串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路及均衡方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路，所述的主動被動協(xié)同混合均衡電路包括主動均衡電路、被動均衡電路和控制芯片。本發(fā)明在電池組充電時，在恒流充電階段先使用主動均衡對電池進(jìn)行第一階段能量搬移，在電池電壓接近過壓點時，電池充電電流減小，逐漸轉(zhuǎn)入恒壓充電過程，此時關(guān)閉主動均衡，啟用被動均衡，在充電末端進(jìn)行第二階段能量搬移，一方面可以消除主動均衡對電池電壓采樣造成的影響，消除電感等儲能元件在高頻開關(guān)信號下產(chǎn)生的干擾，同時可以更精確的控制充電過壓門限，從而使電池的容量更精準(zhǔn)的保持一致。本發(fā)明提供的主動被動協(xié)同混合均衡方法及均衡電路，充分利用了單一均衡方式的優(yōu)點，彌補了單一均衡方式的不足，實現(xiàn)了均衡效率的最優(yōu)化。
【專利說明】串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路及均衡方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動力電池管理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路及均衡方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池組由多個電池單體串聯(lián)而成。在日常的循環(huán)使用過程中，對電池組的充電和放電會逐漸導(dǎo)致電池單體之間出現(xiàn)不均衡現(xiàn)象，電池性能和一致性下降，表現(xiàn)為單體電池間電壓呈現(xiàn)差異，當(dāng)一組串聯(lián)的電池單體中有一個或多個電池單體的充電速度比其他電池單體更快或更慢，也就是出現(xiàn)了不均衡現(xiàn)象。
[0003]現(xiàn)有電池管理系統(tǒng)的均衡方法基本采用單一的均衡方法，要么單一采用主動均衡方式，要么單一采用被動均衡方式。然而，這兩種均衡方式都存在缺陷:
被動均衡只能做充電均衡；同時，在充電均衡過程中，多余的能量是作為熱量釋放掉的，使得整個系統(tǒng)的效率低、功耗高。有些場合為限制功耗，電路一般只允許以10mA左右的小電流放電，從而導(dǎo)致充電平衡耗時可高達(dá)幾小時。
[0004]主動均衡硬件電路復(fù)雜，制作成本較高，且需要一套復(fù)雜的軟件算法才能實現(xiàn)。在使用電感均衡的過程中，由于電池組典型的電壓因受到電感感性元件的影響,將對電芯電壓產(chǎn)生波動或干擾，因此對電芯電壓的采集要求極高；主動均衡雖然均衡電流大，可以達(dá)到1A，甚至平均值可達(dá)到5A，但是均衡誤差大，尤其是電池組進(jìn)入恒壓充電階段，各電池單元電壓很接近的時候，主動均衡的效果較差、均衡效率較低，不利于細(xì)分管理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路及均衡方法，能夠充分利用單一均衡方式的優(yōu)點，彌補單一均衡方式的不足，實現(xiàn)了均衡效率的最優(yōu)化。
[0006]本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路，所述的主動被動協(xié)同混合均衡電路包括主動均衡電路、被動均衡電路和控制芯片；
所述的主動均衡電路包含主動均衡驅(qū)動單元和多組用于控制相鄰兩個電池相互間充電的子主動均衡電路；每組子主動均衡電路均包括兩個功率放大驅(qū)動電路和兩個mos管，每組子主動均衡電路中的第一功率放大驅(qū)動電路的輸出端連接第一 mos管的柵極，第一mos管采用N溝道m(xù)os管；每組子主動均衡電路中的第二功率放大驅(qū)動電路的輸出端連接第二 mos管的柵極，第二 mos管采用P溝道m(xù)os管；第一 mos管的源極連接所控制的相鄰兩個電池中的第一電池的負(fù)極，第一 mos管的漏極連接第二 mos管的源極，第二 mos管的漏極連接所控制的相鄰兩個電池中的第二電池的正極，電感的第一端連接第一 mos管的漏極，電感的第二端連接相鄰兩個電池中的第一電池的正極，第一 mos管的源極和漏極間并聯(lián)有第一二極管，第一二極管的正極連接第一mos管的源極；第二mos管的源極和漏極間并聯(lián)有第二二極管，第二二極管的正極連接第二 mos管的源極；控制芯片的信號輸出端連接主動均衡驅(qū)動單元的信號輸入端，主動均衡驅(qū)動單元的信號輸出端分別連接每組子主動均衡電路中第一功率放大驅(qū)動電路和第二功率放大驅(qū)動電路的輸入端；
