專利名稱：鋰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鋰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?，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(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；電池與MOS開關(guān)管連線太多，系統(tǒng)復(fù)雜；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。

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，本實用新型的方案是一種鋰電池組主動均衡電路，包括一個DC/DC變換器和開關(guān)陣列，開關(guān)陣列由與鋰電池組中的各單體電池對應(yīng)連接的四組開關(guān)構(gòu)成；第一組開關(guān)一端分別連接各單體電池正極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸入正端(Vin+)，第二組開關(guān)一端分別連接各單體電池負極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸入負端(Vin-)，第三組開關(guān)一端分別連接各單體電池正極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸出正端(Vo+)，第四組開關(guān)一端分別連接各單體電池負極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸出負端(Vo-)。所述四組開關(guān)均為繼電器。所述DC/DC變換器包含一個PWM控制端，能夠動態(tài)調(diào)整均衡電流大小。本實用新型的電池組主動均衡電路，主要功能是實現(xiàn)任意兩支單體電池之間的直接雙向能量轉(zhuǎn)移，最終達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。而且本實用新型的電路結(jié)構(gòu)簡單，所采用的開關(guān)數(shù)量較少(4N，N為電池單體數(shù)量)；開關(guān)不需要高頻率切換動作，電路容易實現(xiàn)；通過軟件控制PWM占空比，進而動態(tài)調(diào)節(jié)均衡電流大小。當(dāng)某電池單體電壓過高，另一個電池單體電壓過低時，通過閉合兩電池單體對應(yīng)的四組開關(guān)中的相應(yīng)開關(guān)，第一組、第二組的開關(guān)構(gòu)成輸入回路，第三組、第四組開關(guān)構(gòu)成輸出回路。該均衡電路既可以用于充電均衡，又可以用于放電均衡，它能夠?qū)崿F(xiàn)多單體串聯(lián)電池組內(nèi)部任意兩支單體電池之間的直接雙向能量轉(zhuǎn)移，通過合理的均衡策略達到各個單體電池之間能量平衡。該均衡屬于無損均衡、均衡電流大、均衡效率高、可擴展性好、便于實現(xiàn)，能夠提聞電池充放電能力和循環(huán)使用壽命。

圖I是本實用新型的電路原理圖；圖2是本實用新型Celll2需要向CelllO均衡的原理圖；圖3是本實用新型CelllO需要向Celll2均衡的原理圖。
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。一種鋰電池組主動均衡電路，包括一個DC/DC變換器和開關(guān)陣列，開關(guān)陣列由與鋰電池組中的各單體電池對應(yīng)連接的四組開關(guān)構(gòu)成；第一組開關(guān)一端分別連接各單體電池正極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸入正端Vin+，第二組開關(guān)一端分別連接各單體電池負極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸入負端Vin-，第三組開關(guān)一端分別連接各單體電池正極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸出正端Vo+，第四組開關(guān)一端分別連接各單體電池負極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸出負端V0-。上述開關(guān)均為繼電器。如圖I的實施例，包括12 (N)支串聯(lián)鋰電池組、一個DC/DC變換器及由48 (4N)個開關(guān)組成的開關(guān)陣列。12支單體電池的正極依次串接12個開關(guān)(第一組開關(guān)SlD S12D)后進行短接，之后與Vin+連接(粗實線所示)；12支單體電池的負極依次串接12個開關(guān)(第二組開關(guān)SlB S12B)后進行短接，之后與Vin-連接(細實線所示)；12支單體電池的正極依次串接12個開關(guān)(第三組開關(guān)SlC S12C)后進行短接，之后與Vo+連接(粗虛線所示)；12支單體電池的負極依次串接12個開關(guān)(第四組開關(guān)SlA S12A)后進行短接，之后與Vo-連接(細虛線所示)。經(jīng)過合并，開關(guān)陣列與各單體電池的連接僅僅需要13 (N+1)根均衡線即可實現(xiàn)。每次選通四個開關(guān)即可建立起兩個單體電池與DC/DC變換器之間的連接回路。通過PWM控制單體電池與單體電池之間能量轉(zhuǎn)移，啟動均衡。關(guān)于DC/DC變換器，本實 施例采用PWM型變換器，由于是現(xiàn)有產(chǎn)品，所以不再贅述。具體實施過程如下Celll2 需要向 CelllO 均衡。假設(shè)Celll2電量過高、CelllO電量過低，Celll2需要向CelllO轉(zhuǎn)移能量，則閉合繼電器S12B、S12D、SlOA和S10C。此時，Celll2正負極分別與DC/DC變換器的Vin+和Vin-連接，CelllO的正負極分別與DC/DC變換器的Vo+和Vo-連接。使能PWM信號，均衡啟動，Celll2的能量通過DC/DC轉(zhuǎn)移給Cel110。該情況下的均衡原理圖及電流流向如圖2所示。CelllO 需要向 Celll2 均衡。假設(shè)CelllO電量過高、Cel112電量過低，CelllO需要向Cel112轉(zhuǎn)移能量，則閉合繼電器S12A、S12C、SlOB和S10D。此時，CelllO正負極分別與DC/DC變換器的Vin+和Vin-連接，Cel112的正負極分別與DC/DC變換器的Vo+和Vo-連接，使能PWM信號，均衡啟動，CelllO的能量通過DC/DC轉(zhuǎn)移給Celll2。該情況下的電路原理圖及電流流向如圖3所
/Jn o 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電池之間的直接雙向能量轉(zhuǎn)移，最終達到所有單體電量均衡的目的。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IOA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，并且用于控制的開關(guān)不需要高頻切換，可靠性及穩(wěn)定性大大提升。(4)集散式設(shè)計，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1.一種鋰電池組主動均衡電路，其特征在于，包括一個DC/DC變換器和開關(guān)陣列，開關(guān)陣列由與鋰電池組中的各單體電池對應(yīng)連接的四組開關(guān)構(gòu)成；第一組開關(guān)一端分別連接各單體電池正極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸入正端(Vin+)，第二組開關(guān)一端分別連接各單體電池負極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸入負端(Vin-)，第三組開關(guān)一端分別連接各單體電池正極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸出正端(Vo+)，第四組開關(guān)一端分別連接各單體電池負極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸出負端(Vo-)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰電池組主動均衡電路，其特征在于，所述四組開關(guān)均為繼電器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰電池組主動均衡電路，其特征在于，所述DC/DC變換器包含一個PWM控制端，能夠動態(tài)調(diào)整均衡電流大小。
專利摘要本實用新型涉及一種鋰電池組主動均衡電路，包括一個DC/DC變換器和開關(guān)陣列，開關(guān)陣列由與鋰電池組中的各單體電池對應(yīng)連接的四組開關(guān)構(gòu)成；第一組開關(guān)一端分別連接各單體電池正極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸入正端，第二組開關(guān)一端分別連接各單體電池負極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸入負端，第三組開關(guān)一端分別連接各單體電池正極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸出正端，第四組開關(guān)一端分別連接各單體電池負極，另一端短接并連接所述DC/DC變換器的輸出負端。主要功能是實現(xiàn)任意兩支單體電池之間的直接雙向能量轉(zhuǎn)移，最終達到所有單體電量均衡的目的。
文檔編號H02J7/00GK202435081SQ201120564630
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