一种电池能量均衡装置的制作方法

1.本公开涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种电池能量均衡装置。


背景技术：

2.为保证电池组间单体容量均衡的一致性，避免电池组因组间单体电池能量失衡而缩短电池组的使用寿命，电池组间单体容量的均衡成为诸多产品设计中必不可少的重要功能。目前的均衡分为主动均衡和被动均衡，多已被动均衡为主，即通过被动耗能对电池组间单体容量进行均衡，利用线路自身消耗较大的功耗。虽然被动耗能的均衡方法所采用的电路结构简单且成本低，但上述方法中电阻耗能会产生热量，且整个系统的效率低。


技术实现要素：

3.有鉴于上述存在的技术问题，本公开提出了一种电池能量均衡装置。本公开的技术方案如下：
4.根据本公开实施例的一方面，提供一种电池能量均衡装置，所述装置包括电池组、能量比较装置、变压器、开关组件、均衡控制器和反馈电路；所述电池组包括第一电池和第二电池，所述开关组件包括第一开关和第二开关；
5.所述变压器的一侧包括第一绕组和第二绕组，所述变压器的另一侧包括第三绕组和第四绕组；所述第一电池、所述第一绕组和所述第一开关依次串联连接，所述第二电池、所述第三绕组和所述第二开关依次串联连接；所述能量比较装置的两个输入端分别与所述第一电池和所述第二电池连接，所述能量比较装置的输出端与所述均衡控制器的输入端连接，所述能量比较装置用于比较所述第一电池和所述第二电池之间的能量，得到比较结果；所述均衡控制器的两个输出端分别与所述第一开关和所述第二开关连接；所述反馈电路的输入端分别与所述第二绕组和所述第四绕组连接，所述反馈电路的输出端与所述均衡控制器连接，所述反馈电路用于基于所述第二绕组或所述第四绕组的电压信息确定反馈信息，并将所述反馈信息发送给所述均衡控制器，所述均衡控制器用于基于所述比较结果和所述反馈信息向所述第一开关或所述第二开关输出脉冲宽度调制信号，以使所述第一电池和所述第二电池之间的能量均衡。
6.可选的，所述均衡控制器包括第一控制器和第二控制器；所述能量比较装置的输出端分别与所述第一控制器的输入端以及所述第二控制器的输入端连接，所述第一控制器的输出端与所述第一开关连接，所述第二控制器的输出端与所述第二开关连接；所述反馈电路包括第一反馈模块和第二反馈模块，所述第一反馈模块的输入端与所述第二绕组连接，所述第二反馈模块的输入端与所述第四绕组连接，所述第一反馈模块的输出端与所述第一控制器的输入端连接，所述第二反馈模块的输出端与所述第二控制器的输入端连接；
7.所述第一反馈模块用于采集所述第二绕组的电压信息，将所述第二绕组的电压信息作为第一反馈信息，并将所述第一反馈信息发送给所述第一控制器；所述第二反馈模块用于采集所述第四绕组的电压信息，将所述第四绕组的电压信息作为第二反馈信息，并将
所述第二反馈信息发送给所述第二控制器；
8.所述第一控制器用于在所述比较结果指示所述第一电池的电压大于所述第二电池的电压的情况下，基于所述第一反馈信息确定第一脉冲宽度调制信号，向所述第一开关输出所述第一脉冲宽度调制信号，以使所述第一电池的能量向所述第二电池转移；所述第二控制器用于在所述比较结果指示所述第二电池的电压大于所述第一电池的电压的情况下，基于所述第二反馈信息确定第二脉冲宽度调制信号，向所述第二开关输出所述第二脉冲宽度调制信号，以使所述第二电池的能量向所述第一电池转移。
9.可选的，所述第一控制器包括第一宽度确定模块和第一脉冲发生模块，所述第一宽度确定模块的输入端与所述第一反馈模块的输出端连接，所述第一宽度确定模块的输出端与所述第一脉冲发生模块的输入端连接，所述能量比较装置的输出端与所述第一脉冲发生模块的输入端连接，所述第一宽度确定模块用于基于所述第一反馈信息，更新第一脉冲宽度信息，得到更新后的第一脉冲宽度信息，所述第一脉冲发生模块用于在所述比较结果指示所述第一电池的电压大于所述第二电池的电压的情况下，基于更新后的第一脉冲宽度信息，调节第一脉冲宽度调制信号，以使所述第一电池保持恒压输出；