所述的被動均衡電路包括被動均衡驅(qū)動單元、移位寄存器和多組用于控制每一個電池放電的子被動均衡電路；每組子被動均衡電路均包括與所控制的電池串聯(lián)的第三mos管和耗能電阻；控制芯片的信號輸出端連接被動均衡驅(qū)動單元的信號輸入端，被動均衡驅(qū)動單元的信號輸出端連接移位寄存器的信號輸入端，移位寄存器的信號輸出端分別連接每組子被動均衡電路中第三mos管的柵極。
[0007]所述的第一功率放大驅(qū)動電路和第二功率放大驅(qū)動電路均采用互補對稱放大驅(qū)動電路，第一功率放大驅(qū)動電路包括第一三極管和第二三極管，第一三極管采用PNP型三級管，第二三極管采用NPN型三級管，第一三極管的基極和第二三極管的基極連接，第一三極管的集電極連接第二三極管的發(fā)射極，第一三極管的基極和第二三極管的基極共同通過第一電容連接第一 mos管的柵極，第一三極管的發(fā)射極連接第一二極管的正極，第二三極管的集電極連接第二二極管的負(fù)極；第二功率放大驅(qū)動電路包括第三三極管和第四三極管，第三三極管采用PNP型三級管，第四三極管采用NPN型三級管，第三三極管的基極和第四三極管的基極連接，第三三極管的集電極連接第四三極管的發(fā)射極，第三三極管的基極和第四三極管的基極共同通過第二電容連接第二 mos管的柵極，第三三極管的發(fā)射極連接第一二極管的正極，第四三極管的集電極連接第二二極管的負(fù)極。
[0008]所述的主動均衡驅(qū)動單元的信號輸出端分別通過反相器和光耦對應(yīng)連接每組子主動均衡電路中第一功率放大驅(qū)動電路和第二功率放大驅(qū)動電路的輸入端；移位寄存器的信號輸出端分別通過光耦對應(yīng)連接每組子被動均衡電路中第三mos管的柵極。
[0009]利用權(quán)利要求1所述的串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路的均衡方法，包括以下步驟:
A:控制芯片通過電流檢測設(shè)備檢測串聯(lián)電池組中的電流值，并與涓流充電電流門限值和涓流放電電流門限值進(jìn)行比較，判斷電池組處于放電階段或是充電階段，若測量到的電流值高于涓流放電電流門限值，則判斷處于放電階段，進(jìn)入步驟B;若測量到的電流值高于涓流充電電流門限值，則判斷處于充電階段，進(jìn)入步驟C ；
B:控制芯片通過計算處于同一子主動均衡電路內(nèi)的兩塊電池的電壓差是否高于預(yù)設(shè)電壓差門限值，判斷電池組在放電過程中是否出現(xiàn)不均衡狀態(tài)；若電池組出現(xiàn)不均衡狀態(tài)且控制芯片判斷出某一塊電池在放電過程中出現(xiàn)電壓較低狀況，則控制芯片控制主動均衡電路工作實現(xiàn)主動均衡，利用與電壓較低的電池處于同一子主動均衡電路內(nèi)的另一塊電壓較高的電池對電壓較低的電池進(jìn)行充電,直至整個電池組放電至欠壓狀態(tài)；
C:控制芯片通過計算處于同一子主動均衡電路內(nèi)的兩塊電池的電壓差是否高于預(yù)設(shè)電壓差門限值，判斷電池組在充電過程中是否出現(xiàn)不均衡狀態(tài)，若電池組在恒流充電階段發(fā)生不均衡狀態(tài)且控制芯片判斷出某一塊電池在恒流充電過程中出現(xiàn)電壓較低狀況，則進(jìn)入步驟D ;若電池組處于恒壓充電階段且控制芯片判斷出某一塊電池在恒流充電過程中出現(xiàn)電壓較高狀況，則進(jìn)入步驟E ;
D:控制芯片控制主動均衡電路工作實現(xiàn)主動均衡，利用與電壓較低的電池處于同一子主動均衡電路內(nèi)的另一塊電壓較高的電池對電壓較低的電池進(jìn)行充電，直至電壓較低的電池電壓達(dá)到過壓點；
E:控制芯片控制被動均衡電路工作實現(xiàn)被動均衡，利用與電壓較高的電池連接的子被動均衡電路對電壓較高的電池進(jìn)行放電，直至電壓較高的電池電壓與電池組中其他電池電壓一致。
[0010]所述的步驟B中，當(dāng)電池組在放電過程中，若處于同一子主動均衡電路內(nèi)的兩塊電池的電壓差高于預(yù)設(shè)電壓差門限值時，則判斷電池組在放電過程中發(fā)生不均衡狀態(tài)；所述的步驟C中，當(dāng)電池組在恒流充電階段中，若處于同一子主動均衡電路內(nèi)的兩塊電池的電壓差高于預(yù)設(shè)電壓差門限值時，則判斷電池組在恒流充電階段中發(fā)生不均衡狀態(tài)。
