平衡电容和最终转移平衡电容之间的平衡电容被称为中转平衡电容。所述级间电池平衡操作包括:将高电压电芯的能量传递至初始转移平衡电容上；将初始转移平衡电容上的能量通过共同对应的电芯传递至相邻的中转平衡电容上；将当前中转平衡电容上的能量通过共同对应的电芯传递至相邻的下一个中转平衡电容上，直到能量被传递至最终转移平衡电容上；将最终转移平衡电容上的能量传递至低电压电芯。
[0013]进一步的，如果初始转移平衡电容与最终转移平衡电容是相邻的，那么则没有中转平衡电容。
[0014]根据本发明的另一个方面，本发明提供一种电池平衡管理系统，其包括:多个电池平衡管理电路，负责依次串联的多节电芯的电池平衡管理，其中每个电池平衡管理电路负责依次串联的多节电芯中的部分电芯的电池平衡管理。每个电池平衡管理电路包括:一个平衡电容；多对选通开关，其中每对选通开关对应一个电芯和一个平衡电容，并将对应的电芯的正负极连接至对应的平衡电容的两端，每个电芯对应一对或两对选通开关，每个平衡电容对应多对选通开关，每对选通开关包括第一选通开关和第二选通开关，第一选通开关的第一连接端与对应的电芯的正极相连，第一选通开关的第二连接端与对应的平衡电容的第一连接端相连，第二选通开关的第一连接端与对应的电芯的负极相连，第二选通开关的第二连接端与对应的平衡电容的第二连接端相连；选通控制电路，其控制每对选通开关中的第一选通开关和第二选通开关同时导通或同时关断，以将该对选通开关对应的电芯连接至对应的平衡电容上或断开该对选通开关对应的电芯与所述平衡电容的连接；检测控制电路，其比较各个电芯的电芯电压，在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值时，则借助所述平衡电容将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。
[0015]进一步的，每个电池平衡管理电路包括有通讯模块，该通讯模块将所属的电池平衡管理电路负责的电芯的电芯电压以及接收到的其他电池平衡管理电路负责的电芯的电芯电压传递给与其相邻的电池平衡管理电路的检测控制电路，这样每个电池平衡管理电路的检测控制电路将会了解所有电芯的电芯电压情况，每个平衡电容能够与对应的依次串联的多节电芯相连，相邻的两个平衡电容能够与对应的同一个电芯相连，在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯对应同一个平衡电容时，则启动级内电池平衡操作，所述级内电池平衡操作包括:控制所述选通控制电路交替的将电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值的这两个电芯连接至该同一平衡电容上，以借助该同一平衡电容实现这两电芯的电能转移；在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯不对应同一个平衡电容时，则启动级间电池平衡操作，所述级间电池平衡操作包括:借助该两个电芯对应的平衡电容、以及位于该两个电芯之间的平衡电容、以及这些被借助的平衡电容共同对应的电芯将所述两个电芯中电芯电压较高的一个的电能转移至所述两个电芯中电芯电压较低的一个上。
[0016]进一步的，所述检测控制电路在发现有两个电芯的电芯电压的差值超过预定平衡差异阈值且该两个电芯不对应同一个平衡电容时，两个电芯中电芯电压高的那个被称为高电压电芯，两个电芯中电芯电压低的那个被称为低电压电芯，高电压电芯对应的靠近低电压电芯的平衡电容被称为初始转移平衡电容，低电压电芯对应的靠近高电压电芯的平衡电容被称为最终转移平衡电容，初始转移平衡电容和最终转移平衡电容之间的平衡电容被称为中转平衡电容。所述级间电池平衡操作包括:将高电压电芯的能量传递至初始转移平衡电容上；将初始转移平衡电容上的能量通过共同对应的电芯传递至相邻的中转平衡电容