一种蓄电池均衡装置的制作方法

1.本实用新型涉及蓄电池储能技术领域，特别涉及一种蓄电池均衡装置。


背景技术：

2.蓄电池由于单体电压比较低，在应用中往往要将单个蓄电池串联以电池组的形式使用。对于蓄电池组中的单体电池，由于蓄电池内阻、容量衰减速率的不同以及自放电情况、环境温度变化、单体电池充电接受能力，在充电和放电过程中容易造成个别单体蓄电池过压或欠压，从而导致单体电压的不一致性。当多节串联电池中出现某一节电池偏低或偏高，由于木桶效应，整组串联电池都会停止充放电，经过多次充放电后，单节电池的差异进一步扩大，造成电池组的单体电压不是处于过充就是欠充，甚至过放，造成恶性循环。长此以往不停的充放电操作将对蓄电池组的使用造成不利影响，这时候就需要对电压差异大的蓄电池进行单独均衡。
3.目前蓄电池组的均衡方式主要通过能量耗散来达到各节电池的一致性。能量耗散型均衡方式又称为被动均衡，被动均衡是将电压高的单体电池以热能的形式消耗掉，显然这种均衡方式会使能量损失，而且被动均衡其均衡电流比较小，对于大容量电池来讲这种均衡方式短期均衡效果并不明显。
4.主动均衡方式则是能量的搬迁过程，将整串电池组内的高电压单体电池进行放电，释放的能量再对低电压的单体电池进行充电操作。主动均衡方式可以实现蓄电池的大电流快速均衡，比起被动均衡方式，主动均衡所需时间将大大缩短，可以提高均衡效率。因此采用这种均衡方式要比被动均衡方式更能延长蓄电池的放电时长，提高放电效能，延长蓄电池的使用寿命，最终可以达到节能减排的效果。
5.已有的主动均衡方式主要采用变压器均衡方式，安装结构及控制逻辑复杂，实际操作不够便捷。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种蓄电池均衡装置，利用电感元件作为储能元件，实现对蓄电池组的主动均衡，具有安装便捷、控制逻辑简单、成本低等特点，能够有效提升蓄电池的放电效能，延长蓄电池组的使用寿命。
7.为解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供如下方案：
8.一种蓄电池均衡装置，所述蓄电池均衡装置包括带隔离模块的控制器和至少一个均衡单元；所述均衡单元用于对串联的两个蓄电池进行均衡；每个所述均衡单元包括两个电压比较器、一个电感元件、两个mos管、以及阻值相同的两个电阻；
9.其中，所述蓄电池均衡装置中的第一个所述均衡单元包括：第一电压比较器、第二电压比较器、第一电感元件、第一mos管、第二mos管、以及阻值相同的第一电阻和第二电阻；
10.串联的两个蓄电池为第一蓄电池和第二蓄电池；所述第一蓄电池与所述第一电感元件、所述第一mos管构成第一回路；所述第二蓄电池与所述第一电感元件、所述第二mos管
构成第二回路；
11.所述第一电阻和所述第二电阻串联在所述第二蓄电池的正极和所述第一蓄电池的负极之间，所述第一电阻和所述第二电阻之间引出第一分压输出端，所述第一分压输出端连接所述第一电压比较器和所述第二电压比较器的负输入端，所述第一电压比较器的正输入端连接所述第一蓄电池的正极，所述第二电压比较器的正输入端连接所述第二蓄电池的正极，所述第一电压比较器和所述第二电压比较器的输出端连接所述控制器；
12.所述第一电感元件的一端连接所述第一蓄电池的正极和所述第二蓄电池的负极，所述第一电感元件的另一端连接所述第一mos管的漏极和所述第二mos管的源极，所述第一mos管的源极连接所述第一蓄电池的负极，所述第二mos管的漏极连接所述第二蓄电池的正极，所述第一mos管和所述第二mos管的栅极连接所述控制器。
13.优选地，所述蓄电池均衡装置还包括第二个均衡单元，第二个所述均衡单元用于对串联的第二蓄电池和第三蓄电池进行均衡；
14.第二个所述均衡单元包括第三电压比较器、第四电压比较器、第二电感元件、第三mos管、第四mos管、以及阻值相同的第三电阻和第四电阻；
15.其中，所述第二蓄电池与所述第二电感元件、所述第三mos管构成第三回路；所述第三蓄电池与所述第二电感元件、所述第四mos管构成第四回路；
16.所述第三电阻和所述第四电阻串联在所述第二蓄电池的负极和所述第三蓄电池的正极之间，所述第三电阻和所述第四电阻之间引出第二分压输出端，所述第二分压输出端连接所述第三电压比较器和所述第四电压比较器的负输入端，所述第三电压比较器的正输入端连接所述第二蓄电池的正极，所述第四电压比较器的正输入端连接所述第三蓄电池的正极，所述第三电压比较器和所述第四电压比较器的输出端连接所述控制器；