[0011]所述的步驟B和步驟C中，若電池組出現(xiàn)不均衡狀態(tài)且控制芯片判斷出某一塊電池在放電過程中出現(xiàn)電壓較低狀況，則控制模塊首先控制與電壓較低的電池處于同一子主動均衡電路內(nèi)的電壓較高的電池相對應(yīng)的mos管在第一組離散時間間隙內(nèi)導(dǎo)通,使電壓較高電池向子主動均衡電路內(nèi)的電感儲能；然后控制模塊控制與電壓較低的電池對應(yīng)的mos管在第二組離散時間間隙內(nèi)導(dǎo)通，使電感向電壓較低的電池充電；第一組離散時間間隙和第二組離散時間間隙互不重疊。
[0012]所述的步驟C中，當(dāng)電池組處于恒壓充電階段，若某一塊電池的電壓高于預(yù)設(shè)單塊電池電壓門限值時，判斷電池組恒壓充電階段發(fā)生不均衡狀態(tài)。
[0013]所述的步驟C中，若電池組出現(xiàn)不均衡狀態(tài)且控制芯片判斷出某一塊電池在放電過程中出現(xiàn)電壓較高狀況時，控制模塊控制與電壓較高的電池連接的子被動均衡電路中的mos管導(dǎo)通，利用與過壓電池串聯(lián)的耗能電阻進(jìn)行放電。
[0014]本發(fā)明在電池組充電時，在恒流充電階段先使用主動均衡對電池進(jìn)行第一階段能量搬移，在電池電壓接近過壓點時，電池充電電流減小，逐漸轉(zhuǎn)入恒壓充電過程，此時關(guān)閉主動均衡，啟用被動均衡，在充電末端進(jìn)行第二階段能量搬移，一方面可以消除主動均衡對電池電壓采樣造成的影響，消除電感等儲能元件在高頻開關(guān)信號下產(chǎn)生的干擾，同時可以更精確的控制充電過壓門限，從而使電池的容量更精準(zhǔn)的保持一致。本發(fā)明提供的主動被動協(xié)同混合均衡方法及均衡電路，充分利用了單一均衡方式的優(yōu)點，彌補了單一均衡方式的不足，實現(xiàn)了均衡效率的最優(yōu)化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明所述串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路的電路原理示意圖。

【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明所述的串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路，用于控制由多組電池串聯(lián)組成的電池組，所述的主動被動協(xié)同混合均衡電路包括主動均衡電路、被動均衡電路和控制芯片；
所述的主動均衡電路包含主動均衡驅(qū)動單元和多組用于控制相鄰兩個電池相互間充電的子主動均衡電路；每組子主動均衡電路結(jié)構(gòu)相同，可成陣列排列，分別控制相鄰兩個電池相互間充電。例如針對由N+1塊電池串聯(lián)形成的電池組，可設(shè)置N組子主動均衡電路進(jìn)行控制，用于控制第一電池和第二電池相互間充電的第一子主動均衡電路、用于控制第二電池和第三電池相互間充電的第二子主動均衡電路，以此類推，以及用于控制第N電池和第N+1電池相互間充電的第N子主動均衡電路。
[0017]每組子主動均衡電路均包括兩個功率放大驅(qū)動電路和兩個mos管，每組子主動均衡電路中的第一功率放大驅(qū)動電路的輸出端連接第一 mos管的柵極,第一 mos管米用N溝道m(xù)os管；每組子主動均衡電路中的第二功率放大驅(qū)動電路的輸出端連接第二 mos管的柵極，第二 mos管采用P溝道m(xù)os管；第一 mos管的源極連接所控制的相鄰兩個電池中的第一電池的負(fù)極，第一 mos管的漏極連接第二 mos管的源極,第二 mos管的漏極連接所控制的相鄰兩個電池中的第二電池的正極，電感的第一端連接第一 mos管的漏極，電感的第二端連接相鄰兩個電池中的第一電池的正極，第一 mos管的源極和漏極間并聯(lián)有第一二極管，第一二極管的正極連接第一mos管的源極；第二mos管的源極和漏極間并聯(lián)有第二二極管，第二二極管的正極連接第二 mos管的源極；控制芯片的信號輸出端連接主動均衡驅(qū)動單元的信號輸入端，主動均衡驅(qū)動單元的信號輸出端分別連接每組子主動均衡電路中第一功率放大驅(qū)動電路和第二功率放大驅(qū)動電路的輸入端。本實施例中，主動均衡驅(qū)動單元的信號輸出端分別通過反相器和光耦對應(yīng)連接每組子主動均衡電路中第一功率放大驅(qū)動電路和第二功率放大驅(qū)動電路的輸入端。第一功率放大驅(qū)動電路和第二功率放大驅(qū)動電路均采用互補對稱放大驅(qū)動電路，第一功率放大驅(qū)動電路包括第一三極管和第二三極管，第一三極管采用PNP型三級管，第二三極管采用NPN型三級管，第一三極管的基極和第二三極管的基極連接，第一三極管的集電極連接第二三極管的發(fā)射極，第一三極管的基極和第二三極管的基極共同通過第一電容連接第一 mos管的柵極，第一三極管的發(fā)射極連接第一二極管的正極，第二三極管的集電極連接第二二極管的負(fù)極；第二功率放大驅(qū)動電路包括第三三極管和第四三極管，第三三極管采用PNP型三級管，第四三極管采用NPN型三級管，第三三極管的基極和第四三極管的基極連接，第三三極管的集電極連接第四三極管的發(fā)射極，第三三極管的基極和第四三極管的基極共同通過第二電容連接第二 mos管的柵極，第三三極管的發(fā)射極連接第一二極管的正極，第四三極管的集電極連接第二二極管的負(fù)極。
