可切换均衡模式的电池、主动均衡模块及电池均衡方法与流程

本发明涉及储能设备技术领域，具体而言，涉及一种可切换均衡模式的电池、主动均衡模块及电池均衡方法。

背景技术：

单个电芯的额定电压普遍低于4v，仅适合小电流耗电的电气产品。为了进一步扩大电芯的应用范围，常需要将电芯进行串联或并联，形成电池模组，再由电池模组构成组合电池。由于电池模组本体在内阻、容量、自放电上有不一致，简单的将电池模组进行串并联，难以达到安全、合理利用电池模组电能的效果。因此为了提高模组的利用率和安全性，需要配置均衡模块，使电池模组在使用过程中达到最小的差异性。

电池模组均衡分为二种，一种是主动均衡，一种是被动均衡。常规被动均衡是电池模组并联一个电阻回路，对电池模组进行长时间的均衡，均衡过程长、简单，不适合高倍率充放的电池模组。主动均衡可以达到电池模组间的高压电池模组给低压电池模组进行充电处理，但是电源回路比较复杂，增大了采集模块体积，且成本较高。

目前的电池，一般只采用一种均衡模式，无法灵活切换。

针对现有技术中电池模组均衡模式无法根据电池模组实际情况切换的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例中提供一种可切换均衡模式的电池、主动均衡模块及电池均衡方法，以解决现有技术中电池模组均衡模式无法根据电池模组实际情况切换的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可切换均衡模式的电池，其中，该电池包括：

多个电池模组，串联连接组成组合电池；

电路板，设置于所述组合电池的上表面，所述电路板上设置有电压采集接口、被动均衡接口和主动均衡接口；

其中，所述多个电池模组并联接入所述电压采集接口，所述电压采集接口分别连接所述被动均衡接口和所述主动均衡接口。

进一步地，所述电池模组的正极与负极之间接入电阻，用于消耗电池能量，以均衡不同电池模组间的电压。

进一步地，所述电池模组的正极与负极之间还接入保护元件，用于在电路中电流过大时切断电路。

进一步地，所述保护元件为熔断器，当电路中电流超过规定值时，以自身产生的热量使熔体熔断，断开电路。

本发明还提供了一种主动均衡模块，其中，该电路包括：

连接端子，连接组合电池的主动均衡接口，用于实现组合电池和主动均衡模块的电连接；

多个主动均衡采集接口，分别与连接端子连接，

多个开关元件，每个开关元件的一端与每个主动均衡采集接口一一对应连接，另一端连接主动均衡电源；

所述主动均衡电源，用于为所述主动均衡采集接口供电，进而实现对组合电池的各个电池模组电压的主动均衡。

进一步地，所述开关元件为场效应晶体管。

进一步地，所述开关元件还包括二极管，所述二极管反向并联在所述场效应晶体管两端。

进一步地，所述连接端子与组合电池的主动均衡接口为互相配合的公母头插接件。

本发明还提供了一种电池均衡方法，其中，该方法包括：

通过采集到的电压数据判断电池放电状态；

根据所述放电状态切换均衡模式；

其中，所述电池放电状态包括：低倍率放电和高倍率放电；

所述均衡模式包括主动均衡模式和被动均衡模式。

进一步地，根据所述放电状态切换均衡模式，包括：

如果所述电池放电状态为低倍率放电，则启动被动均衡模式；

如果所述电池放电状态为高倍率放电，则启动主动均衡模式。

进一步地，启动被动均衡模式包括：控制组合电池的被动均衡接口与被动均衡电路连通；

启动主动均衡模式包括：控制组合电池的主动均衡接口与主动均衡模块连通；

其中，所述被动均衡接口和所述主动均衡接口设置在组合电池的电路板上，通过电压采集接口连接各电池模组。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现上述方法。

应用本发明的技术方案，通过在组合电池的电路板上设置有电压采集接口、被动均衡接口和主动均衡接口，电池模组通过电压采集接口连接被动均衡接口和主动均衡接口，可以实现根据电池模组的实际情况，切换被动均衡和主动均衡模式，提高了均衡效果和均衡效率。

附图说明

图1为根据本发明实施例的电池的外部结构图；

图2为根据本发明实施例的电池的内部电路图；

图3为根据本发明实施例的主动均衡模块结构图；

图4为根据本发明另一实施例的电池pack的结构图；

图5为根据本发明另一实施例的电池pack的内部电路图；

图6为根据本发明的另一实施例的主动均衡模块的电路图；

图7为根据本发明实施例的电池均衡方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。

实施例1

本实施例提供一种可切换均衡模式的电池：

图1为根据本发明实施例的电池的外部结构图，如图1所示，该电池包括：

多个电池模组1，串联连接组成组合电池；

具体实施时，所述电池模组的正负极首尾依次连接，构成串联电路，串联的电池模组数量为n，其中，n为大于1的整数，例如，可以是2个,3个,5个或者5个以上，本发明不作具体限定，本领域技术人员在具体实施过程中可以根据实际需要确定电池模组的具体数量。

