本申請(qǐng)涉及電池充電領(lǐng)域，具體涉及一種用于電池組的主動(dòng)均衡裝置。

背景技術(shù)：

在電力領(lǐng)域，鋰電池以其能量密度高、體積小、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)逐漸成為電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能以及通信后備電源的主流動(dòng)力來源。

在實(shí)際使用時(shí)，鋰電池均采用電池組的形式。但鋰電池在生產(chǎn)時(shí)由于環(huán)境、生產(chǎn)機(jī)器等方面的原因會(huì)不可避免地出現(xiàn)的微小性能差異，這就導(dǎo)致了鋰電池組中的每個(gè)鋰電池可能出現(xiàn)每節(jié)電池的電壓值不同的情況，在多次使用后，這些電池的電壓差會(huì)逐漸增大，如果不及時(shí)進(jìn)行均衡處理，這些不斷增大的不一致性會(huì)導(dǎo)致鋰電池組的壽命提前耗盡。

目前常見的均衡方式是采用被動(dòng)均衡電路，該被動(dòng)均衡電路主要通過在每節(jié)電池單體兩端并聯(lián)一個(gè)功率電阻和開關(guān)，當(dāng)某節(jié)電池電壓較高時(shí)，吸合開關(guān)，消耗部分電量，直至達(dá)到均衡狀態(tài)。

這樣的均衡電路雖然可以在一定程度上對(duì)電池進(jìn)行均衡處理。但是，由于均衡過程是將電能轉(zhuǎn)化為熱能，尤其是在對(duì)由多電池組組成的電池陣列進(jìn)行均衡時(shí)，其散熱過程就必須配置相應(yīng)的冷卻設(shè)備，這就使得工業(yè)生產(chǎn)中的成本大大增加并且將電能轉(zhuǎn)化成熱能會(huì)造成無謂的電力浪費(fèi)；此外，如果散熱不合理的話，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電池組合均衡模塊溫度過高，導(dǎo)致電池加速衰減以及均衡模塊燒毀的后果。

申請(qǐng)內(nèi)容

本申請(qǐng)的目的是提供一種用于電池組的主動(dòng)均衡裝置，該主動(dòng)均衡裝置能夠?qū)囯姵亟M中電壓高的鋰電池中的電量轉(zhuǎn)化到電壓低的鋰電池中，取代了將電能轉(zhuǎn)化成熱能的均衡流程，同時(shí)采用多層均衡電路的組成形式，能夠同時(shí)對(duì)多電池組組成的電池陣列進(jìn)行均衡，不僅節(jié)約了能源，同時(shí)還降低了電池因?yàn)樯岵划?dāng)而導(dǎo)致壽命耗盡過快的風(fēng)險(xiǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于電池組的主動(dòng)均衡裝置，該主動(dòng)均衡裝置包括：多層均衡電路，每一層均衡電路包括至少一個(gè)均衡單元，每一個(gè)均衡單元包括串聯(lián)的兩個(gè)可控開關(guān)和一個(gè)電容器，該串聯(lián)的兩個(gè)可控開關(guān)連接到多個(gè)電池單元中的串聯(lián)的至少兩個(gè)電池單元的兩端，一個(gè)電容器連接在兩個(gè)可控開關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)與至少兩個(gè)電池單元中間節(jié)點(diǎn)之間，該中間節(jié)點(diǎn)將至少兩個(gè)電池單元分成電池單元數(shù)量相同的兩組電池單元；電壓傳感器，用于檢測(cè)每一個(gè)電池單元兩端的電壓；控制器，用于接收電壓傳感器檢測(cè)到的每一組電池單元兩端的電壓，根據(jù)該電壓逐層控制多層均衡電路中的每一層均衡電路執(zhí)行電壓均衡操作。

可選地，控制器可以用于：針對(duì)每一層均衡電路，控制該層均衡電路中的均衡單元間隔執(zhí)行電壓均衡操作。

可選地，控制器可以用于：針對(duì)每一個(gè)均衡單元，判斷檢測(cè)到的該均衡單元連接的兩組電池單元中的一組電池單元兩端的電壓是否大于另一組電池單元兩端的電壓；在判斷一組電池單元兩端的電壓大于另一組電池單元兩端的電壓的情況下，閉合該均衡單元中的兩個(gè)可控開關(guān)中與一組電池單元對(duì)應(yīng)的第一可控開關(guān)，使得一組電池單元給該均衡單元中的電容器充電；在給電容器充電結(jié)束后，斷開第一可控開關(guān)，閉合兩個(gè)可控開關(guān)中的第二可控開關(guān)，使得電容器對(duì)另一組電池單元進(jìn)行充電，以均衡兩組電池單元兩端的電壓。