17.所述第二电感元件的一端连接所述第二蓄电池的正极和所述第三蓄电池的负极，所述第二电感元件的另一端连接所述第三mos管的漏极和所述第四mos管的源极，所述第三mos管的源极连接所述第二蓄电池的负极，所述第四mos管的漏极连接所述第三蓄电池的正极，所述第三mos管和所述第四mos管的栅极连接所述控制器。
18.优选地，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻的阻值均相等。
19.优选地，所述隔离模块用于使所述控制器与各个电压比较器的输出端以及各个mos管的栅极隔离，以提高所述蓄电池均衡装置的emc性能和抗干扰能力。
20.本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
21.本实用新型实施例中，蓄电池均衡装置采用开关电感式均衡原理，对比变压器均衡方式，开关电感均衡方式具有控制逻辑简单、成本低、安装便捷等特点。通过对蓄电池电压进行主动均衡后，蓄电池组中任意一节蓄电池都不会出现过充、过放、欠充现象，从而延缓了电池极板的损坏，并且阻止蓄电池内部的硫化，进而延长整个蓄电池组的寿命。蓄电池均衡装置可以减少蓄电池维护工作量，从而节约不必要的开支。与被动均衡相比，主动均衡方式还会使蓄电池组中能量保存下来，而且在短时间内实现均衡效果，达到整组蓄电池的均衡，进而提升了蓄电池的放电效能。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是被动均衡方式的示意图；
24.图2是本实用新型实施例提供的蓄电池均衡装置的结构示意图。
25.如图所示，为了能明确实现本实用新型的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本实用新型限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在本实用新型的保护范围中。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
27.被动均衡方式的示意图如图1所示，每节单体电池的均衡部分都有一个独立的控制单元、开关、电阻三部分组成。当电池组中任意一节单体电池电压超过设定阈值时，控制单元将开关闭合，形成单独的放电回路，电流流经电阻产生的热量来消耗电池多余的能量，由于电阻的封装及放电电流大小受到限制，所以被动均衡的均衡电流比较小。单体电池在放电过程中电压降低比较缓慢，所以此均衡方式所需时间比较长，当单体电池电压小于设定值阈值时，控制单元将开关打开停止均衡操作。通过这种均衡操作使电池组中电池单体处于一个动态平衡状态，最终达到均衡的目的。由此可以看出被动均衡是将电压高、容量高的电池进行热量耗散，来拉低与其他电池的电压、容量差值，其实被动均衡整个过程就是能量耗散的过程。
28.本实用新型的实施例提供了一种蓄电池均衡装置，如图2所示，所述蓄电池均衡装置包括带隔离模块的控制器和至少一个均衡单元；所述均衡单元用于对串联的两个蓄电池进行均衡；每个所述均衡单元包括两个电压比较器、一个电感元件、两个mos管、以及阻值相同的两个电阻。
29.其中，所述蓄电池均衡装置中的第一个所述均衡单元包括：第一电压比较器u1、第二电压比较器u2、第一电感元件l1、第一mos管q1、第二mos管q2、以及阻值相同的第一电阻r1和第二电阻r2。
30.串联的两个蓄电池为第一蓄电池b1和第二蓄电池b2；第一蓄电池b1与第一电感元件l1、所述第一mos管q1构成第一回路；第二蓄电池b2与第一电感元件l1、第二mos管q2构成第二回路。
31.第一电阻r1和第二电阻r2串联在第二蓄电池b2的正极(d点)和第一蓄电池b1的负极(b0点)之间，第一电阻r1和第二电阻r2之间引出第一分压输出端ve0，第一分压输出端ve0连接第一电压比较器u1和第二电压比较器u2的负输入端，第一电压比较器u1的正输入端连接第一蓄电池b1的正极(a点)，第二电压比较器u2的正输入端连接第二蓄电池b2的正极(d点)，第一电压比较器u1和第二电压比较器u2的输出端连接所述控制器。