[0018]所述的被動均衡電路包括被動均衡驅(qū)動單元、移位寄存器和多組用于控制每一個電池放電的子被動均衡電路；每組子被動均衡電路均包括與所控制的電池串聯(lián)的第三mos管和耗能電阻；控制芯片的信號輸出端連接被動均衡驅(qū)動單元的信號輸入端，被動均衡驅(qū)動單元的信號輸出端連接移位寄存器的信號輸入端，移位寄存器的信號輸出端分別連接每組子被動均衡電路中第三mos管的柵極。本實施例中，移位寄存器的信號輸出端分別通過光耦對應(yīng)連接每組子被動均衡電路中第三mos管的柵極。
[0019]以下結(jié)合圖1對本發(fā)明所述的串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路的工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明:
圖1中畫出了兩組子主動均衡電路,分別為控制第一電池cell_l和第二電池cell_2間相互充電的第一子主動均衡電路，以及控制第二電池cell_2和第三電池cell_3間相互充電的第二子主動均衡電路。在此以第一子主動均衡電路控制第一電池cell_l和第二電池cell_2間實現(xiàn)主動均衡為例。
[0020]第一子主動均衡電路中包括兩個功率放大驅(qū)動電路和兩個mos管，第一功率放大驅(qū)動電路和第二功率放大驅(qū)動電路均采用互補對稱放大驅(qū)動電路。第一功率放大驅(qū)動電路和第二功率放大驅(qū)動電路用于PWM驅(qū)動信號進(jìn)行反向處理并進(jìn)行光耦隔離，以實現(xiàn)了弱電低壓控制高壓浮地DC/DC的雙重隔離的效果，大大提高了第一子均衡電路在大電流均衡時的高效性，可靠性以及穩(wěn)定性。由于在均衡過程中要考慮到均衡效率的問題，以及高壓隔離的問題，互補對稱放大驅(qū)動電路能夠?qū)WM信號的上升和下降斜率做的非常好，從而提高了均衡電源的效率
第一功率放大驅(qū)動電路包括第一三極管Ql和第二三極管Q2,第一三極管Ql米用PNP型三級管，第二三極管Q2采用NPN型三級管，第一三極管Ql的基極和第二三極管Q2的基極連接，第一三極管Ql的集電極連接第二三極管Q2的發(fā)射極，第一三極管Ql的基極和第二三極管Q2的基極共同通過第一電容Cl連接第一 mos管Ql I的柵極，第一三極管Ql的發(fā)射極連接第一二極管Dl的正極，第二三極管Q2的集電極連接第二二極管D2的負(fù)極；第一mos管Qll采用N溝道m(xù)os管。
[0021]第二功率放大驅(qū)動電路包括第三三極管Q3和第四三極管Q4，第三三極管Q3采用PNP型三級管，第四三極管Q4采用NPN型三級管，第三三極管Q3的基極和第四三極管Q4的基極連接，第三三極管Q3的集電極連接第四三極管Q4的發(fā)射極，第三三極管Q3的基極和第四三極管Q4的基極共同通過第二電容C2連接第二 mos管Q12的柵極，第三三極管Q3的發(fā)射極連接第一二極管Dl的正極，第四三極管Q4的集電極連接第二二極管D2的負(fù)極。第二功率放大驅(qū)動電路的輸出端連接第二 mos管Q12的柵極，第二 mos管Q12采用P溝道m(xù)os管；
第一 mos管Qll的源極連接所控制的相鄰兩個電池中的第一電池cell_l的負(fù)極，第一 mos管Qll的漏極連接第二 mos管Q12的源極,第二 mos管Q12的漏極連接所控制的相鄰兩個電池中的第二電池cell_2的正極，電感L的第一端連接第一 mos管Qll的漏極，電感L的第二端連接相鄰兩個電池中的第一電池cell_l的正極，第一 mos管Qll的源極和漏極間并聯(lián)有第一二極管Dl,第一二極管Dl的正極連接第一 mos管Qll的源極；第二 mos管Q12的源極和漏極間并聯(lián)有第二二極管D2，第二二極管D2的正極連接第二 mos管Q12的源極；主動均衡驅(qū)動單元的信號輸出端連接第一功率放大驅(qū)動電路和第二功率放大驅(qū)動電路的輸入端。