可選地，控制器可以用于：判斷兩組電池單元兩端的電壓的差值是否大于預(yù)設(shè)值；在判斷兩組電池單元兩端的電壓的差值大于預(yù)設(shè)值的情況下，閉合第一可控開關(guān)，以使得一組電池單元對(duì)電容器充電。

可選地，在判斷一組電池單元兩端的電壓大于另一組電池單元兩端的電壓的情況下，閉合該均衡單元中的兩個(gè)可控開關(guān)中與一組電池單元對(duì)應(yīng)的第一可控開關(guān)，使得一組電池單元給該均衡單元中的電容器充電包括：如果兩組電池單元兩端的電壓的差值減小到初始差值的一半，則斷開第一可控開關(guān)，以停止給電容器充電，該初始差值為開始給電容器充電時(shí)兩組電池單元兩端的電壓的差值。

可選地，控制器還可以用于：在檢測(cè)到兩組電池單元兩端的電壓都小于預(yù)定電壓的情況下，不對(duì)兩組電池單元進(jìn)行均衡。

可選地，多層均衡電路中的第一層均衡電路中的每一個(gè)均衡單元所連接的電池單元的數(shù)量可以為2個(gè)。

可選地，多層均衡電路中的最后一層均衡電路可以包括一個(gè)均衡單元，與該一個(gè)均衡單元連接的兩組電池單元中的每一組電池單元的數(shù)量為多個(gè)電池單元的數(shù)量的一半。

可選地，多層均衡電路中的下一層均衡電路中的每一個(gè)均衡單元所連接的電池單元的數(shù)量是多層均衡電路中的上一層均衡電路中的每一個(gè)均衡單元所連接的電池單元的數(shù)量的兩倍。

可選地，該控制器可以為電池管理系統(tǒng)(batterymanagementsystem，bms)。

通過上述技術(shù)方案，該主動(dòng)均衡裝置能夠?qū)囯姵亟M中電壓高的鋰電池中的電量轉(zhuǎn)化到電壓低的鋰電池中，取代了將電能轉(zhuǎn)化成熱能的均衡流程，同時(shí)采用多層均衡電路的組成形式，能夠同時(shí)對(duì)多電池組組成的電池陣列進(jìn)行均衡，不僅節(jié)約了能源，同時(shí)還降低了電池因?yàn)樯岵划?dāng)而導(dǎo)致壽命耗盡過快的風(fēng)險(xiǎn)。

本申請(qǐng)的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本申請(qǐng)，但并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的限制。在附圖中：

圖1是根據(jù)本申請(qǐng)的一實(shí)施方式的用于電池組的主動(dòng)均衡裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是根據(jù)本申請(qǐng)的一實(shí)施方式的主動(dòng)均衡裝置中的多層均衡電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是可以由圖1中示出的主動(dòng)均衡裝置執(zhí)行的根據(jù)本申請(qǐng)的一實(shí)施方式的均衡單元的均衡方法的流程圖；

圖4是可以由圖1中示出的主動(dòng)均衡裝置執(zhí)行的根據(jù)本申請(qǐng)的一實(shí)施方式的均衡單元的均衡方法的流程圖；

圖5是可以由圖1中示出的主動(dòng)均衡裝置執(zhí)行的根據(jù)本申請(qǐng)的一實(shí)施方式的均衡單元的均衡方法的流程圖；以及

圖6是可以由圖1中示出的主動(dòng)均衡裝置執(zhí)行的根據(jù)本申請(qǐng)的一實(shí)施方式的均衡單元的均衡方法的流程圖。

附圖標(biāo)記說明

1、電壓傳感器2、電池組

3、多層均衡電路4、控制器

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本申請(qǐng)，并不用于限制本申請(qǐng)。

圖1是根據(jù)本申請(qǐng)的一實(shí)施方式的用于電池組的主動(dòng)均衡裝置的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，在本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種用于電池組的主動(dòng)均衡裝置，該電池組2包括串聯(lián)的多個(gè)電池單元，該主動(dòng)均衡裝置可以包括：

