串联电池自均衡电路的制作方法

1.本发明涉及储能电池技术领域，尤其涉及一种能够实现串联电池之间电量自动均衡的串联电池自均衡电路。


背景技术：

2.储能电池在车辆和能源系统及电气领域中广泛使用，是减碳和能源持续发展的重要支撑。由于储能电池的材料缺陷和制造环节工艺差异性缺陷，储能电池的性能差异无法规避。由于单个储能电池的电压及容量有限，应用中通常会将多个储能电池进行串并联来提高电压和容量。性能较差的储能电池在串并联中发挥了短板效应，其限制了性能较好的储能电池，电池之间存在电压差和电量差，由此产生了储能电池串并联中的不均衡现象。不合理的充放电管理和恶劣的环境温度会加剧储能电池的不均衡发展。
3.不均衡现象会加剧锂离子电池的锂离子结晶现象，这种结晶体为枝状结晶体，结晶体生长的最终结果会刺穿储能电池的隔膜导致电池内部短路，引发剧烈燃烧甚至爆炸。
4.在较大规模的储能电池串并联系统中，无法为单体电池实施独立的充电管理(单体电池管理需要数量庞大的电力线缆和数量众多的充电管理电路或为复杂的矩阵切换电路与充电管理电路组合)，只能对串联电池采取模糊均衡管理，其代价是牺牲性能较好的电池来改善性能较差的电池(减小电池之间的电压差和容量差)。
5.如何做到不需要庞大的电力线缆和数量众多的充电管理电路或为复杂的矩阵切换电路，实现储能系统的单体电池独立充电管理，关系储能电池能否发挥最佳储能性能和降低自燃风险及爆炸风险。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够实现电池自均衡，达到降低储能电池的安全风险和系统成本的串联电池自均衡电路。
7.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种串联电池自均衡电路，其特征在于：包括上端电池、下端电池、上端开关、下端开关、储能电感、控制电路、输出正极和输出负极，所述上端电池的正极分别与上端开关的源极或漏极、控制电路及串联电池的输出正极连接；下端电池的负极分别与下端开关的源极或漏极、控制电路及串联电池的输出负极连接；上端电池的负极与下端电池的正极、控制电路及储能电感的一端连接；上端开关的漏极或源极与下端开关的漏极或源极以及储能电感的另一端连接；上端开关的栅极以及下端开关的栅极与控制电路连接；控制电路监测上端电池和下端电池的电量，控制上端开关实现上端电池给下端电池充电或控制下端开关实现下端电池给上端电池充电。
8.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本技术所述串联电池自均衡电路能够实现自均衡管理电路与电池紧密连接或一体化封装，构成标准的具有自均衡管理功能的电池，让串并联的储能电池只需做简单的充放电控制即可实现电池的实时均衡，并达到降低储能电池的安全风险和系统成本的目的。
附图说明
9.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
10.图1是本发明所述均衡电路的实施例1示意图；
11.图2是本发明所述均衡电路的实施例2示意图；
12.图3是本发明所述均衡电路的实施例3示意图；
13.图4是本发明所述均衡电路的实施例4示意图；
14.图5是本发明所述均衡电路的实施例5示意图；
15.图6是本发明所述均衡电路的实施例6示意图；
16.图7是本发明所述均衡电路的实施例7示意图；
17.图8是本发明所述均衡电路的实施例8示意图；
18.图9是本发明所述均衡电路的实施例9示意图；
19.图10是本发明所述均衡电路的实施例10示意图；
20.图11是本发明所述均衡电路的实施例11示意图；
21.其中：1、储能电池；2、上端开关；3、下端开关；4、储能电感；5、控制电路；6、输出正极；7、输出负极；8、电流传感器；9、上端保险丝；10、下端保险丝；11、温度传感器；12、储能电容；13、温度开关；14、温度元件。
具体实施方式
22.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
24.实施例一