[0022]若同處于第一子主動均衡電路內(nèi)的第一電池cell_l與第二電池cell_2的電壓差高于預(yù)設(shè)電壓差門限值時，則控制芯片判斷電池組在放電過程中發(fā)生不均衡狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝浑姵豤ell_l電壓相對于第二電池cell_2較低時,控制芯片通過主動均衡驅(qū)動單兀輸出的PWM驅(qū)動信號經(jīng)過反相器和光耦后，利用第二功率放大驅(qū)動電路中的第三三極管Q3和第四三極管Q4進(jìn)行功率驅(qū)動，然后經(jīng)第二電容C2隔離后輸出至第二 mos管Q12的柵極；當(dāng)輸出至第二 mos管Q12柵極的PWM驅(qū)動信號為低電平時，第二 mos管Q12導(dǎo)通；此時第二電池cell_2通過第二 mos管Q12向電感L充電，將第二電池cell_2的能量轉(zhuǎn)移到電感L ;當(dāng)輸出至第二 mos管Q12柵極的PWM驅(qū)動信號為高電平時，第二 mos管Q12截止，由于電感L、第一電池cell_l和第一二極管Dl形成導(dǎo)通回路，起到續(xù)流作用的第一二極管Dl繼續(xù)維持電感L的電流，將電感L的能量轉(zhuǎn)移到第一電池cell_l。由于PWM驅(qū)動信號的不斷循環(huán)，即可通過電感L實現(xiàn)第二電池cell_2的能量向第一電池cell_l不斷地轉(zhuǎn)移。
[0023]若同處于第一子主動均衡電路內(nèi)的第一電池cell_l與第二電池cell_2的電壓差高于預(yù)設(shè)電壓差門限值時，則控制芯片判斷電池組在放電過程中發(fā)生不均衡狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙姵豤ell_2電壓相對于第一電池cell_l較低時,控制芯片通過主動均衡驅(qū)動單兀輸出的PWM驅(qū)動信號經(jīng)過反相器和光耦后，利用第一功率放大驅(qū)動電路中的第一三極管Ql和第二三極管Q2進(jìn)行功率驅(qū)動，然后經(jīng)第一電容Cl隔離后輸出至第一mos管Qll的柵極；當(dāng)輸出至第一 mos管QlI柵極的PWM驅(qū)動信號為高電平時，第一 mos管QlI導(dǎo)通；此時第一電池cell_l通過第一 mos管Qll向電感L充電，將第一電池cell_l的能量轉(zhuǎn)移到電感L ;當(dāng)輸出至第一 mos管Qll柵極的PWM驅(qū)動信號為低電平時，第一 mos管Qll截止，由于電感L、第二電池cell_2和第二二極管D2形成導(dǎo)通回路，起到續(xù)流作用的第二二極管D2繼續(xù)維持電感L的電流，將電感L的能量轉(zhuǎn)移到第二電池cell_2。由于PWM驅(qū)動信號的不斷循環(huán)，即可通過電感L實現(xiàn)第一電池cell_l的能量向第二電池cell_2不斷地轉(zhuǎn)移。
[0024]圖1中還畫出了兩組子被動均衡電路，分別為控制第一電池cell_l進(jìn)行被動放電的第一子被動均衡電路，以及控制第二電池cell_2進(jìn)行被動放電的第二子被動均衡電路。在此以第一子主動均衡電路控制第一電池cell_l被動放電為例。
[0025]控制芯片通過被動均衡驅(qū)動單元和移位寄存器輸出的電平信號經(jīng)過光耦隔離后輸出至第三mos管Q13的柵極，當(dāng)輸出至第三mos管Q13柵極的電平信號為低電平時，第三mos管Q13導(dǎo)通,此時第一電池cell_l、第三三極管Q3和耗能電阻R形成導(dǎo)通回路，耗能電阻R工作，第一電池cell_l開始被泄放電流，消耗掉多余的能量；當(dāng)輸出至第三mos管Q13柵極的電平信號為高電平時，第三mos管Q13截止，第一電池cell_l停止泄放能量。第三mos管Q13采用P溝道m(xù)os管。
[0026]本申請中，由于單體電池的電壓在1.4V以上，能夠保證P溝道m(xù)os管和N溝道m(xù)os管的正常導(dǎo)通與截止。
[0027]本發(fā)明所述串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路的均衡方法，包括以下步驟:
A:控制芯片通過電流檢測設(shè)備檢測串聯(lián)電池組中的電流值，并與涓流充電電流門限值和涓流放電電流門限值進(jìn)行比較，判斷電池組處于放電階段或是充電階段，若測量到的電流值高于涓流放電電流門限值，則判斷處于放電階段，進(jìn)入步驟B;若測量到的電流值高于涓流充電電流門限值，則判斷處于充電階段，進(jìn)入步驟C ；