多層均衡電路3，每一層均衡電路包括至少一個(gè)均衡單元，每一個(gè)均衡單元包括串聯(lián)的兩個(gè)可控開關(guān)和一個(gè)電容器，串聯(lián)的兩個(gè)可控開關(guān)連接到多個(gè)電池單元中的串聯(lián)的至少兩個(gè)電池單元的兩端，一個(gè)電容器連接在兩個(gè)可控開關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)與至少兩個(gè)電池單元的中間節(jié)點(diǎn)之間，該中間節(jié)點(diǎn)將至少兩個(gè)電池單元分成電池單元數(shù)量相同的兩組電池單元。

圖2示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一實(shí)施方式的多層均衡電路的電路示意圖。參考圖2，圖2中示出了電池組可以包括16個(gè)串聯(lián)的電池單元b1～b16。第一層均衡電路可以包括16個(gè)可控開關(guān)s1～s16和8個(gè)電容器c1～c8，其中第一層均衡電路的均衡單元可以包括8個(gè)，例如其中一個(gè)均衡單元可以包括可控開關(guān)s1、s2和電容器c1。這兩個(gè)可控開關(guān)s1和s2串聯(lián)并連接到電池單元b1和b2的兩端，電容器c1連接在串聯(lián)的電池單元b1和b2之間的節(jié)點(diǎn)與可控開關(guān)s1和s2的之間的節(jié)點(diǎn)之間。這樣，8個(gè)均衡單元串聯(lián)連接。

同樣地，第二層均衡電路可以包括8個(gè)可控開關(guān)s21～s28、和4個(gè)電容器c21～c24，其中第二層均衡電路的均衡單元可以包括4個(gè)，例如其中一個(gè)均衡單元可以包括可控開關(guān)s21、s22和電容器c21。這兩個(gè)可控開關(guān)s21和s22串聯(lián)并連接到串聯(lián)的4個(gè)電池單元b1～b4的兩端，電容器c21連接在電池單元b2和b3之間的節(jié)點(diǎn)與可控開關(guān)s21和s22的之間的節(jié)點(diǎn)之間。也就是說，電容器c21將4個(gè)電池單元b1～b4分成數(shù)量相同的兩組電池單元，一組包括電池單元b1和b2，另一組包括電池單元b3和b4。這樣，4個(gè)均衡單元串聯(lián)連接。

第三層和第四層均衡電路的結(jié)構(gòu)與前兩層均衡電路的結(jié)構(gòu)類似，只是可控開關(guān)和電容器的數(shù)量逐層減半。圖2中示出的第四層均衡電路為最后一層均衡電路，其包括一個(gè)均衡單元。

雖然圖2中示出了16個(gè)電池單元和四層均衡電路，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，電池單元的數(shù)量可以是任意的，多層均衡電路的層數(shù)也可以是任意的。出于優(yōu)化結(jié)構(gòu)的考慮，電池單元的數(shù)量可以是2ⁿ個(gè)，多層均衡電路為n層，其中n是大于1的正整數(shù)。

主動(dòng)均衡裝置還可以包括：

電壓傳感器1，用于檢測(cè)每一組電池單元b1～b16兩端的電壓；

控制器4，用于接收電壓傳感器檢測(cè)到的每一組電池單元b1～b16兩端的電壓，根據(jù)該電壓逐層控制均衡電路中的每一層均衡電路執(zhí)行電壓均衡操作。

例如，參考圖2，控制器4可以先控制第一層均衡電路對(duì)電池單元b1～b16進(jìn)行電壓均衡，再控制第二層均衡電路對(duì)電池單元b1～b16進(jìn)行均衡，以此類推，直至控制最后一層(圖2中示出的第四層)均衡電路對(duì)電池單元b1～b16進(jìn)行均衡。

控制器4的示例可以包括但不限于，通用處理器、專用處理器、常規(guī)處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、多個(gè)微處理器、與dsp核心關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)微處理器、控制器、微控制器、專用集成電路(asic)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)電路、其他任何類型的集成電路(ic)、和/或狀態(tài)機(jī)等等。

在本申請(qǐng)的一實(shí)施方式中，該控制器4可以被配置成用于：針對(duì)每一層均衡電路，控制該層均衡電路中的均衡單元間隔執(zhí)行電壓均衡操作。這樣能夠避免相鄰兩個(gè)均衡單元在均衡時(shí)相互干擾的問題。