32.第一电感元件l1的一端连接第一蓄电池b1的正极和第二蓄电池b2的负极(a点)，第一电感元件l1的另一端连接第一mos管q1的漏极和第二mos管q2的源极，第一mos管q1的源极连接第一蓄电池b1的负极(b0点)，第二mos管q2的漏极连接第二蓄电池b2的正极(d点)，第一mos管q1和第二mos管q2的栅极连接所述控制器。
33.进一步地，所述蓄电池均衡装置还包括第二个均衡单元，第二个所述均衡单元用于对串联的第二蓄电池b2和第三蓄电池b3进行均衡。
34.第二个所述均衡单元包括第三电压比较器u3、第四电压比较器u4、第二电感元件l2、第三mos管q3、第四mos管q4、以及阻值相同的第三电阻r3和第四电阻r4。
35.其中，第二蓄电池b2与第二电感元件l2、第三mos管q3构成第三回路；第三蓄电池b3与第二电感元件l2、第四mos管q4构成第四回路.
36.第三电阻r3和第四电阻r4串联在第二蓄电池b2的负极(a点)和第三蓄电池b3的正极之间，第三电阻r3和第四电阻r4之间引出第二分压输出端ve1，第二分压输出端ve1连接第三电压比较器u3和第四电压比较器u4的负输入端，第三电压比较器u3的正输入端连接第二蓄电池b2的正极(d点)，第四电压比较器u4的正输入端连接第三蓄电池b3的正极，第三电压比较器u3和第四电压比较器u4的输出端连接所述控制器.
37.第二电感元件l2的一端连接第二蓄电池b2的正极和第三蓄电池的负极(d点)，第二电感元件l2的另一端连接第三mos管q3的漏极和第四mos管q4的源极，第三mos管q3的源极连接第二蓄电池b2的负极(a点)，第四mos管q4的漏极连接第三蓄电池b3的正极，所述第三mos管和所述第四mos管的栅极连接所述控制器。
38.以此类推，对于多个蓄电池b1、b2、b3、b4、b5...串联的情况，增加对应的均衡单元即可，此处不再赘述。
39.本实用新型实施例中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4可以设置为阻值大小均相等。所述带隔离模块的控制器中，隔离模块用于使控制器与各个电压比较器的输出端以及各个mos管的栅极实现完全隔离，以提高所述蓄电池均衡装置的emc性能和抗干扰能力。所述带隔离模块的控制器可以采用市面上已有的控制器，这里对控制器的型号不做限制。
40.具体的，本实用新型提供的蓄电池均衡装置的工作过程如下：
41.设定电阻r1、r2、r3、r4阻值相等，第二电阻r2下部连接第一蓄电池b1的负极b0，d点电压为b1和b2两节蓄电池电压之和，所以d点电压经两个电阻r1和r2分压之后ve0的电压值等于两节蓄电池电压之和的平均值。第四电阻r4下部连接第二蓄电池b2的负极a点，该点电压为ua，ve1是第二蓄电池b2和第三蓄电池b3电压之和经电阻r2、r3分压后两节电池的平均电压。
42.当第一蓄电池b1的电压值大于第二蓄电池b2的电压值时，第一蓄电池b1电压值就是a点电压值，ve0的电压值要小于a点电压值，所以第一电压比较器u1输出端in1输出高电平，经控制器的隔离模块被控制器采集到，控制器启动均衡功能，输出控制信号经隔离模块到mos管q1、q2的栅极，打开第一mos管q1，关断第二mos管q2，使第一蓄电池b1进行放电操作，电流由第一蓄电池b1的a点经过第一电感元件l1到b点，然后流过第一mos管q1形成一个闭合的放电回路，最终第一电感元件l1完成一个储存能量的过程。之后，控制器关断第一mos管q1，打开第二mos管q2，第一电感元件l1将储存的能量由b点经过第二mos管q2到第二
蓄电池b2的正极，完成一个闭合的充电回路。
43.周而复始的完成以上操作，当第一蓄电池b1的电压值和第二蓄电池b2的电压值相等时候，电压比较器u1、u2则输出低电平，控制器根据采集到的电平状态作出对mos管q1、q2的控制，关断q1、q2两只mos管。在均衡的过程中，q1、q2两只mos管不能同时打开。上述放电和充电的过程几乎没有能量的损耗，而且均衡电流要比被动均衡大很多。对比被动均衡，主动均衡的均衡效果很快显现出来。
44.当第二蓄电池b2电压值大于第三蓄电池b3的电压值时，其均衡过程与第一蓄电池b1的电压值大于第二蓄电池b2的电压值时一致。
