串聯(lián)電池主動均衡電路及其均衡方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的串聯(lián)電池主動均衡電路，包括測量單元、數(shù)字控制單元、功率變換單元、電池組單元。本發(fā)明通過兩個MOSFET的巧妙配合實現(xiàn)了低損耗均衡技術，延長使用壽命，由于隔離變換效率極高，從而使大電流均衡得以實現(xiàn)，通過雙控互逆原理實現(xiàn)的雙向均衡技術，可以實現(xiàn)電池組內(nèi)任意單體電池與電池模塊間直接雙向能量轉(zhuǎn)移，結(jié)構(gòu)設計簡單實用，可以支持多個電池組串聯(lián)和級聯(lián)，可擴展性極好。
【專利說明】串聯(lián)電池主動均衡電路及其均衡方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池均衡電路，特別涉及一種串聯(lián)電池主動均衡電路及其均衡方法。
【背景技術】
[0002]單體鋰離子動力電池電壓一般比較低，在電動汽車上通常是串聯(lián)使用的。由于各單體鋰離子電池因制造工藝造成初始容量、電壓、內(nèi)阻等不完全相同，導致在使用過程中造成單體鋰離子電池的過充電和過放電現(xiàn)象，嚴重時會導致個別單體鋰離子電池提前老化、失效，動力鋰離子電池組的電容量下降、工作壽命縮短，為了減小不平衡性對動力電池組的影響，充電過程中要使用均衡電路。
[0003]傳統(tǒng)的電池組均衡方式主要可以分為兩大類，分別是能量消耗型和非能量消耗型。能量消耗型均衡方式通常在每只單體電池上并聯(lián)一個可控分流電阻。當電池電壓達到或超過限制電壓時，導通分流電阻回路，使流過單體電池的充電電流減小，從而使單體電池的電壓維持限制值以內(nèi)。由于流過電阻的電能最終以熱能的形式得到了釋放，因此稱作能量消耗型均衡方式。能量消耗型均衡系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、運行穩(wěn)定性強等優(yōu)點，在早期的低容量、低電壓的電池組系統(tǒng)中得到了廣泛應用。
[0004]但是隨著電池技術的不斷發(fā)展，對于目前的大容量、高電壓等級的電池組系統(tǒng)，這種方法的能耗太大，顯然是不可取的。非能量消耗型均衡系統(tǒng)，一般需要一個電壓轉(zhuǎn)換器，在主控制器檢測到某單體電壓偏高時，將電壓偏高單體的能量通過變換器反饋到電壓偏低的單體，均衡過程中能量被重新利用，從而達到電壓和能量的均衡。
[0005]此外，傳統(tǒng)的均衡方式大多數(shù)為過分依賴充電過程的被動均衡方式。即電池組在使用電池過程中若長時間不充電，單體電池之間便得不到均衡，電池單體間的不均衡差異便會越來越大，從而給下一次充電均衡造成很大負擔，甚至數(shù)次充電仍達不到平衡效果。雖然現(xiàn)在一些新型的電池組均衡系統(tǒng)，它們對傳統(tǒng)的能量消耗型被動均衡方式進行了一些改進，可以在充電、放電以及靜態(tài)情況下進行均衡。但是傳統(tǒng)均衡方法中存在的均衡效率低、均衡時間長、能耗高等問題依然沒有得到解決。與被動均衡相對應，主動均衡不需借助充電過程，可以在任意狀態(tài)下對電池組進行均衡控制，從理論上講是低能耗，高效率的均衡方式。但是從目前主動均衡技術研究的現(xiàn)狀分析，主動均衡方案由于涉及的元器件過多，實際結(jié)構(gòu)復雜，系統(tǒng)的安全運行穩(wěn)定性等問題依然很多，大多數(shù)均衡方案還處在理論研究階段，并未得到實際應用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對上述現(xiàn)有技術中的不足之處，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高、低能耗、聞效率的串聯(lián)電池主動均衡電路。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術方案:一種串聯(lián)電池主動均衡電路，包括測量單元、數(shù)字控制單元、功率變換單元、電池組單元，所述電池組單元負極接地，所述電池組單元包括若干個單體電池，單體電池兩端均與測量單元相連，所述功率變換單元包括若干個MOSFET、變壓器、檢測電阻，所述MOSFET與檢測電阻連接，所述MOSFET包括輸入MOSFET與輸出M0SFET，其中輸入MOSFET與變壓器輸入反相端連接，輸出MOSFET和變壓器輸出同相端相連，所述變壓器輸入同相端與電池組單元連接，所述數(shù)字控制單元與MOSFET柵極連接。
