專利名稱：電池組主動(dòng)均衡電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電池組主動(dòng)均衡電路，尤其涉及一種多單體串聯(lián)動(dòng)力鋰電池組主動(dòng)均衡電路。
背景技術(shù)：
鋰離子電池，尤其是鋰離子動(dòng)力電池的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，成為新能源技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。單體電池的容量越大，單體電池的容量差異也就越大。大容量鋰電子電池成組使用過(guò)程中存在兩類不一致性，第一類不一致性由實(shí)際容量差異導(dǎo)致，第二類不一致性由初始電量差異導(dǎo)致。由于不一致性，充電過(guò)程中某個(gè)單體會(huì)最先充滿，放電過(guò)程中又有某個(gè)單體會(huì)最先放空，這些缺陷限制了整個(gè)電池組的充放電能力。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，電池不一致性會(huì)逐漸加劇，嚴(yán)重影響了電池組性能。這一難題給電池管理系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，即在電池組充放電時(shí)實(shí)現(xiàn)均衡。 現(xiàn)有的電池管理系統(tǒng)很多具有均衡功能，但是均衡能力有限，無(wú)法完全解決電池的兩類不一致性。最近，以DC/DC變換器為代表的主動(dòng)均衡法得到了廣泛的研究，主動(dòng)均衡法也成為電池管理系統(tǒng)均衡的發(fā)展方向。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)雙向均衡，均衡電流大、效率高，能夠有效緩解并解決電池成組使用過(guò)程中表現(xiàn)的不一致性。但是現(xiàn)有的主動(dòng)均衡系統(tǒng)，其電路構(gòu)成比較復(fù)雜、開(kāi)關(guān)元件使用過(guò)多。如申請(qǐng)?zhí)枮?01020266091.0的中國(guó)實(shí)用新型專利，該裝置采用MOS開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)均衡通道切換，單純的MOS管容易導(dǎo)致電池組短路，實(shí)現(xiàn)困難；該裝置采用單體與單體電池均衡，無(wú)法實(shí)現(xiàn)單體電池與電池組之間的直接雙向能量轉(zhuǎn)移；此外，該方案中的MOS開(kāi)關(guān)管需要高頻動(dòng)作，對(duì)控制要求過(guò)高，影響可靠性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種電路簡(jiǎn)單的電池組主動(dòng)均衡電路，用以解決現(xiàn)有主動(dòng)均衡電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制要求高的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的方案是一種電池組主動(dòng)均衡電路，包括一個(gè)輸入輸出可逆的DC/DC變換器和開(kāi)關(guān)陣列，開(kāi)關(guān)陣列由一組一端用于分別連接各單體電池正極的正極開(kāi)關(guān)和一組一端用于分別連接各單體電池負(fù)極的負(fù)極開(kāi)關(guān)構(gòu)成，各正極開(kāi)關(guān)的另一端連接所述DC/DC變換器的第一直流接線端的正極(V2+)，各負(fù)極開(kāi)關(guān)的另一端連接所述DC/DC變換器的第一直流接線端的負(fù)極(V2-)，所述DC/DC變換器還包括第二直流接線端(VI+，VI-)，第二直流接線端(VI+，Vl-)與電池組正負(fù)極連接的回路中串設(shè)有一個(gè)控制開(kāi)關(guān)(S13)。所述正極開(kāi)關(guān)、負(fù)極開(kāi)關(guān)、控制開(kāi)關(guān)為繼電器。所述輸入輸出可逆的DC/DC變換器由一個(gè)低壓轉(zhuǎn)高壓和一個(gè)高壓轉(zhuǎn)低壓的單向DC/DC變換器組合實(shí)現(xiàn)。所述輸入輸出可逆的DC/DC變換器包含兩個(gè)PWM控制端，能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整均衡電流大小和方向。[0009]本實(shí)用新型的電池組主動(dòng)均衡電路，主要功能是實(shí)現(xiàn)電池組與其中任意一個(gè)單體電池之間的能量轉(zhuǎn)移，既可以實(shí)現(xiàn)電池組充電均衡，又可以實(shí)現(xiàn)電池組放電均衡，最終達(dá)到所有單體電量均衡的目的，緩解單體容量的不一致性問(wèn)題。