电池主动均衡装置、芯片、电池管理系统及用电设备制造方法及图纸

本公开提供了一种电池主动均衡装置，包括：多个电池均衡器，每个电池均衡器对应电池组的一个电池单元，所述电池均衡器包括：电荷转移装置，所述电荷转移装置对电池单元的电荷进行转移；以及储能电容，所述储能电容至少将所述电荷转移装置转移的电荷转移到电池组中。本公开还提供一种芯片、电池管理系统及用电设备。备。备。

【技术实现步骤摘要】
电池主动均衡装置、芯片、电池管理系统及用电设备


[0001]本公开涉及电池主动均衡
，本公开尤其涉及一种电池主动均衡装置、芯片、电池管理系统及用电设备。

技术介绍

[0002]储能系统或者新能源汽车中，越来越多的大容量锂电池串联组成适合的电池系统，以提供负载所需要的工作电压(新能源汽车电机，储能的并网变流器等负载)。为了能够保证系统正常工作，以及尽可能的利用所有电池的能量存储空间，对锂电池的一致性提出了很高的需求。
[0003]在串联的电池系统组中，由于所有电池的放电电流相同，Q＝∫Idt，在相同时间内，所有电池充电或者放电的电荷相同。但是，锂电池的容量，由于工艺控制的偏差、杂质的存在、温度的差异等导致的锂电池之间的不一致性，每个锂电池的可存储容量，以及容量对应的电压存在差异，并且这些差异受到锂电池寿命、外部温度等条件的影响，这些差异也会发生变化。因此，这些锂电池本身特性的不一致性，以及外部条件(例如温度等)的不一致性，导致在相同的充电或者放电条件下，锂电池的剩余容量和端口电压不同。在实际使用过程中，串联电池组系统中，相对容量较低的电池，或者寿命老化了的电池，会首先达到放电欠压电压点，或者充电的满充电压点，及锂电池已经放空，或者已经充满。而达到放电欠压电压点，或者锂电池充满状态，就需要对该锂电池进行保护，停止充电或者放电。与此同时，整个串联电池组系统中，其他相对容量较大，健康状态较好的锂电池，还没有达到放空的状态或者充满的状态，仍然可以有能力继续放电或者存储更多的电荷/能量。因此，整个串联电池组的允许放电的能量和充电的能量，就会被最低的容量，或者老化最严重的电池限制。
[0004]电池均衡系统分为被动均衡和主动均衡。被动均衡只能在充电过程中起作用，让尽可能多的电荷存储尽所有的电池中。但是，在放电过程中，无法将尽可能多的能量释放出来。主动均衡由于其效率高效率，以及能量转移的方式，可以在实际使用过程中，在充电和放电过程中，都能够起到最大化电池容量利用率。
[0005]传统的主动均衡，可以采用飞跨电容(图1)，隔离电源(图2)，非隔离Buck
‑
Boost(图3)，隔离Flyback(图4)等方案。
[0006]如图1所示，采用相邻飞跨电容方案的主动均衡技术方案的控制方式简单，每周期转移容量ΔQ＝|V
BATn+1
‑
V
BATn
‑1|*C
Fly
，然而，该方案的转移效率受电压差影响，均衡精度受到器件压降的影响，电压差越小，到均衡后期均衡效率越低。
[0007]如图2所示，采用隔离电源方案的主动均衡技术方案的能量转移效率高且稳定，开关可以采用共源MOSFET或光耦合MOSFET，但开关数量较多，控制复杂，失效风险高，高压MOSFET成本贵，并且需要双向阻断，DC/DC用变压器隔离，生产成本高、失效成本高。
[0008]如图3所示，采用非隔离buck
‑
boost方案的主动均衡技术方案的能量转移效率高且稳定，但是相邻能量转移需要一级一级传递能量，损耗较大，且该方案电感数量较多，EMI设计困难，失效后易发生短路，存在安全隐患。
[0009]如图4所示，采用隔离Flyback方案的主动均衡技术方案中，每个电芯对应一个Flyback，转移能量高且稳定，但是变压器数量多，失效风险大，生产成本高，EMI设计困难。

