能量转移式电池均衡器专利介绍

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1、能量转移式电池均衡器专利介绍 1 能量转移式电池均衡器专利介绍能量转移式电池均衡器专利介绍 周宝林 能量转移式电池均衡器以其结构简单，性能稳定、均衡效率高、适应性强、综合成本低、应用范围广而可以广泛应用于镍氢电池组、镍镉电池组、各种锂电池组、超级电容器组、通讯用电池组等。 本均衡器的功能主要是解决串联电池组使用一段时间后，组中各电池电压不平衡，影响整个电池组使用寿命的技术难题。在技术原理上采取将电压高的电池能量转移一部分到电压低的电池中，提高低电压电池的电压，最终达到电池组内各电池的电压基本相同，彻底解决了电池的“木桶效应”问题。因此电池均衡器又可以称之为电池电压平衡器。它能够在很短的时间里平

2、衡各电池电压，具有非常低的功耗和非常高的电能转换效率，节约电能，经济环保。 本均衡器适应电压范围宽，最低可以适用于 2 块低电压镍镉电池或镍氢电池组。 本技术设计理念先进，使用非常成熟且易于采购的电子元器件，没有采用 MCU、 单片机、 专用芯片等特殊器件， 也不使用专用接口和专用线缆，具有明显的成本优势，系统的可靠性高，运行稳定、适宜长期连续运行。 本专利技术创造性地突破了现有技术中大多只能进行电池充电均衡的突破了现有技术中大多只能进行电池充电均衡的技术难题技术难题，以及虽然可以解决电池充电均衡和放电均衡的难题，但无法解解能量转移式电池均衡器专利介绍 2 决设备成本高的困惑决设备成本高的困惑

3、。本技术的另一个优势是可以在电池静止期间和充放可以在电池静止期间和充放电恢复期间对电池电压进行高效均衡电恢复期间对电池电压进行高效均衡，是一种全方位的电池均衡技术是一种全方位的电池均衡技术。提高对电池的均衡效率，调查统计数据表明，电池组的静止期间和充放电恢复时间总和远远长于电池的充、放电时间总和，能在静止期间和充放电恢复期间对电池进行均衡是本技术的一个突出亮点。 本均衡器采取均衡电流动态管理技术，相邻电池间电压差大时，自动提高均衡电流，电压差小时，自动降低均衡电流，实现均衡电流自动调整。实验样机均衡电流可以从几十微安到几百毫安自动变化。待机电流低于 0.7毫安，超低功耗的只有 0.2 毫安。本

4、均衡器只有在相邻电池电压差较大的情况下才会发生较大均衡电流，这种情况下，均衡器的功率器件也仅仅会有少量的温升，在大多数时间里，均衡器工作在待机自动电压监测和微功耗状态（自身功耗只有零点几毫瓦至几毫瓦） ，自身温度和电池所在的环境温度相同。 本均衡器彻底结束了电池需要精确配组才能使用的历史彻底结束了电池需要精确配组才能使用的历史。只要是相同型号的同类电池，容量相差不是太悬殊，即使容量不同、荷电状态（SOC）不同、电压不同，也可以串联在一起使用，均衡器会对不同状态的电池进行实时自动均衡和调整，让所有电池的电压都基本相等，从而达到电池组使用的最佳状态。理论上，本均衡器可以做到电池的电压差为零，但实际

5、上，受电子元器件不同厂商生产工艺和精度的影响，或多或少会有些误差，批量制作的实验样机对相邻电池电压差控制精度可以达到几个毫伏以内。 本均衡器彻底终结了新旧电池不能混用的历史彻底终结了新旧电池不能混用的历史，只要容量相差不是太悬殊，即使容量不同、荷电状态不同，也可以串联在一起使用，均衡器会对容量、荷电状态等参数进行自动实时调整，当电池组中的某块电池出现能量转移式电池均衡器专利介绍 3 故障需要更换时，不必再更换整个电池组，只需将故障电池更换成相同型不必再更换整个电池组，只需将故障电池更换成相同型号电池即可号电池即可，其余的工作由均衡器自己完成。 本均衡器与电池组单体电池电压无关本均衡器与电池组单