[0008]作為優(yōu)選，所述數(shù)字控制單元包括單片機(MCU)。
[0009]作為優(yōu)選，所述單片機(MCU)的PWM驅(qū)動電路與MSDFET柵極連接。
[0010]作為優(yōu)選，所述與輸入MOSFET連接的檢測電阻的另一端接地。
[0011]一種如上述的串聯(lián)電池主動均衡電路的均衡方法，包括以下步驟:
I)通過測量單元測量到是放電狀態(tài)時，通過單片機(MCU)控制MOSFET做功率變換的儲能變換，通過單片機(MCU)控制MOSFET功率變換電路的同步輸出整流，通過升壓方式補償放電不平衡。
[0012]3)通過測量單元測量的電量差異和補償周期，調(diào)整占空比，從而調(diào)整了補償電流和時間。
[0013]2)通過測量單元測量到是充電狀態(tài)時，通過單片機(MCU)控制MOSFET做功率變換的儲能變換，通過單片機(MCU)控制MOSFET功率變換電路的同步輸出整流，通過降壓方式給不足的電池充電進行充電不平衡補償。
[0014]4)通過測量單元測量的電量差異和補償周期，調(diào)整占空比，從而調(diào)整了補償電流和時間。
[0015]通過以上技術方案可以看出，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，均衡能量傳輸直接、均衡電流大、損耗功耗小，同時，延長電池組的工作壽命，適應性好，可靠性高，適宜推廣應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1是本發(fā)明的電路圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實施例及附圖來進一步詳細說明本發(fā)明。
[0019]一種如圖1所示的串聯(lián)電池主動均衡電路，包括數(shù)字控制單元1、功率變換單元2、電池組單元3及測量單元4,所述電池組單元3負極接地,所述電池組單元3包括若干個單體電池，單體電池兩端均與測量單元4相連,所述功率變換單元2包括若干個MOSFET (Q1、Q2、Q3、Q4...)、變壓器、檢測電阻(Rl、R2、R3、R4...) Jy^iMOSFET與檢測電阻連接，所述MOSFET 包括輸入 MOSFET (Q1、Q3)與輸出 MOSFET (Q2、Q4)，其中輸入 MOSFET (Ql、Q3)與變壓器輸入反相端連接，輸出MOSFET (Q2、Q4)和變壓器輸出同相端相連，所述變壓器輸入同相端與電池組單元3連接，所述數(shù)字控制單元I與輸入MOSFET (Q1、Q3)柵極連接。
[0020]進一步的，所述數(shù)字控制單元I主要包括單片機(MCU)。
[0021]進一步的，所述單片機(MCU)的PWM驅(qū)動電路與輸入MSDFET (Q1、Q3)柵極連接。
[0022]進一步的，所述與輸入MOSFET (Q1、Q3)連接的檢測電阻(Rl、R3)的另一端接地。
[0023]如上述的串聯(lián)電池主動均衡電路的均衡方法，包括以下步驟:
I)通過測量單元4測量到是放電狀態(tài)時，通過單片機(MCU)控制MOSFET做功率變換的儲能變換，通過單片機(MCU)控制MOSFET功率變換電路的同步輸出整流，通過升壓方式補償放電不平衡。
[0024]3)通過測量單元4測量的電量差異和補償周期，調(diào)整占空比，從而調(diào)整了補償電流和時間。
[0025]2)通過測量單元4測量到是充電狀態(tài)時，通過單片機(MCU)控制MOSFET做功率變換的儲能變換，通過單片機(MCU)控制MOSFET功率變換電路的同步輸出整流，通過降壓方式給不足的電池充電進行充電不平衡補償。
[0026]4)通過測量單元4測量的電量差異和補償周期，調(diào)整占空比，從而調(diào)整了補償電流和時間。
[0027]具體如下:
當測量單元4測量到是充電狀態(tài)時，MCU連接PWMl信號控制輸入MOSFET (Ql、Q3)的柵極，通過PWM波，控制輸入MOSFET(Ql、Q3)的占空比，從而使電路工作在降壓同步模式，輸入MOSFET (Q1、Q3)開關打開時間內(nèi)變壓器(T1、T3)存儲能量，輸入MOSFET (Q1、Q3)打開時間內(nèi)MCU控制輸出MOSFET(Q2、Q4)關閉，使輸出回路無電流輸出，輸入MOSFET (QUQ3)開關關閉時，變壓器(T1、T3)電壓反向抬高，變壓器的能量傳入輸出繞組，MCU控制輸出MOSFET (Q2, Q4)打開，給電池進行充電，其他路同上敘述，為了進一步提高效率；根據(jù)單片機(MCU)的A/D數(shù)字采樣的電池電壓和輸入輸出電流，控制最大輸出電流、最大輸入電流，根據(jù)平均電壓的最大誤差電壓，確定給那組充電充長時間。