技术实现思路

[0010]为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供一种电池主动均衡装置、芯片、电池管理系统及用电设备。
[0011]本公开的电池主动均衡装置、芯片、电池管理系统及用电设备通过以下技术方案实现。
[0012]根据本公开的一个方面，提供一种电池主动均衡装置，包括：
[0013]多个电池均衡器，每个电池均衡器对应电池组的一个电池单元，所述电池均衡器包括：
[0014]电荷转移装置，所述电荷转移装置对电池单元的电荷进行转移；以及，
[0015]储能电容，所述储能电容至少将所述电荷转移装置转移的电荷转移到电池组中。
[0016]根据本公开的至少一个实施方式的电池主动均衡装置，所述电荷转移装置设置在连接电池单元的两端的回路中，所述储能电容的一端连接电池组的正极端，所述储能电容的另一端连接电池组的负极端或接地。
[0017]根据本公开的至少一个实施方式的电池主动均衡装置，所述电荷转移装置对所述储能电容进行充电以将储能电容的电压提升至大于电池组电压的第一预设电压，所述储能电容基于所述大于电池组电压的第一预设电压对所述电池组充电。
[0018]根据本公开的至少一个实施方式的电池主动均衡装置，所述电荷转移装置为多级电荷泵。
[0019]根据本公开的至少一个实施方式的电池主动均衡装置，所述电荷转移装置通过第一电荷转移方向控制器件(例如二极管、场效应管、继电器等)对所述储能电容进行充电，所述电荷转移装置对所述储能电容充电时，所述第一电荷转移方向控制器件导通。
[0020]根据本公开的至少一个实施方式的电池主动均衡装置，在电池单元与电荷转移装置之间设置开关装置，所述开关装置导通时，电池单元经由电荷转移装置对所述储能电容进行充电，所述开关装置断开时，所述电荷转移装置停止向所述储能电容转移电荷。
[0021]根据本公开的至少一个实施方式的电池主动均衡装置，电池组的电池组电压通过所述电荷转移装置降低至第二预设电压，以对电池单元充电。
[0022]根据本公开的至少一个实施方式的电池主动均衡装置，电池组的电池组电压通过第二电荷转移方向控制器件(例如二极管、场效应管、继电器等)经由电荷转移装置降低至第二预设电压，所述第二电荷转移方向控制器件导通。
[0023]根据本公开的至少一个实施方式的电池主动均衡装置，在电池单元与电荷转移装置之间设置开关装置，开关装置导通时，电荷转移装置对电池单元进行充电，开关装置断开时，电荷转移装置停止对电池单元充电。
[0024]根据本公开的至少一个实施方式的电池主动均衡装置，在电池单元放电的上半周期，所述电荷转移装置对来自于电池单元的电荷进行累积，所述储能电容对来自于电池组的电池组电压的电荷进行累积；在电池单元放电的下半周期，所述电荷转移装置累积的电荷以及所述储能电容累积的电荷被转移至电池组。
[0025]根据本公开的至少一个实施方式的电池主动均衡装置，在电池单元充电的上半周期，所述电荷转移装置以及所述储能电容对来自于电池组的电池组电压的电荷进行累积，在所述电池单元充电的下半周期，所述电荷转移装置将电荷转移装置累积的电荷释放至电池单元。
[0026]根据本公开的至少一个实施方式的电池主动均衡装置，所述电荷转移装置包括开关组以及电荷转移电容，通过所述开关组将所述电荷转移电容连接在电池单元的两端所在的回路以对电荷转移电容进行充电或者将电荷转移电容累积的电荷释放至电池单元，或者将所述电荷转移电容与所述储能电容串联以对电池组充电或累积来自电池组的电池组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池主动均衡装置，其特征在于，包括：多个电池均衡器，每个电池均衡器对应电池组的一个电池单元，所述电池均衡器包括：电荷转移装置，所述电荷转移装置对电池单元的电荷进行转移；以及储能电容，所述储能电容至少将所述电荷转移装置转移的电荷转移到电池组中。2.根据权利要求1所述的电池主动均衡装置，其特征在于，所述电荷转移装置设置在连接电池单元的两端的回路中，所述储能电容的一端连接电池组的正极端，所述储能电容的另一端连接电池组的负极端或接地。3.根据权利要求1所述的电池主动均衡装置，其特征在于，所述电荷转移装置对所述储能电容进行充电以将储能电容的电压提升至大于电池组电压的第一预设电压，所述储能电容基于所述大于电池组电压的第一预设电压对所述电池组充电。4.根据权利要求3所述的电池主动均衡装置，其特征在于，所述电荷转移装置为多级电荷泵。5.根据权利要求3所述的电池主动均衡装置，其特征在于，所述电荷转移装置通过第一电荷转移方向控制器件对所述储能电容进行充电，所述电荷转移装置对所述储能电容充电时，所述第一电荷转移方向控制器件导通。6.根据权利要求5所述的电池主动均衡装置，其特征在于，在电池单元与电荷转移装置之间设置开关装置，所述开关装置导通时，电池单元经由电荷转移装置对所述储能电容进行充电，所述开关装置断开时，所述电荷转移装置停止向所述储能电容转移电荷。7.根据权利要求2所述的电池主动均衡装置，其特征在于，电池组的电池组电压通过所述电荷转移装置降低至第二预设电压，以对电池单元充电。8.根据权利要求7所述的电池主动均衡装置，其特征在于，电池组的电池组电压通过第二电荷转移方向控制器件经由电荷转移装置降低至第二预设电压，所述第二电荷转移方向控制器件导通。9.根据权利要求8所述的电池主动均衡装置，其特征在于，在电池单元与电荷转移装置之间设置开关装置，开关装置导通时，电荷转移装置对电池单元进行充电，开关装置断开时，电荷转移装置停止对电池单元充电。10.根据权利要求1所述的电池主动均衡装置，其特征在于，在电池单元放电的上半周期，所述电荷转移装置对来自于电池单元的电荷进行累积，所述储能电容对来自于电池组的电池组电压的电荷进行累积；在电池单元放电的下半周期，所述电荷转移装置累积的电荷以及所述储能电容累积的电荷被转移至电池组。11.根据权利要求10所述的电池主动均衡装置，其特征在于，在电池单元充电的上半周期，所述电荷转移装置以及所述储能电容对来自于电池组的电池组电压的电荷进行累积，在所述电池单元充电的下半周期，所述电荷转移装置将电荷转移装置累积的电荷释放至电池单元。12.根据权利要求11所述的电池主动均衡装置，其特征在于，所述电荷转移装置包括开关组以及电荷转移电容，通过所述开关组将所述电荷转移电容连接在电池单元的两端所在的回路以对电荷转移电容进行充电或者将电荷转移电容累积的电荷释放至电池单元，或者将所述电荷转移电容与所述储能电容串联以对电池组充电或累积来自电池组的电池组电压的电荷。
13.根据权利要求12所述的电池主动均衡装置，其特征在于，还包括第五开关，所述第五开关通过导通或关闭将所述储能电容连接至所述电池组的电池组电压或者使得所述储能电容与所述电荷转移电容串联。14.根据权利要求12或13所述的电池主动均衡装置，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：珠海迈巨微电子有限责任公司，
类型：新型
国别省市：