專利名稱：一種電池組主動均衡電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池組主動均衡電路，尤其涉及一種多單體串聯(lián)動力鋰電池組主動均衡電路。
背景技術(shù)：
鋰離子電池，尤其是鋰離子動力電池的應(yīng)用越來越廣泛，成為新能源技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。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程中存在兩類不一致性，第一類不一致性由實際容量差異導(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，充電過程中某個單體會最先充滿，放電過程中又有某個單體會最先放空，這些缺陷限制了整個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實現(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均衡法得到了廣泛的研究，主動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程中表現(xiàn)的不一致性。但是現(xiàn)有的主動均衡系統(tǒng)，其電路構(gòu)成比較復(fù)雜、開關(guān)元件使用過多。如申請?zhí)枮?01020266091.0的中國實用新型專利，該裝置采用MOS開關(guān)管實現(xiàn)均衡通道切換，單純的MOS管容易導(dǎo)致電池組短路，實現(xiàn)困難；該裝置采用單體與單體電池均衡，無法實現(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開關(guān)管需要高頻動作，對控制要求過高，影響可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電路簡單的電池組主動均衡電路，用以解決現(xiàn)有主動均衡電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制要求高的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是一種電池組主動均衡電路，包括一個輸入輸出可逆的DC/DC變換器和開關(guān)陣列，開關(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)極開關(guān)構(gòu)成，各正極開關(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)有一個控制開關(guān)(S13)。所述正極開關(guān)、負(fù)極開關(guān)、控制開關(guān)為繼電器。所述輸入輸出可逆的DC/DC變換器由一個低壓轉(zhuǎn)高壓和一個高壓轉(zhuǎn)低壓的單向DC/DC變換器組合實現(xiàn)。所述輸入輸出可逆的DC/DC變換器包含兩個PWM控制端，能夠動態(tài)調(diào)整均衡電流大小和方向。
本發(fā)明的電池組主動均衡電路，主要功能是實現(xiàn)電池組與其中任意一個單體電池之間的能量轉(zhuǎn)移，既可以實現(xiàn)電池組充電均衡，又可以實現(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題。而且本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)簡單，所采用的開關(guān)數(shù)量較少(2N+1，N為電池單體數(shù)量)。通過采用可逆的DC/DC變換器，當(dāng)某電池單體電壓過高時，通過閉合該電池單體對應(yīng)的正極開關(guān)和負(fù)極開關(guān)，以及對應(yīng)的控制開關(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)某電池單體電壓過高時，通過閉合該電池單體對應(yīng)的正極開關(guān)和負(fù)極開關(guān)，以及對應(yīng)的控制開關(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是本發(fā)明的電路原理 圖2是本發(fā)明電池組向Cellll均衡的原理 圖3是本發(fā)明Cellll向電池組均衡的原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。一種電池組主動均衡電路，包括一個輸入輸出可逆的DC/DC變換器和開關(guān)陣列，開關(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)極開關(guān)構(gòu)成，各正極開關(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)有控制開關(guān)S13。上述開關(guān)均為繼電器。一般來說，控制開關(guān)設(shè)一個,并且連接在電池組正極,如圖I中的S13。作為其他事實施方式，也可以在電池組負(fù)極也增加一個觸頭。如圖I的實施例，包括12 (N)支串聯(lián)鋰電池組、一個DC/DC變換器及25 (2N+1)個開關(guān)組成的開關(guān)陣列。12支單體電池的正極依次通過12個正極開關(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12個負(fù)極開關(guān)(SI- S12-)與DC/DC變換器的V2-端子連接(實線);電池組總正通過開關(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(實線)。經(jīng)過合并，開關(guān)陣列與電池組及各單體電池的連接僅僅通過13(N+1)根均衡線即可實現(xiàn)。每次選通三個開關(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PWM使能端，通過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。具體實施過程如下
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，實現(xiàn)電池組向單體電池轉(zhuǎn)移能量。假設(shè)Cellll電量過低，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，實現(xiàn)單體電池向電池組轉(zhuǎn)移能量。假設(shè)CelllO電量過高，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。該主動均衡電路既可以實現(xiàn)電池組充電均衡，又可以實現(xiàn)電池組放電均衡，通過 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。本發(fā)明屬于無損均衡、均衡電流大、均衡效率高、可擴(kuò)展性好、便于實現(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)方案運用，該主動均衡方法與現(xiàn)有其他方法相比具有以下優(yōu)點
(I)無損均衡技術(shù)(或低損耗)，均衡時能量損失很小，實現(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)簡單實用，連接方便，可擴(kuò)展性極好。
權(quán)利要求
1.一種電池組主動均衡電路，其特征在于，包括一個輸入輸出可逆的DC/DC變換器和開關(guān)陣列，開關(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)極開關(guān)構(gòu)成，各正極開關(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)有一個控制開關(guān)(S13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電池組主動均衡電路，其特征在于，所述正極開關(guān)、負(fù)極開關(guān)、控制開關(guān)為繼電器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電池組主動均衡電路，其特征在于，所述輸入輸出可逆的DC/DC變換器由一個低壓轉(zhuǎn)高壓和一個高壓轉(zhuǎn)低壓的單向DC/DC變換器組合實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電池組主動均衡電路，其特征還在于，所述輸入輸出可逆的DC/DC變換器包含兩個PWM控制端，能夠動態(tài)調(diào)整均衡電流大小和方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池組主動均衡電路，包括一個輸入輸出可逆的DC/DC變換器和開關(guān)陣列，開關(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)極開關(guān)構(gòu)成，各正極開關(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)有一個控制開關(guān)(S13)。主要功能是既可以實現(xiàn)電池組充電均衡，又可以實現(xiàn)電池組放電均衡。
文檔編號H02J7/00GK102832654SQ20111045206
公開日2012年12月19日 申請日期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 申請人:中航鋰電(洛陽)有限公司