25.如图1所示，本发明实施例公开了一种串联电池自均衡电路，包括上端电池1-1、下端电池1-2、上端开关2、下端开关3、储能电感4、控制电路5、输出正极6和输出负极7。所述上端电池1-1的正极分别与上端开关2的源极或漏极、控制电路5及串联电池的输出正极6连接；下端电池1-2的负极分别与下端开关3的源极或漏极、控制电路5及串联电池的输出负极7连接；上端电池1-1的负极与下端电池1-2的正极、控制电路5及储能电感4的一端连接；上端开关2的漏极或源极与下端开关3的漏极或源极以及储能电感4的另一端连接；上端开关2的栅极以及下端开关3的栅极与控制电路5连接；控制电路5监测上端电池1-1和下端电池1-2的电量，控制上端开关2实现上端电池1-1给下端电池1-2充电或控制下端开关3实现下端电池1-2给上端电池1-1充电。
26.实施例二
27.如图2所示，本发明实施例公开了一种串联电池自均衡电路，包括上端电池1-1、下端电池1-2、上端开关2、下端开关3、储能电感4、控制电路5、输出正极6、输出负极7和电流传感器8。所述上端电池1-1的正极分别与上端开关2的源极或漏极、控制电路5及串联电池的
输出正极6连接；下端电池1-2的负极分别与下端开关3的源极或漏极、控制电路5及串联电池的输出负极7连接；上端电池1-1的负极第一路经电流传感器与储能电感的一端连接，第二路与控制电路5连接，第三路与下端电池1-2的正极连接，所述储能电感4与电流传感器8的结点与所述控制电路5连接；上端开关2的漏极或源极与下端开关3的漏极或源极以及储能电感4的另一端连接；上端开关2的栅极以及下端开关3的栅极与控制电路5连接；控制电路5监测上端电池1-1和下端电池1-2的电量，控制上端开关2实现上端电池1-1给下端电池1-2充电或控制下端开关3实现下端电池1-2给上端电池1-1充电。
28.实施例三
29.如图3所示，本发明实施例公开了一种串联电池自均衡电路，包括上端电池1-1、下端电池1-2、上端开关2、下端开关3、储能电感4、控制电路5、输出正极6、输出负极7和电流传感器8，所述上端电池1-1的正极分为两路，第一路经上端保险丝9后分别与上端开关2的源极或漏极以及控制电路5连接，第二路与串联电池的输出正极6连接；下端电池1-2的负极分为两路，第一路经下端保险丝10后分别与下端开关3的源极或漏极以及控制电路5连接，第二路与串联电池的输出负极7连接；上端电池1-1的负极第一路经电流传感器与储能电感的一端连接，第二路与控制电路5连接，第三路与下端电池1-2的正极连接，所述储能电感4与电流传感器8的结点与所述控制电路5连接；上端开关2的漏极或源极与下端开关3的漏极或源极以及储能电感4的另一端连接；上端开关2的栅极以及下端开关3的栅极与控制电路5连接；控制电路5监测上端电池1-1和下端电池1-2的电量，控制上端开关2实现上端电池1-1给下端电池1-2充电或控制下端开关3实现下端电池1-2给上端电池1-1充电。
30.实施例四
31.如图4所示，本发明实施例公开了一种串联电池自均衡电路，包括上端电池1-1、下端电池1-2、上端开关2、下端开关3、储能电感4、控制电路5、输出正极6、输出负极7和电流传感器8。所述上端电池1-1的正极分别与上端开关2的源极或漏极、控制电路5及串联电池的输出正极6连接；下端电池1-2的负极分别与下端开关3的源极或漏极、控制电路5及串联电池的输出负极7连接；上端电池1-1的负极第一路经电流传感器与储能电感的一端连接，第二路与控制电路5连接，第三路与下端电池1-2的正极连接，所述储能电感4与电流传感器8的结点与所述控制电路5连接；上端开关2的漏极或源极与下端开关3的漏极或源极以及储能电感4的另一端连接；上端开关2的栅极以及下端开关3的栅极与控制电路5连接；温度传感器11与所述控制电路5的信号输入端连接；控制电路5监测上端电池1-1和下端电池1-2的电量，控制上端开关2实现上端电池1-1给下端电池1-2充电或控制下端开关3实现下端电池1-2给上端电池1-1充电。
32.实施例五
33.如图5所示，本实施例所述串联电池自均衡电路与实施例一所述电路的区别只在于上端开关的漏极与源极的位置不同，其它器件都相同。
34.实施例六
35.如图6所示，所述的串联电池自均衡电路应用于三个及三个以上电池的串联组串中，组串中相邻两个串联电池均连接所述的串联电池自均衡电路，组串中串联电池自均衡电路的数量比串联电池的数量少一个。
36.附图6中第一个串联电池自均衡电路包括上端电池1-1、下端电池1-2、上端开关2、
