本发明专利技术公开了一种可单串独立工作的串联电池组自均衡装置及自均衡电芯，电池组中的每一电池串配备一套独立的自均衡装置，自均衡装置由电池串供电，自均衡装置包括电压检测单元，计时单元和放电单元；当检测到电池串电压超过均衡开启阈值后，对电池串开启指定时长的放电，放电结束后停止均衡，每一套自均衡装置可独立完成均衡的开启、运行和结束，用于维持或改善串联电池组的均衡状态；利用使用该自均衡装置的自均衡电芯组装成电池组，使得电池组自带均衡功能。自带均衡功能。自带均衡功能。
【技术实现步骤摘要】
可单串独立工作的串联电池组自均衡装置及自均衡电芯
[0001]本专利技术涉及串联电池组均衡
，尤其是一种可单串独立工作的串联电池组自均衡装置及使用该自均衡装置的自均衡电芯。
技术介绍
[0002]电芯指一节电池，通常也叫电芯、单体电芯或单体电池；电池串由若干个电芯并联在一起，电压不变，可容纳更多的电量，可以流出更大的电流；串联电池组由多个电池串串联组成，比单个电池串的电压更高，总功率更大。但是由于生产工艺差异、温度差异、微漏电、内部损伤等原因，各电池串的实时容量存在一定差异，这种差异随着使用时长的增加而不断累积，当出现个别电池串充电无法充满，而放电最先放空的情况时，就需要通过均衡技术使电池组容量最大化。
[0003]电池均衡分为主动均衡和被动均衡两大类。主动均衡通过能量转移的方法实现，具有效率高的优点，但由于结构复杂、风险高，并未被广泛使用；被动均衡主要通过将电压高的电池串的能量消耗掉，以提升电池电压的一致性，由于结构简单、可靠性高，得到广泛应用。但是现有被动均衡方式仍存在以下不足之处，特别是对于磷酸铁锂电池，效果不够好。
[0004]现有技术主要是在主控制器(MCU)的统筹控制下进行均衡，工作原理是位于高压区的电池前端采样芯片AFE采集所有电池串的电压等信息后，通过隔离通讯线路，统一送至位于低压区的MCU，MCU根据电压等信息运行均衡算法，再通过隔离通讯线路，控制位于高压区的电池前端采样芯片AFE自带的均衡管理单元的开启和关闭。此种均衡方式存在的缺点:1、如图1所示，为了维持均衡，整个主控制器MCU及其配套供电DC、隔离通讯等部件及芯片之间、模块之间通讯如I2C，UART，CAN，485等全部需要处于运行状态，除均衡本身外还要耗费额外的电能，对于电动大巴车，均衡持续需要20W左右的额外消耗，额外电能的耗费在长时间缓慢放电的均衡模式下尤为突出，因此目前市面上的电动车每次均衡时间通常控制在30min以内。2、主控制器(MCU)需要通讯来统筹管理所有电池串，需要众多通讯线路，对于大巴车150串以上的应用，特别是旧车加装大功率均衡设备的场景，由于之前的线束铺设配套模具已经成型，新加的通讯线束的铺设是一大难题。
[0005]传统电芯的内部不含控制设备，组成电池组后需要通过外加均衡设备，这就需要电池包厂家选购均衡设备，导致电池包开发难度加大。
技术实现思路
[0006]针对现有均衡方案存在的不足之处，本专利技术提供一种可单串独立工作的自均衡装置，可完成整个电池组的均衡工作。无需均衡主机统筹控制，无需配套隔离电源、隔离通讯装置配合工作，仅仅自均衡装置工作即可，特别是长时间均衡条件下，节能优势明显；可以省掉均衡模块和主机之间通讯线路及其布线工作量，降低施工难度，节省成本；特别是对于串数多，无法安装通讯线的应用，比如电动大巴车或其它电动汽车运行一年后需要加装均
衡设备，其模具定型无法加装通讯线束，装配便利性的优势更加明显。配备了自均衡装置的电芯，组成电池组后可以实现电池组的自动均衡，降低了电池包的开发难度。
[0007]第一方面，本专利技术保护一种可单串独立工作的串联电池组自均衡装置，串联电池组中的每个电池串配备至少一个用于改善或维持电池组均衡状态的自均衡装置，其特征在于，自均衡装置通过导体连接至电池串正负极，电池串为自均衡装置提供工作电压。
[0008]自均衡装置包括电压检测单元、计时单元、放电单元；电压检测单元用于检测电池串的电压，并与阈值电压做比较，输出比较结果；计时单元用于计时并输出计时结果；放电单元用于对电池串进行放电。
[0009]自均衡装置工作过程包括如下步骤：
[0010]S1:当电压检测单元检测到电池串两端的电压＞均衡开启阈值电压V
THB
后，放电单元开始对电池串进行放电，计时单元开始计时；
[0011]S2:计时时长达到预定时间Δt1，放电单元停止放电。进一步的，均衡开启阈值电压V
THB
＜电池串满充阈值电压V
THF
，Δt1＞80秒。
[0012]进一步的，电压检测单元通过电压比较器或ADC实现。
