專利名稱：多單體串聯(lián)電池組主動均衡電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型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致，第二類不一致 性由初始電量差異導致。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?，F(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管容易導致電池組短路，實現(xiàn)困 難；并且該方案中電池組與外部連線太多，MOS開關(guān)管通路太多，系統(tǒng)復雜。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種電路簡單的多單體串聯(lián)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)復雜的問題。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的方案是一種多單體串聯(lián)電池組主動均衡電路， 包括一個帶隔離變壓器的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極的負極開關(guān)構(gòu)成，各正 極開關(guān)的另一端短接在一起，形成一個正極公共端(a)，各負極開關(guān)的另一端短接在一起， 形成一個負極公共端(b);所述DC/DC變換器具有兩個輸入端(Vin-、Vin+)與兩個輸出端 (Vo-、Vo+)，DC/DC變換器的兩個輸入端通過一對輸入開關(guān)(M2、M3)分別對應(yīng)連接所述正極 公共端(a)與負極公共端(b)，DC/DC變換器的兩個輸出端通過一對輸出開關(guān)(M1、M4)分別 對應(yīng)連接所述正極公共端(a)與負極公共端(b)。所述多單體串聯(lián)電池組主動均衡電路還包括一組電容,其中的電容分別與各單體 電池對應(yīng)并聯(lián)。所述DC/DC變換器為一個反激變壓器。所述正極開關(guān)、負極開關(guān)、輸入開關(guān)、輸出開關(guān)為繼電器或開關(guān)管。所述開關(guān)管為 MOS對管。[0009]本實用新型的多單體串聯(lián)電池組主動均衡電路，首先控制對應(yīng)高電壓單體電池的正極開關(guān)和負極開關(guān)閉合，同時控制輸入開關(guān)閉合，然后使它們?nèi)繑嚅_，再控制對應(yīng)低電壓單體電池的正極開關(guān)和負極開關(guān)閉合，同時控制輸出開關(guān)閉合，從而實現(xiàn)高電壓單體電池向低電壓單體電池的均衡。電路結(jié)構(gòu)簡單，使用的開關(guān)元件較少(2N+4，N為電池單體數(shù)量)，可擴展性好。通過該方案能夠?qū)崿F(xiàn)任意兩支單體電池之間的直接雙向能量轉(zhuǎn)移，解決各個單體電池的容量和電量不一致性問題。

圖I是本實用新型的電路原理圖；圖2是本實用新型CelllO向Celll2均衡的前半周期的電路原理圖；圖3是本實用新型CelllO向Celll2均衡的后半周期的電路原理圖；圖4是本實用新型Celll2向CelllO均衡的前半周期的電路原理圖；圖5是本實用新型Celll2向CelllO均衡的后半周期的電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。本實用新型的主動均衡電路如圖I所示，串聯(lián)的各單體電池(以12個單體電池為例)與一組電容Cl C12 —一對應(yīng)并聯(lián)連接，均衡電路包括一個帶隔離變壓器的DC/DC變換器(虛線框包圍部分)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)SlB S12B和一組一端用于分別連接各單體電池負極的負極開關(guān)SlA S12A構(gòu)成，各正極開關(guān)的另一端短接在一起，形成一個正極公共端a，各負極開關(guān)的另一端短接在一起，形成一個負極公共端b ；DC/DC變換器具有兩個輸入端Vin-、Vin+與兩個輸出端Vo-、Vo+, DC/DC變換器的兩個輸入端通過一對輸入開關(guān)M2、M3分別對應(yīng)連接正極公共端a與負極公共端b，DC/DC變換器的兩個輸出端通過一對輸出開關(guān)Ml、M4分別對應(yīng)連接所述正極公共端a與負極公共端b。DC/DC變換器為一個反激變壓器，作為其他實施方式，還可以選用其他結(jié)構(gòu)的帶隔離變壓器的DC/DC變換器。a點分別經(jīng)由開關(guān)M1、M2與DC/DC變換器的Vo+、Vin+連接(粗實線)；b點分別經(jīng)由開關(guān)M3、M4與DC/DC變換器的Vin-、Vo-連接(細實線)。DC/DC變換器的輸入端與輸出端Vin+、Vin-，Vo+、Vo-分別與其原邊繞組P和副邊繞組S的兩端相連接，具體連接方式如圖I所示。開關(guān)陣列與電池組及各單體電池的連接僅僅通過13根均衡線即可實現(xiàn)。每次選通四個開關(guān)即可建立起某單體電池與DC/DC變換器之間的連接回路。通過設(shè)計開關(guān)的導通時間以及變換器內(nèi)部繞組的電感可以調(diào)節(jié)均衡電流的大小。本實施例中的開關(guān)為可控開關(guān)。28個可控開關(guān)SlA S12A、S1B S12B、M1、M2、M3和M4可由MOS對管或繼電器實現(xiàn)。采用MOS對管相比單純的MOS管，能夠避免電池組短路的發(fā)生。