6、体电池电压无关，不同于某些电池均衡器只能用于特定的电池。能同时适用于镍氢（镉）电池组、各种锂电池组、超级电容器组以及通讯用电池组等。 本均衡器的均衡原理（以两块电池为例） 。 静态均衡： 假设电池 B1 的电压大于电池 B2 的电压，如图 1 所示，在均衡器的控制下，电池 B1 中的部分电能先流入均衡器内的储能元件，电流方向如图中的实箭头所示，此时的均衡器相当于一块电池，接受电能，在内部器件的控制下，暂存的电能随即释放出来，对电池 B2 充电，此时的均衡器相当于一个充电器，电流方向如图中的虚箭头所示，在均衡的过程中，电池 B1 的电压随着能量的释放慢慢下降，电池 B2 的电压随着能量的接受慢慢

7、上升，最终达到两块电池电压相同或相近，实现了能量的传递和转移，实现了设计上的节能和环保目的； 图 1 电池静态均衡图例 能量转移式电池均衡器专利介绍 4 假设电池 B1 的电压小于电池 B2 的电压，均衡原理相同，只是图 1 中的所示电流方向都相反。 当电池 B1 和电池 B2 的电压基本相同时，均衡工作结束，均衡器处于电压监测状态，此时，电池与均衡器之间的 M 线流出电流和流入电流几乎为零，实测值只有几十微安至百余微安，均衡器进入微功耗状态。 恢复期均衡： 工作原理同静态均衡相似，不再赘述。 充电均衡： 假设电池 B1 的电压高于电池 B2 的电压，如图 2 所示，在均衡器的控制下，流入电池

8、 B1 中的电流减小，即 IB1I，即降低高电压电池 B1 的充电电流，提高低电压电池 B2 的充电电流。经过充电期间的均衡后，达到两块电池的电压差降低最低，待电池进入恢复期和静止期后继续进行电压均衡。图中，水平方向箭头的粗细表示电流的大小，箭头越粗，表示电流越大，下同。 图 2 电池充电均衡图例 A 能量转移式电池均衡器专利介绍 5 如果电池 B1 的电压低于电池 B2 的电压，如图 3 所示，在均衡器的控制下，流入电池 B1 中的电流增大，即 IB1I，但流入电池 B2 中的电流却减小，即 IB2I，一部分电流给负载，另一部分电流通过均衡器转移给电池 B2，降低电池 B2 的输出电流，即

9、IB2I，一部分电流给负载，另一部分电流通过均衡器转移给电池 B1，降低电池 B1 的输出电流，即 IB1I，保护电池 B1，即提高高电压电池 B2 的放电电流，降低低电压电池 B1 的放电电流，其它过程同上。 图 5 电池放电均衡图例 B 大量的实验数据表明，经过几个充放电周期后，电池间的差异逐渐缩能量转移式电池均衡器专利介绍 7 短，均衡电流越来越小，均衡器在大多数时间里都处于自动监测和微功耗状态，符合设计预期。 当电池数量大于 2 块时，均衡原理都是相同的，理论上，本均衡器对电池串联数量没有限制，在物理连接上只须对均衡器进行级联即可，如图 6所示，均衡器的使用数量比电池数量少 1，电池数

10、量为 N 块时，如果全部采用独立的均衡器，则需要的均衡器数量为 N- 1 个。 图 6 电池组中均衡器连接图 本均衡器由于是采用独立设计，互相之间没有数据通讯上的联系，因此在产品化设计中可以很方便地进行组合，以组合体的方式进行安装和使用，如 2 组合体，适合 3 块电池串联，3 组合体，适合 4 块电池串联，4 组合体，适合 5 块电池串联等等，通过使用不同的组合体，可以适应不同串联数量的电池组。图 7 所示为 4 块电池串联时均衡器组合体的安装示意图。图中可以清晰的看到，均衡器与电池组的连接线明显减少。连接线数量只比电池数量多 1。如果采用图 6 的方式连接，则需要 9 根连线。电池数量越能