B:控制芯片通過計算處于同一子主動均衡電路內(nèi)的兩塊電池的電壓差是否高于預(yù)設(shè)電壓差門限值，判斷電池組在放電過程中是否出現(xiàn)不均衡狀態(tài)，若電池組出現(xiàn)不均衡狀態(tài)且控制芯片判斷出某一塊電池在放電過程中出現(xiàn)電壓較低的狀況，則控制芯片控制主動均衡電路工作實現(xiàn)主動均衡，利用與電壓較低的電池處于同一子主動均衡電路內(nèi)的另一塊電池對電壓較低的電池進(jìn)行充電，直至整個電池組放電至欠壓狀態(tài)；
當(dāng)電池組在放電過程中，若處于同一子主動均衡電路內(nèi)的兩塊電池的電壓差高于預(yù)設(shè)電壓差門限值時，則判斷電池組在放電過程中發(fā)生不均衡狀態(tài)；
實現(xiàn)主動均衡的步驟為:控制模塊首先控制與電壓較低的處于同一子主動均衡電路內(nèi)的電壓較高電池相對應(yīng)的mos管在第一組離散時間間隙內(nèi)導(dǎo)通，使電壓較高電池向子主動均衡電路內(nèi)的電感儲能；然后控制模塊控制與欠壓電池對應(yīng)的mos管在第二組離散時間間隙內(nèi)導(dǎo)通，使電感向欠壓電池充電；第一組離散時間間隙和第二組離散時間間隙互不重疊。第一組離散時間間隙和第二組離散時間間隙指在PWM調(diào)制控制模式下同一個周期內(nèi)開關(guān)管導(dǎo)通和截止的時間，屬于本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)，在此不再贅述。
[0028]C:控制芯片通過計算處于同一子主動均衡電路內(nèi)的兩塊電池的電壓差是否高于預(yù)設(shè)電壓差門限值，判斷電池組在充電過程中是否出現(xiàn)不均衡狀態(tài)，若電池組在恒流充電階段發(fā)生不均衡狀態(tài)且控制芯片判斷出某一塊電池在恒流充電過程中出現(xiàn)電壓較低狀況，則進(jìn)入步驟D ;若電池組處于恒壓充電階段且控制芯片判斷出某一塊電池在恒流充電過程中出現(xiàn)電壓較高狀況，則進(jìn)入步驟E ;恒流充電階段和恒壓充電階段可通過恒流充電過程中的電壓是否大于充電終止電壓進(jìn)行區(qū)分判斷，屬于本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)，在此不再贅述。
[0029]當(dāng)電池組在恒流充電階段中，若處于同一子主動均衡電路內(nèi)的兩塊電池的電壓差高于預(yù)設(shè)電壓差門限值時，則判斷電池組在恒流充電階段中發(fā)生不均衡狀態(tài)；
當(dāng)電池組處于恒壓充電階段，若某一塊電池的電壓高于預(yù)設(shè)單塊電池電壓門限值時，判斷電池組恒壓充電階段發(fā)生不均衡狀態(tài)。
[0030]D:控制芯片控制主動均衡電路工作實現(xiàn)主動均衡，利用與電壓較低的電池處于同一子主動均衡電路內(nèi)的另一塊電池對電壓較低的電池進(jìn)行充電，直至電壓較低的電池電壓達(dá)到過壓點；過壓點是指主動均衡電路內(nèi)的兩塊電池的電壓差低于預(yù)設(shè)電壓差門限值為止的那個點，屬于本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)，在此不再贅述。
[0031]實現(xiàn)主動均衡的步驟為:控制模塊首先控制與電壓較低的電池處于同一子主動均衡電路內(nèi)的電壓較高電池相對應(yīng)的mos管在第一組離散時間間隙內(nèi)導(dǎo)通,使電壓較高電池向子主動均衡電路內(nèi)的電感儲能；然后控制模塊控制與欠壓電池對應(yīng)的mos管在第二組離散時間間隙內(nèi)導(dǎo)通，使電感向欠壓電池充電；第一組離散時間間隙和第二組離散時間間隙互不重疊。
[0032]E:控制芯片控制被動均衡電路工作實現(xiàn)被動均衡，利用與電壓較高的電池連接的子被動均衡電路對電壓較高的電池進(jìn)行放電，直至電壓較高的電池電壓與電池組中其他電池電壓一致；
實現(xiàn)被動均衡的步驟為:控制模塊控制與電壓較高的電池連接的子被動均衡電路中的mos管導(dǎo)通，利用與電壓較高的電池串聯(lián)的耗能電阻進(jìn)行放電。
[0033]本發(fā)明中，利用控制芯片判斷電池組處于放電階段或是充電階段、判斷電池組在充電和放電過程中是否出現(xiàn)不均衡狀態(tài)，都屬于成熟的現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0034]本發(fā)明在電池組放電時啟動主動均衡，關(guān)閉被動均衡。這樣一方面可以減少電池組均衡時的能量損耗，將最多的電流輸出到負(fù)載端；另一方面，由于主動均衡的均衡電流較大，可以在相對短的時間內(nèi)對電壓較低的電池進(jìn)行補電，盡可能長時間的增加續(xù)航能力。當(dāng)電池組放電至欠壓時,主動均衡結(jié)束。