10.所述第二控制器包括第二宽度确定模块和第二脉冲发生模块，所述第二宽度确定模块的输入端与所述第二反馈模块的输出端连接，所述第二宽度确定模块的输出端与所述第二脉冲发生模块的输入端连接，所述能量比较装置的输出端与所述第二脉冲发生模块的输入端连接，所述第二宽度确定模块用于基于所述第二反馈信息，更新第二脉冲宽度信息，得到更新后的第二脉冲宽度信息，所述第二脉冲发生模块用于在所述比较结果指示所述第二电池的电压大于所述第二电池的电压的情况下，基于更新后的第二脉冲宽度信息，调节第二脉冲宽度调制信号，以使所述第二电池保持恒压输出。
11.可选的，所述第一反馈模块包括第一电压采集模块，所述第一电压采集模块的输入端分别与所述第二绕组的两端连接，所述第一电压采集模块的输出端与所述第一控制器的输入端连接，所述第二反馈模块包括第二电压采集模块，所述第二电压采集模块的输入端分别与所述第四绕组的两端连接，所述第二电压采集模块的输出端与所述第二控制器的输入端连接。
12.可选的，所述能量比较装置包括第三电压采集模块、第四电压采集模块和电压比较模块；所述第三电压采集模块分别与所述第一电池以及所述第一控制器连接，所述第四电压采集模块分别与所述第二电池以及所述第二控制器连接，所述第三电压采集模块与所述电压比较模块之间通过隔离通讯连接，所述第四电压采集模块与所述电压比较模块之间通过隔离通讯连接，所述第三电压采集模块用于采集所述第一电池的电压得到第一电压信息，所述第四电压采集模块用于采集所述第二电池的电压得到第二电压信息，所述电压比较模块用于比较所述第一电压信息和所述第二电压信息，得到所述比较结果。
13.可选的，所述能量比较装置还包括平均电压确定模块，所述平均电压确定模块分别与所述第三电压采集模块以及所述第四电压采集模块连接，所述平均电压确定模块用于对所述第一电压信息和所述第二电压信息进行均值处理，得到平均电压信息，基于所述平均电压信息，确定结束均衡电压范围，以使所述第一控制器在检测到所述第一电压信息满足所述结束均衡电压范围的情况下，停止向所述第一开关输出所述第一脉冲宽度调制信号，或使所述第二控制器在检测到所述第二电压信息满足所述结束均衡电压范围的情况
下，停止向所述第二开关输出所述第二脉冲宽度调制信号。
14.可选的，所述第三电压采集模块与所述电压比较模块之间通过第一光耦合器连接，所述第四电压采集模块与所述电压比较模块之间通过第二光耦合器连接。
15.可选的，所述装置还包括第一尖峰吸收电路和第二尖峰吸收电路，所述第一尖峰吸收电路与所述第一绕组并联连接，所述第一尖峰吸收电路用于吸收所述第一绕组残存的能量，所述第二尖峰吸收电路与所述第三绕组并联连接，所述第二尖峰吸收电路用于吸收所述第三绕组残存的能量。
16.可选的，所述第一绕组的第一端与所述第二绕组的第二端互为同名端，所述第一端与所述第三绕组的第三端互为同名端，所述第三端与所述第四绕组的第四端互为同名端，所述第一端为所述第一绕组的两端中与所述第一开关连接的一端，所述第二端为所述第二绕组的两端中与所述第一反馈模块连接的一端，所述第三端为所述第三绕组的两端中与所述第二电池连接的一端，所述第四端为所述第四绕组的两端中接地的一端。
17.可选的，所述第一开关和/或所述第二开关为场效应晶体管。
18.本公开的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
19.通过变压器中的第一绕组和第二绕组实现两个电池之间双向的能量均衡，回路中整体耗能少，可以提高两个电池之间能量转换的转换效率，再结合变压器中的第三绕组和第四绕组以及反馈电路，实现能量均衡过程中的输出可控。
20.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
21.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理，并不构成对本公开的不当限定。
22.图1是根据一示例性实施例示出的一种电池能量均衡装置的原理图；
23.图2是根据一示例性实施例示出的一种电池能量均衡装置的电路图。
具体实施方式
24.为了使本领域普通人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