繼續(xù)參考圖2，以第一層均衡電路為例，控制器4可以先控制第一層均衡電路對(duì)電池單元b1和b2、b5和b6、b9和b10、b13和b14進(jìn)行均衡，然后再對(duì)其余的電池單元進(jìn)行均衡。在對(duì)電池單元b1和b2、b5和b6、b9和b10、b13和b14進(jìn)行均衡時(shí)，斷開第一層均衡電路中與其余電池單元對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)。另外，在執(zhí)行第一層均衡電路的均衡操作時(shí)，斷開其他層均衡電路中的可控開關(guān)。其他層均衡電路也可以執(zhí)行類似操作。

上述所列出的只是控制器4控制均衡單元間隔均衡的一種方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以理解為該間隔均衡還可以包括其他的實(shí)施方式，如先對(duì)b1和b2、b7和b8、b13和b14進(jìn)行均衡，再對(duì)b3和b4、b9和b10、b15和b16進(jìn)行均衡，最后再對(duì)其余均衡單元進(jìn)行均衡，這樣也可以避免在均衡時(shí)兩個(gè)相鄰的電池單元相互干擾的問題。

繼續(xù)參考圖2，例如控制器4可以先控制第一層均衡電路對(duì)電池單元b1和b2、b5和b6、b9和b10、b13和b14進(jìn)行均衡，然后再對(duì)其余的電池單元進(jìn)行均衡。在對(duì)電池單元b1和b2、b5和b6、b9和b10、b13和b14進(jìn)行均衡時(shí)，斷開第一層均衡電路中與其余電池單元對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)。另外，在執(zhí)行第一層均衡電路的均衡操作時(shí)，斷開其他層均衡電路中的可控開關(guān)。

在本申請(qǐng)的一實(shí)施方式中，控制器4可以被配置成針對(duì)每一個(gè)均衡單元執(zhí)行用于電池組的主動(dòng)均衡方法中的至少一部分步驟。圖3是可以由圖1中示出的主動(dòng)均衡裝置執(zhí)行的根據(jù)本申請(qǐng)的一實(shí)施方式的均衡單元的均衡方法的流程圖?？刂破?可以執(zhí)行該方法中的至少一部分步驟。在圖3中，該方法可以包括：

在步驟s11中，電壓傳感器1檢測(cè)每一個(gè)電池單元兩端的電壓。

在步驟s12中，控制器4接收電壓傳感器1檢測(cè)到的每一個(gè)電池單元兩端的電壓，判斷與該均衡單元連接的兩組電池單元中的第一組電池單元兩端的電壓是否大于第二組電池單元兩端的電壓。

在步驟s13中，在判斷第一組電池單元兩端的電壓大于第二組電池單元兩端的電壓的情況下，閉合該均衡單元中的兩個(gè)可控開關(guān)中與第一組電池單元對(duì)應(yīng)的第一可控開關(guān)，使得第一組電池單元給電容器充電。

在步驟s14中，在給電容器充電結(jié)束后，斷開第一可控開關(guān)，閉合兩個(gè)可控開關(guān)中的第二可控開關(guān)，使得電容器對(duì)第二組電池單元進(jìn)行充電，以均衡兩組電池單元兩端的電壓。

圖4是可以由圖1中示出的主動(dòng)均衡裝置執(zhí)行的根據(jù)本申請(qǐng)的一實(shí)施方式的均衡單元的均衡方法的流程圖。控制器4可以執(zhí)行該方法中的至少一部分步驟。與圖3中所示出的方法不同的地方在于，圖3中示出的方法中的步驟s12、s13被替換成以下步驟：

在步驟s22中，判斷兩組電池單元的電壓的差值是否大于預(yù)設(shè)值；

在步驟s23中，在判斷兩組電池單元兩端的電壓的差值大于預(yù)設(shè)值的情況下，閉合第一可控開關(guān)，以使得第一組電池單元對(duì)電容器充電。

圖5是可以由圖1中示出的主動(dòng)均衡裝置執(zhí)行的根據(jù)本申請(qǐng)的一實(shí)施方式的均衡單元的均衡方法的流程圖?？刂破?可以執(zhí)行該方法中的至少一部分步驟。與圖4中示出的方法的不同之處在于，圖5中示出的方法在步驟s23和步驟s24之間增加了以下步驟：

在步驟s34中，如果兩組電池單元兩端的電壓的差值減小到初始差值的一半，則斷開第一可控開關(guān)，以停止給電容器充電。該初始差值可以為開始給電容器充電時(shí)兩組電池單元兩端的電壓的差值。

