[发明专利]电池主动均衡装置、芯片、电池管理系统及用电设备

说明书

本公开提供了一种电池主动均衡装置，包括：多个电池均衡器，每个电池均衡器对应电池组的一个电池单元，所述电池均衡器包括：电荷转移装置，所述电荷转移装置对电池单元的电荷进行转移；以及储能电容，所述储能电容至少将所述电荷转移装置转移的电荷转移到电池组中。本公开还提供一种半导体芯片、电池管理系统及用电设备。

技术领域

本公开涉及电池主动均衡技术领域，本公开尤其涉及一种电池主动均衡装置、半导体芯片、电池管理系统及用电设备。

背景技术

储能系统或者新能源汽车中，越来越多的大容量锂电池串联组成适合的电池系统，以提供负载所需要的工作电压(新能源汽车电机，储能的并网变流器等负载)。为了能够保证系统正常工作，以及尽可能的利用所有电池的能量存储空间，对锂电池的一致性提出了很高的需求。

在串联的电池系统组中，由于所有电池的放电电流相同，Q＝∫Idt，在相同时间内，所有电池充电或者放电的电荷相同。但是，锂电池的容量，由于工艺控制的偏差、杂质的存在、温度的差异等导致的锂电池之间的不一致性，每个锂电池的可存储容量，以及容量对应的电压存在差异，并且这些差异受到锂电池寿命、外部温度等条件的影响，这些差异也会发生变化。因此，这些锂电池本身特性的不一致性，以及外部条件(例如温度等)的不一致性，导致在相同的充电或者放电条件下，锂电池的剩余容量和端口电压不同。在实际使用过程中，串联电池组系统中，相对容量较低的电池，或者寿命老化了的电池，会首先达到放电欠压电压点，或者充电的满充电压点，及锂电池已经放空，或者已经充满。而达到放电欠压电压点，或者锂电池充满状态，就需要对该锂电池进行保护，停止充电或者放电。与此同时，整个串联电池组系统中，其他相对容量较大，健康状态较好的锂电池，还没有达到放空的状态或者充满的状态，仍然可以有能力继续放电或者存储更多的电荷/能量。因此，整个串联电池组的允许放电的能量和充电的能量，就会被最低的容量，或者老化最严重的电池限制。

电池均衡系统分为被动均衡和主动均衡。被动均衡只能在充电过程中起作用，让尽可能多的电荷存储尽所有的电池中。但是，在放电过程中，无法将尽可能多的能量释放出来。主动均衡由于其效率高效率，以及能量转移的方式，可以在实际使用过程中，在充电和放电过程中，都能够起到最大化电池容量利用率。

传统的主动均衡，可以采用飞跨电容(图1)，隔离电源(图2)，非隔离Buck-Boost(图3)，隔离Flyback(图4)等方案。

如图1所示，采用相邻飞跨电容方案的主动均衡技术方案的控制方式简单，每周期转移容量ΔQ＝|V_BATn+1-V_BATn-1|*C_Fly，然而，该方案的转移效率受电压差影响，均衡精度受到器件压降的影响，电压差越小，到均衡后期均衡效率越低。

如图2所示，采用隔离电源方案的主动均衡技术方案的能量转移效率高且稳定，开关可以采用共源MOSFET或光耦合MOSFET，但开关数量较多，控制复杂，失效风险高，高压MOSFET成本贵，并且需要双向阻断，DC/DC用变压器隔离，生产成本高、失效成本高。

如图3所示，采用非隔离buck-boost方案的主动均衡技术方案的能量转移效率高且稳定，但是相邻能量转移需要一级一级传递能量，损耗较大，且该方案电感数量较多，EMI设计困难，失效后易发生短路，存在安全隐患。

如图4所示，采用隔离Flyback方案的主动均衡技术方案中，每个电芯对应一个Flyback，转移能量高且稳定，但是变压器数量多，失效风险大，生产成本高，EMI设计困难。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供一种电池主动均衡装置、半导体芯片、电池管理系统及用电设备。

本公开的电池主动均衡装置、半导体芯片、电池管理系统及用电设备通过以下技术方案实现。

根据本公开的一个方面，提供一种电池主动均衡装置，包括：