25.需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
26.请参阅图1-2，图1是根据一示例性实施例示出的一种电池能量均衡装置的原理图，图2是根据一示例性实施例示出的一种电池能量均衡装置的电路图。如图1所示，电池能量均衡装置可以包括电池组、能量比较装置、变压器、开关组件、均衡控制器和反馈电路；电池组可以包括第一电池和第二电池，开关组件可以包括第一开关和第二开关。变压器可以
用于第一电池与第二电池之间的能量转换。变压器可以包括铁芯、第一绕组、第二绕组、第三绕组和第四绕组；其中，第一绕组和第二绕组位于铁芯的一侧，第三绕组和第四绕组位于铁芯的另一侧。第一电池、第一绕组和第一开关依次串联连接；第二电池、第三绕组和第二开关依次串联连接。能量比较装置的两个输入端分别与第一电池和第二电池连接，能量比较装置的输出端与均衡控制器的输入端连接。能量比较装置可以用于比较第一电池和第二电池之间的能量，得到比较结果。比较结果可以用于指示第一电池与第二电池之间的能量大小关系。均衡控制器的两个输出端分别与第一开关和第二开关连接。反馈电路的输入端分别与第二绕组和第四绕组连接。反馈电路的输出端与均衡控制器连接。反馈电路可以用于基于第二绕组或第四绕组的电压信息确定反馈信息，并将反馈信息发送给均衡控制器。均衡控制器可以用于基于比较结果和反馈信息向第一开关或第二开关输出脉冲宽度调制信号，以使第一电池和第二电池之间的能量均衡。
27.在上述实施例中，通过变压器中的第一绕组和第二绕组实现两个电池之间双向的能量均衡，回路中整体耗能少，可以提高两个电池之间能量转换的转换效率，再结合变压器中的第三绕组和第四绕组以及反馈电路，实现能量均衡过程中的输出可控。
28.在一个具体的实施例中，均衡控制器可以包括第一控制器和第二控制器。能量比较装置的输出端分别与第一控制器的输入端以及第二控制器的输入端连接，第一控制器的输出端与第一开关连接，第二控制器的输出端与第二开关连接。反馈电路可以包括第一反馈模块和第二反馈模块。第一反馈模块的输入端与第二绕组连接，第二反馈模块的输入端与第四绕组连接，第一反馈模块的输出端与第一控制器的输入端连接，第二反馈模块的输出端与第二控制器的输入端连接。
29.第一反馈模块可以用于采集第二绕组的电压信息，将第二绕组的电压信息作为第一反馈信息，并将第一反馈信息发送给第一控制器。第二反馈模块可以用于采集第四绕组的电压信息，将第四绕组的电压信息作为第二反馈信息，并将第二反馈信息发送给第二控制器。
30.第一控制器可以用于在比较结果指示第一电池的电压大于第二电池的电压的情况下，基于第一反馈信息确定第一脉冲宽度调制信号，向第一开关输出第一脉冲宽度调制信号，以使第一电池的能量向第二电池转移。第二控制器可以用于在比较结果指示第二电池的电压大于第一电池的电压的情况下，基于第二反馈信息确定第二脉冲宽度调制信号，向第二开关输出第二脉冲宽度调制信号，以使第二电池的能量向第一电池转移。
31.在一个具体的实施例中，第一控制器可以包括第一宽度确定模块和第一脉冲发生模块。其中，第一宽度确定模块的输入端与第一反馈模块的输出端连接，第一宽度确定模块的输出端与第一脉冲发生模块的输入端连接，能量比较装置的输出端与第一脉冲发生模块的输入端连接。第一宽度确定模块可以用于基于第一反馈信息，更新第一脉冲宽度信息，得到更新后的第一脉冲宽度信息，第一脉冲发生模块可以用于在比较结果指示第一电池的电压大于第二电池的电压的情况下，基于更新后的第一脉冲宽度信息，调节第一脉冲宽度调制信号，以使第一电池保持恒压输出。
32.第二控制器可以包括第二宽度确定模块和第二脉冲发生模块。其中，第二宽度确定模块的输入端与第二反馈模块的输出端连接，第二宽度确定模块的输出端与第二脉冲发生模块的输入端连接，能量比较装置的输出端与第二脉冲发生模块的输入端连接。第二宽
度确定模块可以用于基于第二反馈信息，更新第二脉冲宽度信息，得到更新后的第二脉冲宽度信息。第二脉冲发生模块可以用于在比较结果指示第二电池的电压大于第二电池的电压的情况下，基于更新后的第二脉冲宽度信息，调节第二脉冲宽度调制信号，以使第二电池保持恒压输出。