具體實施過程如下，例I =CelllO向Celll2均衡。假設(shè)CelllO電壓最高，Celll2電壓最低電量過低，需要CelllO向Celll2均衡。假定一個均衡周期T由前半周期tl和后半周期t2組成，tl=t2=0. 5T。首先，在tl時間段內(nèi)導通MOS管S10B、S10A、M2和M3，同時關(guān)閉其他所有MOS管，CelllO的能量存入變換器原邊P中(如圖2所示)，DC/DC變換器工作于輸入模式；然后，在t2時刻導通MOS管S12B、S12A、Ml和M4，同時關(guān)閉其他所有M0S管，變換器原邊P存儲的能量耦合至副邊S，進而能 量轉(zhuǎn)移至Celll2 (如圖3所示)，DC/DC變換器工作于輸出模式；通過以上兩個操作互補交 替進行，能量從CelllO轉(zhuǎn)移至Celll2，實現(xiàn)CelllO向Celll2均衡。例2 Celll2 向 CelllO 均衡。假設(shè)Celll2電壓最高，CelllO電壓最低電量過低，需要Celll2向CelllO均衡。 同樣假定一個均衡周期T由前半周期tl和后半周期t2組成，tl=t2=0. 5T。首先，在tl時 間段內(nèi)導通M0S管S12B、S12A、M2和M3，同時關(guān)閉其他所有M0S管，Celll2的能量存入變 換器原邊P中(如圖4所示)，DC/DC變換器工作于輸入模式；然后，在t2時刻導通M0S管 S10B、S10A、M1和M4，同時關(guān)閉其他所有M0S管，變換器原邊P存儲的能量耦合至副邊S，進 而能量轉(zhuǎn)移至CelllO (如圖5所示)，DC/DC變換器工作于輸出模式；通過以上兩個操作互 補交替進行，能量從Cel 112轉(zhuǎn)移至Cel 110，實現(xiàn)Cel 112向CelllO均衡。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 單體電池與單體之間的直接雙向能量轉(zhuǎn)移，最終達到所有單體均衡的目的。本實用新型屬于無損均衡、均衡電流大、均衡效率高、可擴展性好、便于實現(xiàn)，能夠 達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。該主動均衡方法具 有以下優(yōu)點(1)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10A以上。(3)雙向均衡技術(shù)，可以實現(xiàn)電池組內(nèi)任意兩支單體電池之間的直接雙向能量轉(zhuǎn) 移，均衡效率極高。(4)結(jié)構(gòu)簡化，選用的控制開關(guān)數(shù)量較少。( 5 )集中式均衡，拓撲結(jié)構(gòu)簡單實用，連接方便，可擴展性極好。
權(quán)利要求1.一種多單體串聯(lián)電池組主動均衡電路，其特征在于，包括一個帶隔離變壓器的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極的負極開關(guān)構(gòu)成，各正極開關(guān)的另一端短接在一起，形成一個正極公共端(a)，各負極開關(guān)的另一端短接在一起，形成一個負極公共端(b);所述DC/DC變換器具有兩個輸入端(Vin-、Vin+)與兩個輸出端(Vo-、Vo+)，DC/DC變換器的兩個輸入端通過一對輸入開關(guān)(M2、M3)分別對應(yīng)連接所述正極公共端(a)與負極公共端(b)，DC/DC變換器的兩個輸出端通過一對輸出開關(guān)(Ml、M4)分別對應(yīng)連接所述正極公共端(a)與負極公共端(b)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多單體串聯(lián)電池組主動均衡電路，其特征在于，所述多單體串聯(lián)電池組主動均衡電路還包括一組電容，其中的電容分別與各單體電池對應(yīng)并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多單體串聯(lián)電池組主動均衡電路，其特征在于，所述DC/DC變換器為一個反激變壓器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多單體串聯(lián)電池組主動均衡電路，其特征在于，所述正極開關(guān)、負極開關(guān)、輸入開關(guān)、輸出開關(guān)為繼電器或開關(guān)管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多單體串聯(lián)電池組主動均衡電路，其特征在于，所述開關(guān)管為MOS對管。
專利摘要本實用新型涉及一種多單體串聯(lián)電池組主動均衡電路，包括一個帶隔離變壓器的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極的負極開關(guān)構(gòu)成，各正極開關(guān)的另一端短接在一起，形成一個正極公共端，各負極開關(guān)的另一端短接在一起，形成一個負極公共端；DC/DC變換器的兩個輸入端通過一對輸入開關(guān)分別對應(yīng)連接所述正極公共端與負極公共端，DC/DC變換器的兩個輸出端通過一對輸出開關(guān)分別對應(yīng)連接所述正極公共端與負極公共端。該方案能夠?qū)崿F(xiàn)任意兩支單體電池之間的直接雙向能量轉(zhuǎn)移，解決各個單體電池的容量和電量不一致性問題。
文檔編號H02J7/00GK202435080SQ20112056326
公開日2012年9月12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