45.当第一蓄电池b1的电压值小于第二蓄电池b2的电压值时，ve0的电压值要小于d点电压值，所以第二电压比较器u2输出端in2输出高电平，经控制器的隔离模块被控制器采集到，控制器启动均衡功能，输出控制信号经隔离模块到mos管q1、q2的栅极，打开第二mos管q2，关断第一mos管q1，使第二蓄电池b2进行放电操作，电流由第二蓄电池b2的d点经过第二mos管q2到第一电感元件l1的b点，最后电流流到第二蓄电池b2的负极形成一个闭合的放电回路，最终第一电感元件l1完成储存电能的过程。之后，控制器关断第二mos管q2，打开第一mos管q1，第一电感元件l1将储存的能量由a点经过第一蓄电池b1的正极到q1源极，然后到b点，完成一个闭合的充电回路。
46.当第二蓄电池b2电压值小于第三蓄电池b3的电压值时，其均衡过程与第一蓄电池b1的电压值小于第二蓄电池b2的电压值时一致。
47.b1、b2两节蓄电池的电压值大小相等时，电压比较器u1和u2均输出低电平，in1和in2通过隔离模块被控制器采集到引脚的状态情况，控制器输出信号经过隔离模块到mos管的栅极，使q1、q2均处于关断状态，因为两节单体蓄电池电压一致无需启动均衡功能。
48.b2、b3两节蓄电池的电压值大小相等时，电压比较器u3和u4均输出低电平，in3和in4通过隔离模块被控制器采集到引脚的状态情况，控制器输出信号经过隔离模块到mos管的栅极，使q3、q4均处于关断状态，因为两节单体蓄电池电压一致无需启动均衡功能。
49.周而复始的完成以上操作，使蓄电池组始终处于一个动态均衡状态。
50.本实用新型实施例中，蓄电池均衡装置采用开关电感式均衡原理，对比变压器均衡方式，开关电感均衡方式具有控制逻辑简单、成本低、安装便捷等特点。
51.控制器中的隔离模块在蓄电池均衡装置中起重要的作用，因为此装置含有感性负载，在进行高频的开关过程中有可能会出现瞬间的干扰现象，控制器采用隔离模块后，将前后级完全隔离开来，使控制器不受上一级的影响，大大的提高了蓄电池均衡装置的emc性能和抗干扰能力。
52.通过对蓄电池电压进行主动均衡后，蓄电池组中任意一节蓄电池都不会出现过充、过放、欠充现象，从而延缓了电池极板的损坏，并且阻止蓄电池内部的硫化，进而延长整个蓄电池组的寿命。蓄电池均衡装置可以减少蓄电池维护工作量，从而节约不必要的开支。与被动均衡相比，这种主动均衡方式还会使蓄电池组中能量保存下来，而且在短时间内实现均衡效果，达到整组蓄电池的均衡，进而提升了蓄电池的放电效能。
53.需要说明的是，在本文中，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过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者终端
设备所固有的要素。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过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
54.在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等指示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。另外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合其它实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围内。
55.通常，可以至少部分从上下文中的使用来理解术语。例如，至少部分取决于上下文，本文中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数意义的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数意义的特征、结构或特性的组合。另外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在传达一组排他性的因素，而是可以替代地，至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其他因素。
56.本实用新型涵盖任何在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。另外，为了避免对本实用新型的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件和电路等。