下端开关3、储能电感4、控制电路5、电流传感器8、上端保险丝9、下端保险丝10、串联电池的输出正极6和串联电池的输出负极7，所述上端电池1-1的正极分为两路，第一路经上端保险丝9后分别与上端开关2的源极或漏极以及控制电路5连接，第二路与串联电池的输出正极6连接；下端电池1-2的负极经下端保险丝10后分别与下端开关3的源极或漏极以及控制电路5连接；上端电池1-1的负极第一路经电流传感器8与控制电路5和储能电感4的一端连接，第二路与控制电路5连接，第三路与下端电池1-2的正极连接，所述储能电感4和电流传感器8的结点与所述控制电路5连接；上端开关2的漏极或源极与下端开关3的漏极或源极以及储能电感4的另一端连接；上端开关2的栅极以及下端开关3的栅极与控制电路5连接；控制电路5监测上端电池1-1和下端电池1-2的电量，控制上端开关2实现上端电池1-1给下端电池1-2充电或控制下端开关3实现下端电池1-2给上端电池1-1充电。
37.附图6中第二个串联电池自均衡电路包括上端电池1-2、下端电池1-3、上端开关2-1、下端开关3-1、储能电感4-1、控制电路5-1、电流传感器8-1、上端保险丝9-1、下端保险丝10-1、串联电池的输出正极6和串联电池的输出负极7，所述上端电池1-2的正极经上端保险丝9-1后分别与上端开关2-1的源极或漏极以及控制电路5-1连接；下端电池1-3的负极分为两路，第一路经下端保险丝10-1后分别与下端开关3-1的源极或漏极以及控制电路5-1连接，第二路与串联电池的输出负极7连接；上端电池1-2的负极第一路经电流传感器8-1与控制电路5-1和储能电感4-1的一端连接，第二路与控制电路5-1连接，第三路与下端电池1-3的正极连接，所述储能电感4-1和电流传感器8-1的结点与所述控制电路5-1连接；上端开关2-1的漏极或源极与下端开关3-1的漏极或源极以及储能电感4-1的另一端连接；上端开关2-1的栅极以及下端开关3-1的栅极与控制电路5-1连接；控制电路5-1监测上端电池1-2和下端电池1-3的电量，控制上端开关2-1实现上端电池1-2给下端电池1-3充电或控制下端开关3-1实现下端电池1-3给上端电池1-2充电。
38.实施例七
39.如图7所示，本发明实施例公开了一种串联电池自均衡电路，包括上端电池1-1、下端电池1-2、上端开关2、下端开关3、储能电感4、控制电路5、输出正极6、输出负极7、下储能电感4-1和储能电容12，所述上端电池1-1的正极分为三路，第一路与串联电池的输出正极6连接，第二路经储能电感4后又分为两路，第一路与储能电容12的一端连接，第二路与上端开关2的源极或漏极连接；
40.下端电池1-2的负极分为三路，第一路与串联电池的输出负极7连接，第二路经分储能电感4-1后又分为两路，第一路与储能电容12的另一端连接，第二路与下端开关3的源极或漏极连接；
41.上端开关2的漏极或源极与下端开关3的漏极或源极以及储能电感4的另一端连接；上端开关2的栅极以及下端开关3的栅极与控制电路5连接；上端电池1-1的负极与所述下端电池1-2的正极连接后与所述控制电路5连接；
42.控制电路5监测上端电池1-1和下端电池1-2的电量，控制上端开关2实现上端电池1-1给下端电池1-2充电或控制下端开关3实现下端电池1-2给上端电池1-1充电。
43.实施例八
44.如图8所示，本发明实施例公开了一种串联电池自均衡电路，包括上端电池1-1、下端电池1-2、上端开关2、下端开关3、储能电感4、控制电路5、输出正极6、输出负极7、下储能
电感4-1、储能电容12和电流传感器8，所述上端电池1-1的正极分为三路，第一路与串联电池的输出正极6连接，第二路经储能电感4后又分为两路，第一路与储能电容12的一端连接，第二路与上端开关2的源极或漏极连接；
45.下端电池1-2的负极分为三路，第一路与串联电池的输出负极7连接，第二路经分储能电感4-1后又分为两路，第一路与储能电容12的另一端连接，第二路与下端开关3的源极或漏极连接；
46.上端开关2的漏极或源极与下端开关3的漏极或源极以及储能电感4的另一端连接；上端开关2的栅极以及下端开关3的栅极与控制电路5连接；上端电池1-1的负极与所述下端电池1-2的正极连接后与所述控制电路5连接；
47.电流传感器8的一端与所述控制电路5连接，电流传感器8的另一端与上端电池1-1的负极连接；
48.控制电路5监测上端电池1-1和下端电池1-2的电量，控制上端开关2实现上端电池1-1给下端电池1-2充电或控制下端开关3实现下端电池1-2给上端电池1-1充电。
49.实施例九