33.在上述实施例中，通过第一反馈模块或第二反馈模块分别确定第一反馈信息或第二反馈信息，第一控制器或第二控制器分别结合第一反馈信息或第二反馈信息，调节第一脉冲宽度调制信号或第二脉冲宽度调制信号，实现第一电池和第二电池之间的能量均衡过程中的恒压电压输出。
34.在一个具体的实施例中，第一反馈模块可以包括第一电压采集模块。其中，第一电压采集模块的输入端可以分别与第二绕组的两端连接，第一电压采集模块的输出端与第一控制器的输入端连接。第二反馈模块可以包括第二电压采集模块。其中，第二电压采集模块的输入端可以分别与第四绕组的两端连接，第二电压采集模块的输出端与第二控制器的输入端连接。
35.在一个具体的实施例中，第一反馈模块可以包括第一二极管、第一电容、第二电容、第一电阻和第二电阻。第一二极管的阳极与第二绕组的一端连接，第一二极管的阴极与第一电容的一端连接，第一电容的另一端与第二绕组的另一端连接且第一电容的另一端接地，第一电阻与第二电容并联，第一二极管的阴极与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端连接，第一电阻的另一端为第一反馈模块的输出端，第二电阻的另一端接地。
36.在一个具体的实施例中，第二反馈模块可以包括第二二极管、第三电容、第四电容、第三电阻和第四电阻。第二二极管的阳极与第四绕组的一端连接，第二二极管的阴极与第三电容的一端连接，第三电容的另一端与第四绕组的另一端连接且第三电容的另一端接地，第三电阻与第四电容并联，第二二极管的阴极与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端与第四电阻的一端连接，第三电阻的另一端为第一反馈模块的输出端，第四电阻的另一端接地。
37.在一个具体的实施例中，能量比较装置可以包括第三电压采集模块、第四电压采集模块和电压比较模块。第三电压采集模块分别与第一电池以及第一控制器连接，第四电压采集模块分别与第二电池以及第二控制器连接。第三电压采集模块与电压比较模块之间通过隔离通讯连接，第四电压采集模块与电压比较模块之间通过隔离通讯连接。第三电压采集模块可以用于采集第一电池的电压得到第一电压信息。第四电压采集模块可以用于采集第二电池的电压得到第二电压信息。电压比较模块可以用于比较第一电压信息和第二电压信息，得到比较结果。
38.在一个具体的实施例中，第三电压采集模块与电压比较模块之间可以通过第一光耦合器连接，第四电压采集模块与电压比较模块之间可以通过第二光耦合器连接。
39.在上述实施例中，通过第三电压采集模块与电压比较模块之间通过隔离通讯连接以及第四电压采集模块与电压比较模块之间通过隔离通讯连接，再结合变压器进行电池能量的转换，通过上述连接方式，可以使电池能量均衡装置以变压器为基准的两侧隔离开来，从而使能量均衡过程中，变压器两侧的回路互不干扰，进而可以极大的提高安全性。
40.在一个具体的实施例中，能量比较装置还可以包括平均电压确定模块。其中，平均
电压确定模块分别与第三电压采集模块以及第四电压采集模块连接。平均电压确定模块可以用于对第一电压信息和第二电压信息进行均值处理，得到平均电压信息，基于平均电压信息，确定结束均衡电压范围，以使第一控制器在检测到第一电压信息满足结束均衡电压范围的情况下，停止向第一开关输出第一脉冲宽度调制信号，或使第二控制器在检测到第二电压信息满足结束均衡电压范围的情况下，停止向第二开关输出第二脉冲宽度调制信号。具体的，平均电压确定模块在确定结束均衡电压范围后，可以通过向第三电压采集模块或第四电压采集模块发送结束均衡电压范围，由第三电压采集模块或第四电压采集模块将结束均衡电压范围转发给第一控制器或第二控制器。
41.在一个具体的实施例中，结束均衡电压范围可以用于指示能量均衡过程结束。平均电压信息可以是通过对第一电压信息和第二电压信息取平均值得到。结束均衡电压范围可以是以平均电压信息为基准设置的表示靠近平均电压信息的范围。示例性地，假设平均电压信息为10v，结束均衡电压范围可以为9.5v～10.5v。