11、量转移式电池均衡器专利介绍 8 多，节约越明显，可以节约大量的连接线材。由于连接线数量的减少，安装、使用和管理都非常方便，可靠性更高。 例如 2 组合体，可以用于标称电压为 12V 的锂电池组，同样，5 组合体适用于标称电压为 24V 的锂电池组。 图 7 电池均衡器组合体在电池组中的连接图 本文附图中，电池 B1、B2 等虽然只以一块电池表示，但实际上它代表的是单体电压相同的电池或并联电池组，均衡器在多并多串的电池组中的均衡意义更大，只需将集成化后的均衡器板附加在电池组上即可。 目前，实验样机采用分立元件和 DIP 封装集成电路，对两块（组）串联电池的基本型均衡器，单面电路板面积只有约 60

12、30MM2，详见附图 8（简易包装后面积稍大） ，通过贴片元件设计并产品化后，面积可以缩小到4025MM2或更低，实现体积更小，均衡效果最好，功耗更低，可以很方便地封装到各种电池组中特别是大容量电池组，如几十安时至几百安时以上的电池组。进行级联组合后可以做成电池均衡器组，以适应不同串联节数的电池组，同时最大的好处是连接线数量明显减少，方便安装、使用和管理，如附图 9，3 组合体均衡器样板（简易包装，电路部分遮挡） 。 能量转移式电池均衡器专利介绍 9 附图 8 基本型均衡器样机 附图 9 3 组合体均衡器样板（临时包装） （适合 14.4V 锂离子电池组或 12V 磷酸铁锂电池组或 4.8V

13、镍氢（镉）电池组或 10V 超级电容器组） 通常情况下，为获得合适的电压和需要的容量，锂电池组通常采用多能量转移式电池均衡器专利介绍 10 并多串的方式进行组合，例如标称 12V7200mAh 锂电池组，一般是由 9 块相同型号的锂电池组成的，每三块电池并联，然后再依次串联而成，一节电池过充电或过放电会导致该组 3 块电池同时损坏，因此，使用电池均衡器非常有意义。 本均衡器实验样机在镍氢（镉）电池组、锂电池组、超级电容器组上已经进行了近千次的实验，实验数据和实验结果非常令人满意。 本专利样机部分实验数据经本人整理撰写的文章已经发布到互联网，可以通过百度等进行搜索，也可以通过复制、粘贴相应链接进

14、行阅读。 能量转移式电池均衡器在不平衡锂电池组中的应用实例能量转移式电池均衡器在不平衡锂电池组中的应用实例， 文章地址为： http:/ 高效电池均衡器在超级电容器组中的应用实例高效电池均衡器在超级电容器组中的应用实例，文章地址为： http:/ 其他参考资料（其他参考资料（文章作者：均为本人文章作者：均为本人） ： 电池充电均衡器的均衡效果分析及其解决方案电池充电均衡器的均衡效果分析及其解决方案，文章地址为： http:/ 高效电池均衡器相关知识问答高效电池均衡器相关知识问答，文章地址为： http:/ 蓄电池内阻对串联电池组使用寿命的影响蓄电池内阻对串联电池组使用寿命的影响，文章地址为：

15、http:/ 能量转移式电池均衡器专利介绍 11 目前充电电池的使用非常普及，但电池的不均衡问题却特别突出，严重影响电池尤其是电池组的使用寿命，以锂电池为例，一块大容量锂电池，单独使用寿命可达几年，但一旦组装成电池组却常常用不到一年甚至只有几个月时间就无法正常使用了，其根本原因就是由于电池的不均衡造成的。已经成为影响充电电池扩大使用范围的重要原因之一。本均衡器除了可以用于电池组外，还可以进行深度开发深度开发。例如，具有均衡功能的镍镉（氢）电池充电器，确保每一块电池都充入相同的电量、具有相同或相近的电压，更多信息略；智能化的仪器仪表用 6F22 锂电池充电器，确保内部的两块锂电池具有相同或相近的电压和电量，待机时间更长，使用寿命更长，当然配套的 6F22 型号锂电池需要进行局部改动，外观几乎没有变化，不影响任何充电和使用，更多信息请通过互联网搜索本人撰写的“6F22 锂电池使用技巧” ；智能化锂电池充电器，可同时对多块单体锂电池充电，确保每块锂电池具有相同或相近的电压和电量，待机时间更长，使用寿命更长等等。 需要注意的是，该均衡器只能做到让串联电池组中的所有电池电压同需要注意的是，该均衡器只能做到让串联电池组中的所有电池电压同时升高或同时降低，防止