57.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读取存储介质中，如：rom/ram、磁碟、光盘等。
58.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种蓄电池均衡装置，其特征在于，所述蓄电池均衡装置包括带隔离模块的控制器和至少一个均衡单元；所述均衡单元用于对串联的两个蓄电池进行均衡；每个所述均衡单元包括两个电压比较器、一个电感元件、两个mos管、以及阻值相同的两个电阻；其中，所述蓄电池均衡装置中的第一个所述均衡单元包括：第一电压比较器、第二电压比较器、第一电感元件、第一mos管、第二mos管、以及阻值相同的第一电阻和第二电阻；串联的两个蓄电池为第一蓄电池和第二蓄电池；所述第一蓄电池与所述第一电感元件、所述第一mos管构成第一回路；所述第二蓄电池与所述第一电感元件、所述第二mos管构成第二回路；所述第一电阻和所述第二电阻串联在所述第二蓄电池的正极和所述第一蓄电池的负极之间，所述第一电阻和所述第二电阻之间引出第一分压输出端，所述第一分压输出端连接所述第一电压比较器和所述第二电压比较器的负输入端，所述第一电压比较器的正输入端连接所述第一蓄电池的正极，所述第二电压比较器的正输入端连接所述第二蓄电池的正极，所述第一电压比较器和所述第二电压比较器的输出端连接所述控制器；所述第一电感元件的一端连接所述第一蓄电池的正极和所述第二蓄电池的负极，所述第一电感元件的另一端连接所述第一mos管的漏极和所述第二mos管的源极，所述第一mos管的源极连接所述第一蓄电池的负极，所述第二mos管的漏极连接所述第二蓄电池的正极，所述第一mos管和所述第二mos管的栅极连接所述控制器。2.根据权利要求1所述的蓄电池均衡装置，其特征在于，所述蓄电池均衡装置还包括第二个均衡单元，第二个所述均衡单元用于对串联的第二蓄电池和第三蓄电池进行均衡；第二个所述均衡单元包括第三电压比较器、第四电压比较器、第二电感元件、第三mos管、第四mos管、以及阻值相同的第三电阻和第四电阻；其中，所述第二蓄电池与所述第二电感元件、所述第三mos管构成第三回路；所述第三蓄电池与所述第二电感元件、所述第四mos管构成第四回路；所述第三电阻和所述第四电阻串联在所述第二蓄电池的负极和所述第三蓄电池的正极之间，所述第三电阻和所述第四电阻之间引出第二分压输出端，所述第二分压输出端连接所述第三电压比较器和所述第四电压比较器的负输入端，所述第三电压比较器的正输入端连接所述第二蓄电池的正极，所述第四电压比较器的正输入端连接所述第三蓄电池的正极，所述第三电压比较器和所述第四电压比较器的输出端连接所述控制器；所述第二电感元件的一端连接所述第二蓄电池的正极和所述第三蓄电池的负极，所述第二电感元件的另一端连接所述第三mos管的漏极和所述第四mos管的源极，所述第三mos管的源极连接所述第二蓄电池的负极，所述第四mos管的漏极连接所述第三蓄电池的正极，所述第三mos管和所述第四mos管的栅极连接所述控制器。3.根据权利要求2所述的蓄电池均衡装置，其特征在于，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻的阻值均相等。4.根据权利要求1所述的蓄电池均衡装置，其特征在于，所述隔离模块用于使所述控制器与各个电压比较器的输出端以及各个mos管的栅极隔离，以提高所述蓄电池均衡装置的emc性能和抗干扰能力。

技术总结
本实用新型公开了一种蓄电池均衡装置，所述蓄电池均衡装置包括带隔离模块的控制器和至少一个均衡单元；所述均衡单元用于对串联的两个蓄电池进行均衡；每个所述均衡单元包括两个电压比较器、一个电感元件、两个MOS管、以及阻值相同的两个电阻。本实用新型提供的蓄电池均衡装置采用开关电感式均衡原理，具有控制逻辑简单、成本低、安装便捷等特点。通过对蓄电池电压进行主动均衡后，有效避免了蓄电池的过充、过放、欠充现象，从而延长了蓄电池组的寿命。与被动均衡相比，这种主动均衡方式还会使蓄电池组中能量保存下来，而且在短时间内实现均衡效果，进而提升了蓄电池的放电效能。进而提升了蓄电池的放电效能。进而提升了蓄电池的放电效能。


技术研发人员：豆永江
受保护的技术使用者：云蜂数智物联网有限公司
技术研发日：2023.02.13
技术公布日：2023/9/1