42.在一个具体的实施例中，上述装置还可以包括第一尖峰吸收电路和第二尖峰吸收电路。第一尖峰吸收电路与第一绕组并联连接。第一尖峰吸收电路可以用于吸收第一绕组残存的能量。第二尖峰吸收电路与第三绕组并联连接。第二尖峰吸收电路可以用于吸收第三绕组残存的能量。
43.在一个具体的实施例中，第一尖峰吸收电路可以包括第三二极管、第四二极管、第五电容和第五电阻。第三二极管的阳极与第一绕组的一端连接，第五电容和第五电阻并联，第三二极管的阴极与第五电阻的一端连接，第一绕组的另一端与第五电阻的另一端连接，第四二极管的阴极与第三二极管的阳极连接，第四二极管的阳极接地。
44.在一个具体的实施例中，第二尖峰吸收电路可以包括第五二极管、第六二极管、第六电容和第六电阻。第五二极管的阳极与第三绕组的一端连接，第六电容和第六电阻并联，第五二极管的阴极与第六电阻的一端连接，第三绕组的另一端与第六电阻的另一端连接，第六二极管的阴极与第五二极管的阳极连接，第六二极管的阳极接地。
45.在上述实施例中，通过第一尖峰吸收电路和第二尖峰吸收电路分别吸收第一绕组和第三绕组中残存的能量，从而避免第一绕组或第三绕组中残存的能量造成均衡控制器的损坏。
46.在一个具体的实施例中，第一绕组的第一端与第二绕组的第二端可以互为同名端，第一端与第三绕组的第三端可以互为同名端，第三端与第四绕组的第四端可以互为同名端。其中，第一端可以为第一绕组的两端中与第一开关连接的一端，第二端可以为第二绕组的两端中与第一反馈模块连接的一端，第三端可以为第三绕组的两端中与第二电池连接的一端，第四端可以为第四绕组的两端中接地的一端。具体地，如图2所示，第二端可以为第二绕组的两端中与第一反馈模块中的第一二极管的阳极连接的一端，第四端可以为第四绕组的两端中与第二二极管的阳极连接的一端。
47.在一个具体的实施例中，第一开关和/或第二开关可以为场效应晶体管。具体地，第一控制器可以与第一开关的栅极连接，第一绕组的一端可以与第一开关的漏级连接，第一开关的源级接地。第二控制器可以与第二开关的栅极连接，第三绕组的一端可以与第二开关的漏级连接，第二开关的源级接地。
48.图2是根据一示例性实施例示出的一种电池能量均衡装置的电路图。如图2所示，
可以通过四绕组的变压器结合两个控制器实现两个电池的电池能量均衡。具体的能量均衡原理如下：
49.通过第三电压采集模块和第四电压采集模块分别采集第一电池和第二电池的电压，电压比较模块比较上述第一电池和第二电池的电压，得到比较结果。在比较结果指示第二电池的电压大于第一电池的电压的情况下，基于第二反馈信息确定第二脉冲宽度调制信号，向第二开关输出第二脉冲宽度调制信号，以使第二电池的能量向第一电池转移。其中，第二控制器输出高电平的驱动信号到第二开关的使能端，使得第二开关达到工作电压，第二开关开始工作，通过向第二开关输入第二脉冲宽度调制信号，第二开关进行特定频率的闭合和关断，使得第二电池的能量向第一电池转移；在能量转移过程中，开始转移的时候第一电池的充电电流大，此时第二脉冲宽度调制信号的占空比(即第二脉冲宽度信息)最高，此时第四绕组的电压上升，由于第四绕组的电压与第三绕组的电压成比例，第三绕组的电压上升，第二反馈模块通过获取第三绕组的电压上升的状态从而降低第二脉冲宽度调制信号的占空比，使得第一电池的电压降低从而处于预设电压的状态保持恒压输出。可以理解的是，若第一电池的电压大于预设电压，则通过宽度确定模块降低占空比；如果第一电池的电压小于预设电压，则通过宽度确定模块增大占空比。具体地，图2中的芯片可以采用型号为xl6007的芯片。
50.在实际应用中，可以将上述电池能量均衡装置连接于任意两个电池之间，从而实现任意两个电池之间的能量均衡；示例性地，电池系统中包括三个电池，分别为第一电池、第二电池和第三电池，可以在第一电池和第二电池之间、第二电池和第三电池之间以及第一电池和第三电池之间分别设置电池能量均衡装置，从而实现上述三个电池中的任意两个电池之间的能量均衡。
51.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
52.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。