而且本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所采用的開(kāi)關(guān)數(shù)量較少(2N+1，N為電池單體數(shù)量)。通過(guò)采用可逆的DC/DC變換器，當(dāng)某電池單體電壓過(guò)高時(shí)，通過(guò)閉合該電池單體對(duì)應(yīng)的正極開(kāi)關(guān)和負(fù)極開(kāi)關(guān)，以及對(duì)應(yīng)的控制開(kāi)關(guān)，使第一直流接線端為輸入，第二直流接線端為輸出，將單體電池能量轉(zhuǎn)移至電池組；當(dāng)某電池單體電壓過(guò)高時(shí)，通過(guò)閉合該電池單體對(duì)應(yīng)的正極開(kāi)關(guān)和負(fù)極開(kāi)關(guān)，以及對(duì)應(yīng)的控制開(kāi)關(guān)，使第一直流接線端為輸出，第二直流接線端為輸入，將電池組能量轉(zhuǎn)移單體電池。

圖I是本實(shí)用新型的電路原理圖；圖2是本實(shí)用新型電池組向Cellll均衡的原理圖；圖3是本實(shí)用新型Cellll向電池組均衡的原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。一種電池組主動(dòng)均衡電路，包括一個(gè)輸入輸出可逆的DC/DC變換器和開(kāi)關(guān)陣列，開(kāi)關(guān)陣列由一組一端用于分別連接各單體電池正極的正極開(kāi)關(guān)和一組一端用于分別連接各單體電池負(fù)極的負(fù)極開(kāi)關(guān)構(gòu)成，各正極開(kāi)關(guān)的另一端連接所述DC/DC變換器的第一直流接線端的正極V2+，各負(fù)極開(kāi)關(guān)的另一端連接所述DC/DC變換器的第一直流接線端的負(fù)極V2-，所述DC/DC變換器還包括第二直流接線端VI+，VI-，第二直流接線端VI+，Vl-與電池組正負(fù)極連接的回路中串設(shè)有控制開(kāi)關(guān)S13。上述開(kāi)關(guān)均為繼電器。一般來(lái)說(shuō)，控制開(kāi)關(guān)設(shè)一個(gè),并且連接在電池組正極,如圖I中的S13。作為其他事實(shí)施方式，也可以在電池組負(fù)極也增加一個(gè)觸頭。如圖I的實(shí)施例，包括12 (N)支串聯(lián)鋰電池組、一個(gè)DC/DC變換器及25 (2N+1)個(gè)開(kāi)關(guān)組成的開(kāi)關(guān)陣列。12支單體電池的正極依次通過(guò)12個(gè)正極開(kāi)關(guān)(SI+ S12+)與DC/DC變換器的V2+端子連接(虛線);12支單體電池的負(fù)極依次通過(guò)12個(gè)負(fù)極開(kāi)關(guān)(SI- S12-)與DC/DC變換器的V2-端子連接(實(shí)線);電池組總正通過(guò)開(kāi)關(guān)S13與DC/DC變換器的Vl+端子連接(虛線)，DC/DC變換器的Vl-端子直接與電池組總負(fù)連接(實(shí)線)。經(jīng)過(guò)合并，開(kāi)關(guān)陣列與電池組及各單體電池的連接僅僅通過(guò)13(N+1)根均衡線即可實(shí)現(xiàn)。每次選通三個(gè)開(kāi)關(guān)(S13必選)即可建立起某單體電池與DC/DC變換器，以及DC/DC變換器與電池組之間的連接回路。DC/DC變換器采用現(xiàn)有技術(shù)中的輸入端輸出端可逆的變換器，設(shè)有2個(gè)PWM使能端，通過(guò)PWM控制單體電池向電池組或者電池組向單體電池能量轉(zhuǎn)移，以進(jìn)行均衡。具體實(shí)施過(guò)程如下電池組向單體電池轉(zhuǎn)移能量。PWMl使能，DC/DC變換器設(shè)置為從高壓向低壓轉(zhuǎn)換模式，Vl+和Vl-為DC/DC變換器的輸入端，V2+和V2-為輸出端，實(shí)現(xiàn)電池組向單體電池轉(zhuǎn)移能量。假設(shè)Cellll電量過(guò)低，需要電池組向Cellll轉(zhuǎn)移能量，則閉合繼電器SI I+、Sll-和S13。電池組正負(fù)極分別與DC/DC變換器的Vl+和Vl-連接，Cellll的正負(fù)極經(jīng)由Sll+和Sll-分別與DC/DC變換器的V2+和V2-連接，電池組的能量通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)移給Cellll。該情況下的原理及電流流向如圖2所示。單體電池向電池組轉(zhuǎn)移能量。PWM2使能，DC/DC變換器設(shè)置為從低壓向高壓轉(zhuǎn)換模式，Vl+和Vl-為DC/DC變換器的輸出端，V2+和V2-為輸入端，實(shí)現(xiàn)單體電池向電池組轉(zhuǎn)移能量。假設(shè)CelllO電量過(guò)高，需要CelllO向電池組轉(zhuǎn)移能量，則閉合繼電器S10+、SlO-和S13。