电路板2，设置于所述组合电池的上表面，所述电路板2上设置有电压采集接口21、被动均衡接口22和主动均衡接口23；

在本实施例中，所述主动均衡接口23包括若干个引脚，所述引脚的数量与所述电池模组数量相同，并且通过设置在电池内部的导电线路与所述电池模组一一对应连接。

在具体实施时，所述电池外部一般设置有绝缘外壳，所述绝缘外壳上与被动均衡接口22和主动均衡接口23对应的位置设置有与被动均衡接口22和主动均衡接口23大小适应的孔，以使被动均衡接口22和主动均衡接口23露出，如此设置，当电池封装绝缘外壳后，如需调试，无需拆开绝缘外壳，便可直接将主动均衡模块或被动均衡电路接入外露的被动均衡接口22和主动均衡接口，进行调试。

需要说明的是，为了突出本发明的核心发明点，所述电路板2上省略了与本发明的发明构思无关的其他元件，例如温度采集接口等，被省略的其他元件为本领域的公知技术，此处不再赘述。

图2为根据本发明实施例的电池的内部电路图，如图2所示，所述多个电池模组1并联接入所述电压采集接口21，所述电压采集接口分别连接所述被动均衡接口22和所述主动均衡接口23。

在本实施例中，所述电池模组的正极与负极之间接入电阻r，用于消耗电池能量，以均衡不同电池模组间的电压。

在本实施例中，所述电池模组的正极与负极之间还接入保护元件fu，用于在电路中电流过大时切断电路。

具体地，所述保护元件fu为熔断器，当电路中电流超过规定值时，以自身产生的热量使熔体熔断，断开电路。

通过在组合电池的电路板上设置有电压采集接口、被动均衡接口和主动均衡接口，电池模组通过电压采集接口连接被动均衡接口和主动均衡接口，可以实现根据电池模组的实际情况，切换被动均衡和主动均衡模式，提高了均衡效果和均衡效率。

实施例2

本实施例提供一种主动均衡模块：

图3为根据本发明实施例的主动均衡模块结构图，如图3所示，所述电路包括：

连接端子10，连接组合电池的主动均衡接口23，用于实现组合电池和主动均衡模块的电连接；

在本实施例中，所述连接端子10包括若干个连接引脚，所述连接引脚的数量与所述主动均衡采集接口20的数量相同，并且每个连接引脚与每个主动均衡采集接口20一一对应，内部通过导电线路连通，所述连接端子10通过每个连接引脚连接分别连接每个主动均衡采集接口20，进而连接主动均衡电源30；

另一端，所述连接端子10的连接引脚的数量与实施例1中所述的主动均衡接口23的引脚数量相同，并且一一对应连接。

通过连接端子10和主动均衡接口23上设置一一对应的接脚，能够使多个电池模组与多个主动均衡采集接口20之间的多条连接线路合并成一股，简化电池内部和主动均衡模块之间的线路，避免线路庞杂导致缠绕的情况出现。

多个主动均衡采集接口20，分别与连接端子10上的若干个引脚一一对应连接，

多个开关元件q，每个开关元件q的一端与每个主动均衡采集接口20一一对应连接，另一端连接主动均衡电源30；

所述主动均衡电源30，用于为所述主动均衡采集接口20供电，进而实现对组合电池的各个电池模组电压的主动均衡。

在本实施例中，所述开关元件q为场效应晶体管，所述场效应晶体管的漏极d连接所述主动均衡采集接口20，源极s连接所述主动均衡电源30，通过在栅极g上施加电压，控制场效应晶体管的漏极d和源极s之间的导通，具体地，如果所述场效应晶体管为n沟道型，在栅极g施加上电压，则所述漏极d和源极s之间导通，未施加电压，则漏极d和源极s之间关断；如果所述场效应晶体管为p沟道型则相反，在栅极g施加电压(高电位)漏极d和源极s之间就关断，未施加电压(低电位)则漏极d和源极s之间导通；

具体实施时，每个场效应晶体管分别连接dsp芯片的不同接脚，可以通过dsp芯片的接脚输出的电信号控制某一场效应晶体管的栅极g施加上电压施加电压与否，进而控制漏极d和源极s之间导通或关断，从而控制该场效应晶体管连接的电池模组进行电压均衡。

在本发明的其他实施例中，所述开关元件q也可以是其他类型，例如igbt开关元件。

在本实施例中，所述开关元件还包括二极管d1，所述二极管反向并联在所述场效应晶体管两端，用于增强电路的可靠性，具体地，所述二极管d1的阳极连接所述场效应晶体管的源极s，所述二极管d1的阴极连接场效应晶体管的漏极d。

在本实施例中，所述连接端子10与组合电池的主动均衡接口23为互相配合的公母头插接件，具体地，所述连接端子10可以是凸形端子，相应地，所述主动均衡接口23为凹形接口，所述凸形端子与凹形接口配合插接，也可以相反，所述连接端子10为凹形端子，相应地，所述主动均衡接口23为凸型接口，凹形端子与凸型接口配合插接，如此设置，能够增强连接端子10与主动均衡接口23的连接牢靠度，避免电路接触不良。