圖6是可以由圖1中示出的主動(dòng)均衡裝置執(zhí)行的根據(jù)本申請(qǐng)的一實(shí)施方式的均衡單元的均衡方法的流程圖?？刂破骺梢詧?zhí)行該方法中的至少一部分步驟。與圖5中示出的方法不同之處在于，該方法在步驟s31和步驟s32之間增加了以下步驟：

在步驟s42中，判斷兩組電池單元的兩端的電壓是否都小于預(yù)定電壓。該預(yù)定電壓可以是例如在兩組電池單元都處于低電量時(shí)兩組電池單元的電壓值，這樣在電壓過低(小于預(yù)定電壓)時(shí)，不進(jìn)行上述的主動(dòng)均衡操作。

上述方法同樣適用于第二組電池單元兩端的電壓大于第一組電池單元兩端的電壓的情況。另外，上述方法對(duì)多層均衡電路中的任意一層均衡電路中的任意均衡單元都適用。

在本申請(qǐng)的一實(shí)施方式中，如圖2所示，該多層均衡電路中的第一層均衡電路中的每一個(gè)均衡單元所連接的電池單元的數(shù)量可以為2個(gè)。

在本申請(qǐng)的一實(shí)施方式中，該多層均衡電路中的最后一層均衡電路可以包括一個(gè)均衡單元，與該一個(gè)均衡單元連接的兩組電池單元b1～b16中的每一組電池單元b1～b16的數(shù)量為多個(gè)電池單元b1～b16的數(shù)量的一半。多層均衡電路中的下一層均衡電路中的每一個(gè)均衡單元所連接的電池單元b1～b16的數(shù)量是多層均衡電路中的上一層均衡電路中的每一個(gè)均衡單元所連接的電池單元b1～b16的數(shù)量的兩倍

在以上的實(shí)施方式中，在每一層均衡電路執(zhí)行完電池均衡操作之后，可以斷開電容器c1～c41與電池單元b1～b16(例如斷開可控開關(guān)s1～s32)。

在以上的實(shí)施方式中，可控開關(guān)s1～32均可以選用電磁繼電器，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解可控開關(guān)也可以為三極管、mos管等。

在以上的實(shí)施方式中，控制器4可以選用bms，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以理解為其他控制器如數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器等也是適用的。

在以上的實(shí)施方式中，電壓傳感器1可以選用霍爾電壓傳感器，但本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以理解為其他電壓傳感器也是適用的。

如圖2所示，在對(duì)電池組進(jìn)行均衡時(shí)，該主動(dòng)均衡裝置中的控制器4先對(duì)電池組中的電池單元b1和b2、b5和b6、b9和b10、b13和b14所對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)進(jìn)行控制，以對(duì)電池單元b1和b2、b5和b6、b9和b10、b13和b14進(jìn)行均衡。此時(shí)，控制器4斷開其余電池單元所對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)。在對(duì)電池單元b1和b2、b5和b6、b9和b10、b13和b14均衡結(jié)束后，再斷開電池單元b1和b2、b5和b6、b9和b10、b13和b14對(duì)應(yīng)的可控開關(guān)，開始對(duì)其余電池單元進(jìn)行均衡。對(duì)電池單元的均衡過程中，控制器4控制可控開關(guān)的均衡過程上面已經(jīng)詳細(xì)描述，此處不再贅述。

通過上述技術(shù)方案，本申請(qǐng)?zhí)峁┑挠糜陔姵亟M的主動(dòng)均衡裝置能夠?qū)︿囯姵仃嚵兄械膯蝹€(gè)電池進(jìn)行一一均衡，再逐步對(duì)電池組進(jìn)行均衡，以達(dá)到對(duì)鋰電池陣列整體進(jìn)行均衡的目的，此外，由于采用的均衡單元能夠?qū)囯姵亟M中電壓高的鋰電池中的電量轉(zhuǎn)化到電壓低的鋰電池中，取代了將電能轉(zhuǎn)化成熱能的均衡流程，不僅節(jié)約了能源，同時(shí)還降低了電池因?yàn)樯岵划?dāng)而導(dǎo)致壽命耗盡過快的風(fēng)險(xiǎn)。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本申請(qǐng)并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本申請(qǐng)的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本申請(qǐng)對(duì)各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本申請(qǐng)的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本申請(qǐng)的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本申請(qǐng)所公開的內(nèi)容。