[0013]进一步的，步骤S1中放电单元开始对电池串进行放电，计时单元开始计，还必须满足：电池串电压持续高于均衡开启阈值V
THB
，持续时间Δt2＞220毫秒。
[0014]进一步的，自均衡装置工作还包括如下过程：计时单元计时过程中，再次出现电池串两端的电压大于均衡开启阈值V
THB
后，计时单元不重新启动计时。
[0015]进一步的，自均衡装置工作还包括如下过程：均衡禁止条件产生后放电单元被配置为禁止放电或终止放电；
[0016]均衡禁止条件至少包括以下条件中的一个：电池串电压V
i
＜最低均衡电压阈值V
THU
，电池串电压V
i
＞电压异常偏高阈值V
THO
，自均衡装置温度＞高温保护阈值T
THO
，环境温度＜低温保护阈值T
THU
。
[0017]进一步的，自均衡装置还包括温度保险丝，温度保险丝串联在自均衡装置供电通道中，自均衡装置温度高于保险丝极限温度后，温度保险丝断开，自均衡装置断电。
[0018]进一步的，计时单元包括时钟源和计数器，时钟源为RC振荡器或晶体振荡器，计数器由n个触发器级联组成，n＞21。
[0019]进一步的，计时单元的计时功能使用555系列定时器、MCU、专用集成电路、FPGA、PAL、PLD、GAL中的一种或一种以上的方式实现。
[0020]进一步的，放电单元包括放电电路，放电电路为恒流源放电电路、或者电阻放电电路、或者由二极管、稳压管、稳压电源之中的至少一种和电阻串联后组成的放电电路。
[0021]进一步的，自均衡装置接收到外部输入停止信号后，自均衡装置停止或终止均衡放电。
[0022]第二方面，本专利技术还保护一种自均衡电芯，这种自均衡电芯包括电芯和上述自均衡装置。
[0023]本专利技术通过使用可单串独立工作的自均衡装置和策略，实现了可单串独立工作，可实现全电池组均衡的效果，由于均衡放电期间不需要更多设备及隔离通讯协同工作，消耗更少的电量，更节能环保，同时也节省通讯线材，大大降低了安装施工难度，降低了成本。使用包括自均衡装置的自均衡电芯组成电池组，电池组自带均衡功能，降低了电池包的开
发难度。
附图说明
[0024]图1为主控制器统筹控制下均衡持续过程中各种配套组件工作状态示意图；
[0025]图2为本专利技术均衡持续过程中各种配套组件工作状态示意图；
[0026]图3为时钟分频示意图；
[0027]图4A为本专利技术一种基本形式的自均衡装置内部结构图；
[0028]图4B为本专利技术一种形式的自均衡装置内部结构图；
[0029]图5为MCU计时单元控制流程图；
[0030]图6为自均衡装置框图和自均本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可单串独立工作的串联电池组自均衡装置，串联电池组中的每个电池串配备至少一个用于改善或维持电池组均衡状态的自均衡装置，其特征在于，自均衡装置通过导体连接至电池串正负极，电池串为自均衡装置提供工作电压。自均衡装置包括电压检测单元、计时单元、放电单元；电压检测单元用于检测电池串的电压，并与阈值电压做比较，输出比较结果；计时单元用于计时并输出计时结果；放电单元用于对电池串进行放电。自均衡装置工作过程包括如下步骤：S1:当电压检测单元检测到电池串两端的电压＞均衡开启阈值电压V
THB
后，放电单元开始对电池串进行放电，计时单元开始计时；S2:计时时长达到预定时间Δt1，放电单元停止放电。2.根据权利要求1所述的串联电池组自均衡装置，其特征在于，均衡开启阈值电压V
THB
＜电池串满充阈值电压V
THF
，Δt1＞80秒。3.根据权利要求1所述的串联电池组自均衡装置，其特征在于，电压检测单元通过电压比较器或ADC实现。4.根据权利要求1所述的串联电池组自均衡装置，其特征在于，步骤S1中放电单元开始对电池串进行放电，计时单元开始计，还必须满足：电池串电压持续高于均衡开启阈值V
THB
，持续时间Δt2＞220毫秒。5.根据权利要求1所述的串联电池组自均衡装置，其特征在于，自均衡装置工作还包括如下过程：计时单元计时过程中，再次出现电池串两端的电压大于均衡开启阈值V
THB
后，计时单元不重新启动计时。6.根据权利要求1所述的串联电池组自均衡装置，其特征在于，自均衡装置工...
【专利技术属性】
技术研发人员：王天才，王新明，李书英，王芳，张正，王振廷，
申请(专利权)人：合肥品王新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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