[0035]本發(fā)明在電池組充電時，在恒流充電階段先使用主動均衡對電池進(jìn)行第一階段能量搬移，在電池電壓接近過壓點時，電池充電電流減小，逐漸轉(zhuǎn)入恒壓充電過程，此時關(guān)閉主動均衡，啟用被動均衡，在充電末端進(jìn)行第二階段能量搬移，一方面可以消除主動均衡對電池電壓采樣造成的影響，消除電感等儲能元件在高頻開關(guān)信號下產(chǎn)生的干擾，同時可以更精確的控制充電過壓門限，從而使電池的容量更精準(zhǔn)的保持一致。本發(fā)明提供的主動被動協(xié)同混合均衡方法及均衡電路，充分利用了單一均衡方式的優(yōu)點，彌補了單一均衡方式的不足，實現(xiàn)了均衡效率的最優(yōu)化。
【權(quán)利要求】
1.串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路，其特征在于:所述的主動被動協(xié)同混合均衡電路包括主動均衡電路、被動均衡電路和控制芯片； 所述的主動均衡電路包含主動均衡驅(qū)動單元和多組用于控制相鄰兩個電池相互間充電的子主動均衡電路；每組子主動均衡電路均包括兩個功率放大驅(qū)動電路和兩個mos管，每組子主動均衡電路中的第一功率放大驅(qū)動電路的輸出端連接第一 mos管的柵極，第一mos管采用N溝道m(xù)os管；每組子主動均衡電路中的第二功率放大驅(qū)動電路的輸出端連接第二 mos管的柵極，第二 mos管采用P溝道m(xù)os管；第一 mos管的源極連接所控制的相鄰兩個電池中的第一電池的負(fù)極，第一 mos管的漏極連接第二 mos管的源極，第二 mos管的漏極連接所控制的相鄰兩個電池中的第二電池的正極，電感的第一端連接第一 mos管的漏極，電感的第二端連接相鄰兩個電池中的第一電池的正極，第一 mos管的源極和漏極間并聯(lián)有第一二極管，第一二極管的正極連接第一mos管的源極；第二mos管的源極和漏極間并聯(lián)有第二二極管，第二二極管的正極連接第二 mos管的源極；控制芯片的信號輸出端連接主動均衡驅(qū)動單元的信號輸入端，主動均衡驅(qū)動單元的信號輸出端分別連接每組子主動均衡電路中第一功率放大驅(qū)動電路和第二功率放大驅(qū)動電路的輸入端； 所述的被動均衡電路包括被動均衡驅(qū)動單元、移位寄存器和多組用于控制每一個電池放電的子被動均衡電路；每組子被動均衡電路均包括與所控制的電池串聯(lián)的第三mos管和耗能電阻；控制芯片的信號輸出端連接被動均衡驅(qū)動單元的信號輸入端，被動均衡驅(qū)動單元的信號輸出端連接移位寄存器的信號輸入端，移位寄存器的信號輸出端分別連接每組子被動均衡電路中第三mos管的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路，其特征在于:所述的第一功率放大驅(qū)動電路和第二功率放大驅(qū)動電路均采用互補對稱放大驅(qū)動電路，第一功率放大驅(qū)動電路包括第一三極管和第二三極管，第一三極管采用PNP型三級管，第二三極管采用NPN型三級管，第一三極管的基極和第二三極管的基極連接，第一三極管的集電極連接第二三極管的發(fā)射極，第一三極管的基極和第二三極管的基極共同通過第一電容連接第一 mos管的柵極，第一三極管的發(fā)射極連接第一二極管的正極，第二三極管的集電極連接第二二極管的負(fù)極；第二功率放大驅(qū)動電路包括第三三極管和第四三極管，第三三極管采用PNP型三級管，第四三極管采用NPN型三級管，第三三極管的基極和第四三極管的基極連接，第三三極管的集電極連接第四三極管的發(fā)射極，第三三極管的基極和第四三極管的基極共同通過第二電容連接第二 mos管的柵極，第三三極管的發(fā)射極連接第一二極管的正極，第四三極管的集電極連接第二二極管的負(fù)極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路，其特征在于:所述的主動均衡驅(qū)動單元的信號輸出端分別通過反相器和光耦對應(yīng)連接每組子主動均衡電路中第一功率放大驅(qū)動電路和第二功率放大驅(qū)動電路的輸入端；移位寄存器的信號輸出端分別通過光耦對應(yīng)連接每組子被動均衡電路中第三mos管的柵極。