電池組正負(fù)極分別與DC/DC變換器的Vl+和Vl-連接，CelllO的正負(fù)極經(jīng)由SlO+和SlO-分別與DC/DC變換器的V2+和V2-連接，Cellll的能量通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)移給電池組。該情況下的電路原理圖及 電流流向如圖3所示。 該主動(dòng)均衡電路既可以實(shí)現(xiàn)電池組充電均衡，又可以實(shí)現(xiàn)電池組放電均衡，通過(guò)單體電池與電池組之間的直接雙向能量轉(zhuǎn)移，最終達(dá)到所有單體電量均衡的目的，緩解單體容量的不一致性。本實(shí)用新型屬于無(wú)損均衡、均衡電流大、均衡效率高、可擴(kuò)展性好、便于實(shí)現(xiàn)，能夠達(dá)到電池組充放電均衡、提高電池充放電能力和循環(huán)使用壽命等目的。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，該主動(dòng)均衡方法與現(xiàn)有其他方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)無(wú)損均衡技術(shù)(或低損耗)，均衡時(shí)能量損失很小，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。(2)大電流均衡技術(shù),均衡能力可達(dá)IOA以上。(3)雙向均衡技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)單體電池與電池組之間的直接雙向能量轉(zhuǎn)移，均衡效率高。(4)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，連接方便，可擴(kuò)展性極好。
權(quán)利要求1.電池組主動(dòng)均衡電路，其特征在于，包括一個(gè)輸入輸出可逆的DC/DC變換器和開(kāi)關(guān)陣列，開(kāi)關(guān)陣列由一組一端用于分別連接各單體電池正極的正極開(kāi)關(guān)和一組一端用于分別連接各單體電池負(fù)極的負(fù)極開(kāi)關(guān)構(gòu)成，各正極開(kāi)關(guān)的另一端連接所述DC/DC變換器的第一直流接線端的正極(V2+)，各負(fù)極開(kāi)關(guān)的另一端連接所述DC/DC變換器的第一直流接線端的負(fù)極(V2-)，所述DC/DC變換器還包括第二直流接線端(VI+，VI-)，第二直流接線端(VI+，Vl-)與電池組正負(fù)極連接的回路中串設(shè)有一個(gè)控制開(kāi)關(guān)(S13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組主動(dòng)均衡電路，其特征在于，所述正極開(kāi)關(guān)、負(fù)極開(kāi)關(guān)、控制開(kāi)關(guān)為繼電器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組主動(dòng)均衡電路，其特征在于，所述輸入輸出可逆的DC/DC變換器由一個(gè)低壓轉(zhuǎn)高壓和一個(gè)高壓轉(zhuǎn)低壓的單向DC/DC變換器組合實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組主動(dòng)均衡電路，其特征還在于，所述輸入輸出可逆的DC/DC變換器包含兩個(gè)PWM控制端，能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整均衡電流大小和方向。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電池組主動(dòng)均衡電路，包括一個(gè)輸入輸出可逆的DC/DC變換器和開(kāi)關(guān)陣列，開(kāi)關(guān)陣列由一組一端用于分別連接各單體電池正極的正極開(kāi)關(guān)和一組一端用于分別連接各單體電池負(fù)極的負(fù)極開(kāi)關(guān)構(gòu)成，各正極開(kāi)關(guān)的另一端連接所述DC/DC變換器的第一直流接線端的正極(V2+)，各負(fù)極開(kāi)關(guān)的另一端連接所述DC/DC變換器的第一直流接線端的負(fù)極(V2-)，所述DC/DC變換器還包括第二直流接線端(V1+，V1-)，第二直流接線端(V1+，V1-)與電池組正負(fù)極連接的回路中串設(shè)有一個(gè)控制開(kāi)關(guān)(S13)。主要功能是既可以實(shí)現(xiàn)電池組充電均衡，又可以實(shí)現(xiàn)電池組放電均衡。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202435082SQ20112056467
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者呂少鋒 申請(qǐng)人:中航鋰電(洛陽(yáng))有限公司