实施例3

下面以一个包括5个串联的4p2s电池模组100的电池pack(即上述实施例中的组合电池)为例，详细说明本发明的另一实施例。

本实施例提供了一种电池pack、主动均衡模块，以下内容是对电池pack、主动均衡模块结构的进一步解释：

图4为根据本发明另一实施例的电池pack的结构图，如图4所示，所述电池pack包括电压采集线路出线口201(即上述实施例中的电压采集接口21)、被动均衡接线端子202(即上述实施例中的被动均衡接口22)及主动均衡接线端子203(主动均衡接口23)，所述电压采集线路出线口201、被动均衡接线端子202及主动均衡接线端子203均设置在电池pack上表面的pcb板上。

图5为根据本发明另一实施例的电池pack的内部电路图，如图5所示，为了尽可能达到电池pack快速的均衡，电压采集线路出线口201输出端分路为2个接线端子，一个被动均衡接线端子202，一个为主动均衡接线端子203，两者可以混用。

第一电池模组中的正电压采集线上加工一个熔断器fu1，第二电池模组中的正电压采集线上设置一个熔断器fu2，以此类推，熔断器fu1fu2、fu3、fu4、fu5的分断等级30kva，分断电流为8a，耐压等级1100v，每个4p2s电池模组中负电压采集线上加工一个20ω的耗散电阻(电阻r1～r5)，模组本身可通过耗散电阻消耗高电压电池能量使其达到均值电压。

图6为根据本发明的另一实施例的主动均衡模块的电路图，如图6所示，所述主动均衡模块包括：

主动均衡端子300(即上述实施例中的连接端子10)、主动均衡采集端子400(即上述实施例中的主动均衡采集接口20)、主动均衡电源500(即上述实施例中的主动均衡电源30)及开关600(即上述实施例中的开关元件q)

本实施例的电池pack、主动均衡模块具有以下特点：

(1)由于主动均衡的电流比被动均衡的电流大5倍左右，所以为了防止主动均衡时电流过大引起过流或短路起火等事宜，在pcb板上新增可拆卸熔断器，熔断器选用插拔型的，两头可以插在pcb支座上，所述熔断器为专利zlsq20180236中公开的熔断器；

(2)预留的主动均衡接线端子203，与主动均衡模块的主动均衡端子300为配套的公母头接插件；

(3)主动均衡采集端子400，与4p2s电池模组上的主动均衡接线端子203的引脚配套；

(4)所述主动均衡模块的开关600为场效应晶体管，是一种开关器件，可以使用dsp芯片等进行控制开关闭合；

(5)主动均衡电源500，功能是给主动均衡模块供电、可控制开关600的开闭、接收电池模组的电压数据并进行判断等；

主动均衡电源500是一个概括性的软硬件模块，包括开关控制电路、电流采集电路、滤波电路、dsp芯片电路等。

(6)主动均衡模块的梳型线路，可以很好的控制电压高的电池与电压低的电池进行放电或充电，能够通过开关管的开闭迅速响应，每一个电池模组的连接线使用正负线，开关管接在电池正极导线回路上。

(7)主动均衡模块可以开放电压范围设置和电池模组电压采集线路出线口设置，普适市场现有电池pack的电池模组量和电池模组类型。

实施例4

本实施例提供一种电池均衡方法：

图7为根据本发明实施例的电池均衡方法的流程图，如图7所示，该方法包括：

s101，通过采集到的电压数据判断电池放电状态；

s102，根据所述放电状态切换均衡模式；

其中，所述电池放电状态包括：低倍率放电和高倍率放电；

放电倍率是放电快慢的一种量度，指电池在规定的时间放出其额定容量时所需要的电流值，具体实施时，通过电压采集接口实时采集每个电池模组的电压数据，通过多次实验，能够获得采集电压数据的变化情况与放电速度快慢的对应关系，根据实际情况，设置一个放电速度的阈值，高于该阈值，则判定为高倍率放电，否则，判定为低倍率放电。

所述均衡模式包括主动均衡模式和被动均衡模式。

在本实施例中，根据所述放电状态切换均衡模式，包括：

如果所述电池放电状态为低倍率放电，则启动被动均衡模式；

由于电池处于低倍率放电时，采用被动均衡模式便能达到很好的均衡效果，因此，此时采用被动均衡模式。

如果所述电池放电状态为高倍率放电，则启动主动均衡模式。

当电池放电状态为高倍率放电，采用被动均衡模式均衡时间常，已经无法满足均衡需求，因此，需要切换至主动均衡模式。

具体实施时，启动被动均衡模式包括：控制组合电池的被动均衡接口与被动均衡电路连通；

本实施例中，所采用的被动均衡电路为现有技术中常用的被动均衡电路。

启动主动均衡模式包括：控制组合电池的主动均衡接口与主动均衡模块连通；

其中，所述被动均衡接口和所述主动均衡接口设置在组合电池的电路板上，通过电压采集接口连接各电池模组。

通过判断电池放电状态并根据电池放电状态切换均衡接口，进而切换均衡模式，使电池均衡模式与电池自身的实际情况相适应，能够提高均衡的效率和均衡的效果。

实施例5

本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时用于实现上述实施例中的方法。

以上所描述的电路或者模块的实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。