4.利用權(quán)利要求1所述的串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路的均衡方法，其特征在于:包括以下步驟: A:控制芯片通過電流檢測設(shè)備檢測串聯(lián)電池組中的電流值，并與涓流充電電流門限值和涓流放電電流門限值進(jìn)行比較，判斷電池組處于放電階段或是充電階段，若測量到的電流值高于涓流放電電流門限值，則判斷處于放電階段，進(jìn)入步驟B;若測量到的電流值高于涓流充電電流門限值，則判斷處于充電階段，進(jìn)入步驟C ； B:控制芯片通過計算處于同一子主動均衡電路內(nèi)的兩塊電池的電壓差是否高于預(yù)設(shè)電壓差門限值，判斷電池組在放電過程中是否出現(xiàn)不均衡狀態(tài)；若電池組出現(xiàn)不均衡狀態(tài)且控制芯片判斷出某一塊電池在放電過程中出現(xiàn)電壓較低狀況，則控制芯片控制主動均衡電路工作實現(xiàn)主動均衡，利用與電壓較低的電池處于同一子主動均衡電路內(nèi)的另一塊電壓較高的電池對電壓較低的電池進(jìn)行充電,直至整個電池組放電至欠壓狀態(tài)； C:控制芯片通過計算處于同一子主動均衡電路內(nèi)的兩塊電池的電壓差是否高于預(yù)設(shè)電壓差門限值，判斷電池組在充電過程中是否出現(xiàn)不均衡狀態(tài)，若電池組在恒流充電階段發(fā)生不均衡狀態(tài)且控制芯片判斷出某一塊電池在恒流充電過程中出現(xiàn)電壓較低狀況，則進(jìn)入步驟D ;若電池組處于恒壓充電階段且控制芯片判斷出某一塊電池在恒流充電過程中出現(xiàn)電壓較高狀況，則進(jìn)入步驟E ; D:控制芯片控制主動均衡電路工作實現(xiàn)主動均衡，利用與電壓較低的電池處于同一子主動均衡電路內(nèi)的另一塊電壓較高的電池對電壓較低的電池進(jìn)行充電，直至電壓較低的電池電壓達(dá)到過壓點； E:控制芯片控制被動均衡電路工作實現(xiàn)被動均衡，利用與電壓較高的電池連接的子被動均衡電路對電壓較高的電池進(jìn)行放電，直至電壓較高的電池電壓與電池組中其他電池電壓一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路的均衡方法，其特征在于:所述的步驟B中，當(dāng)電池組在放電過程中，若處于同一子主動均衡電路內(nèi)的兩塊電池的電壓差高于預(yù)設(shè)電壓差門限值時，則判斷電池組在放電過程中發(fā)生不均衡狀態(tài)；所述的步驟C中，當(dāng)電池組在恒流充電階段中，若處于同一子主動均衡電路內(nèi)的兩塊電池的電壓差高于預(yù)設(shè)電壓差門限值時，則判斷電池組在恒流充電階段中發(fā)生不均衡狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路的均衡方法，其特征在于:所述的步驟B和步驟C中，若電池組出現(xiàn)不均衡狀態(tài)且控制芯片判斷出某一塊電池在放電過程中出現(xiàn)電壓較低狀況，則控制模塊首先控制與電壓較低的電池處于同一子主動均衡電路內(nèi)的電壓較高的電池相對應(yīng)的mos管在第一組離散時間間隙內(nèi)導(dǎo)通,使電壓較高電池向子主動均衡電路內(nèi)的電感儲能；然后控制模塊控制與電壓較低的電池對應(yīng)的mos管在第二組離散時間間隙內(nèi)導(dǎo)通，使電感向電壓較低的電池充電；第一組離散時間間隙和第二組離散時間間隙互不重疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述的串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路的均衡方法，其特征在于:所述的步驟C中，當(dāng)電池組處于恒壓充電階段，若某一塊電池的電壓高于預(yù)設(shè)單塊電池電壓門限值時，判斷電池組恒壓充電階段發(fā)生不均衡狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的串聯(lián)蓄電池組的主動被動協(xié)同混合均衡電路的均衡方法，其特征在于:所述的步驟C中，若電池組出現(xiàn)不均衡狀態(tài)且控制芯片判斷出某一塊電池在放電過程中出現(xiàn)電壓較高狀況時，控制模塊控制與電壓較高的電池連接的子被動均衡電路中的mos管導(dǎo)通，利用與過壓電池串聯(lián)的耗能電阻進(jìn)行放電。
【文檔編號】H02J7/00GK104135047SQ201410338200
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】趙光金, 吳文龍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院, 河南恩湃高科集團(tuán)有限公司