[0028]當測量單元4測試到電池方向為放電模式，功率變換單元為放電均衡模式，單片機(MCU)根據(jù)A/D數(shù)字米樣的電池電壓和輸入輸出電流，控制最大輸出電流、最大輸入電流，根據(jù)平均電壓的最大誤差電壓，確定給那組電池放電，放電時間是多少。在這種模式下，單片機(MCU)根據(jù)檢測結(jié)果選擇讓那一路電池做放電均衡，例如選擇第一路電池做放電均衡，這時單片機(MCU)控制輸入MOSFET (Q2)，單片機(MCU)發(fā)送PWM波，控制輸入MOSFET (Q2)的占空比，從而使電路工作在升壓同步模式，輸入MOSFET (Q2)開關打開時間內(nèi)變壓器(Tl)存儲能量，輸入MOSFET (Q2)打開時間內(nèi)單片機(MCU)控制MOSFET (Ql)關閉，使輸出回路無電流輸出。當輸入MOSFET (Q2)關閉時間內(nèi)，變壓器Tl電壓反向抬高，變壓器的能量傳入輸出繞組，單片機(MCU)控制輸入MOSFET (Ql)打開，給電池組進行充電，其他路同上所述。本發(fā)明通過兩個MOSFET的巧妙配合實現(xiàn)了低損耗均衡技術，延長使用壽命，由于隔離變換效率極高，從而使大電流均衡得以實現(xiàn)，通過雙控互逆原理實現(xiàn)的雙向均衡技術，可以實現(xiàn)電池組內(nèi)任意單體電池與電池模塊間直接雙向能量轉(zhuǎn)移，結(jié)構(gòu)設計簡單實用，可以支持多個電池組串聯(lián)和級聯(lián)，可擴展性極好。
[0029]以上對本發(fā)明實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實施例的原理；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明實施例，在【具體實施方式】以及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。
【權利要求】
1.一種串聯(lián)電池主動均衡電路，其特征在于:包括數(shù)字控制單元、功率變換單元、電池組單元及測量單元，所述電池組單元負極接地，所述電池組單元包括若干個單體電池，單體電池兩端均與測量單元相連，所述功率變換單元包括若干個MOSFET、變壓器、檢測電阻，所述MOSFET與檢測電阻連接，所述MOSFET包括輸入MOSFET與輸出M0SFET，其中輸入MOSFET與變壓器輸入反相端連接，輸出MOSFET和變壓器輸出同相端相連，所述變壓器輸入同相端與電池組單元連接，所述數(shù)字控制單元與MOSFET柵極連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)電池主動均衡電路，其特征在于:所述數(shù)字控制單元包括單片機(MCU)。
3.根據(jù)權利要求2所述的串聯(lián)電池主動均衡電路，其特征在于:所述單片機(MCU)的PWM驅(qū)動電路與MSDFET柵極連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的串聯(lián)電池主動均衡電路，其特征在于:所述與輸入MOSFET連接的檢測電阻的另一端接地。
5.—種如權利要求1-4中任意一條所述的串聯(lián)電池主動均衡電路的均衡方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)通過測量單元測量到是放電狀態(tài)時，通過單片機(MCU)控制MOSFET做功率變換的儲能變換，通過單片機(MCU)控制MOSFET功率變換電路的同步輸出整流，通過升壓方式補償放電不平衡； 2)通過測量單元測量的電量差異和補償周期，調(diào)整占空比，從而調(diào)整了補償電流和時間； 3)通過測量單元測量到是充電狀態(tài)時，通過單片機(MCU)控制MOSFET做功率變換的儲能變換，通過單片機(MCU)控制MOSFET功率變換電路的同步輸出整流，通過降壓方式給不足的電池充電進行充電不平衡補償； 4)通過測量單元測量的電量差異和補償周期，調(diào)整占空比，從而調(diào)整了補償電流和時間。
【文檔編號】H02J7/00GK104242394SQ201410489610
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權日:2014年9月23日
【發(fā)明者】韓非 申請人:重慶星聯(lián)云科科技發(fā)展有限公司