50.如图9所示，本发明实施例公开了一种串联电池自均衡电路，包括上端电池1-1、下端电池1-2、上端开关2、下端开关3、储能电感4、控制电路5、输出正极6、输出负极7和第一温度元件14和第一温度开关13，所述上端电池1-1的正极分为四路，第一路与串联电池的输出正极6连接，第二路经第一温度元件14与所述第一温度开关13的源极或漏极连接，第三路与所述上端开关2的源极或漏极连接，第四路与所述控制电路5连接；
51.所述下端电池1-2的负极分为四路，第一路与串联电池的输出负极7连接，第二路与所述第一温度开关13的漏极或源极连接，第三路与所述下端开关3的源极或漏极连接，第四路与所述控制电路5连接；上端开关2的栅极、下端开关3的栅极以及第一温度开关13的栅极与控制电路5连接；
52.上端电池1-1的负极分为三路，第一路与下端电池1-2的正极连接，第二路与所述控制电路5连接，第三路经储能电感4后分为与所述上端开关2的源极或漏极以及下端开关3的源极或漏极连接；
53.控制电路5根据温度传感器11的反馈值发出开关信号控制温度开关13导通或断开，通过第一温度开关13控制第一温度元件14的工作实现对储能电池的温度控制。
54.实施例十
55.如图10所示，本发明实施例公开了一种串联电池自均衡电路，包括上端电池1-1、下端电池1-2、上端开关2、下端开关3、储能电感4、控制电路5、输出正极6、输出负极7和第二温度元件14-1、第三温度元件14-2和第一温度开关13。所述上端电池1-1的正极分为四路，第一路与串联电池的输出正极6连接，第二路经第二温度元件14-1以及第三温度元件14-2后与所述第一温度开关13的源极或漏极连接，第三路与所述上端开关2的源极或漏极连接，第四路与所述控制电路5连接；
56.所述下端电池1-2的负极分为四路，第一路与串联电池的输出负极7连接，第二路与所述第一温度开关13的漏极或源极连接，第三路与所述下端开关3的源极或漏极连接，第四路与所述控制电路5连接；上端开关2的栅极、下端开关3的栅极以及第一温度开关13的栅极与控制电路5连接；
57.上端电池1-1的负极分为三路，第一路与下端电池1-2的正极连接，第二路与所述控制电路5连接，第三路经储能电感4后分为与所述上端开关2的源极或漏极以及下端开关3的源极或漏极连接；
58.控制电路5根据温度传感器11的反馈值发出开关信号控制温度开关导通或断开，通过温度开关控制温度元件的工作实现对储能电池的温度控制。
59.实施例十一
60.如图11所示，本发明实施例公开了一种串联电池自均衡电路，包括上端电池1-1、下端电池1-2、上端开关2、下端开关3、储能电感4、控制电路5、输出正极6、输出负极7和第一温度元件14、第一温度开关13和温度传感器11。所述上端电池1-1的正极分为四路，第一路与串联电池的输出正极6连接，第二路经第一温度元件14与所述第一温度开关13的源极或漏极连接，第三路与所述上端开关2的源极或漏极连接，第四路与所述控制电路5连接；
61.所述下端电池1-2的负极分为四路，第一路与串联电池的输出负极7连接，第二路与所述第一温度开关13的漏极或源极连接，第三路与所述下端开关3的源极或漏极连接，第四路与所述控制电路5连接；上端开关2的栅极、下端开关3的栅极以及第一温度开关13的栅极与控制电路5连接；所述温度传感器11与所述控制电路5连接；
62.上端电池1-1的负极分为三路，第一路与下端电池1-2的正极连接，第二路与所述控制电路5连接，第三路经储能电感4后分为与所述上端开关2的源极或漏极以及下端开关3的源极或漏极连接；
63.控制电路5根据温度传感器11的反馈值发出开关信号控制温度开关导通或断开，通过温度开关控制温度元件的工作实现对储能电池的温度控制。
64.所述的串联电池自均衡电路应用于三个及三个以上电池的串联组串中，组串中相邻两个串联电池均连接所述的串联电池自均衡电路，组串中串联电池自均衡电路的数量比串联电池的数量少一个。所述的串联电池自均衡电路应用于两个以上电池的串联组串中，组串中的多个单体电池并联等效于单体电池。
65.所述的串联电池自均衡电路应用于串联电池中，串联电池组串的正极为输出正极并与串联电池自均衡电路之间串联上端保险丝，串联电池组串的负极为输出负极并与串联电池自均衡电路之间串联下端保险丝。
66.所述的串联电池自均衡电路的控制电路与温度传感器连接。所述的串联电池自均衡电路的控制电路与温度开关连接，温度开关与温度元件连接。所述的串联电池自均衡电路，其温度元件与电池一体化封装；温度元件可由温度元件和温度元件串联组成。所述的串联电池自均衡电路，其控制电路与外部之间有控制信号接口。