本發(fā)明涉及電池管理，特別涉及一種電容型電池主動(dòng)均衡電路及其方法。

背景技術(shù)：

1、在電池管理系統(tǒng)（battery?management?system,?bms）領(lǐng)域，電池組的均衡技術(shù)是確保電池組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。電池組通常由多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的單體電池組成，由于制造差異、老化不一致以及使用過(guò)程中的溫度和負(fù)載差異，這些單體電池的電壓和荷電狀態(tài)（state?of?charge,?soc）可能會(huì)逐漸出現(xiàn)差異。如果不加以控制，這種差異會(huì)導(dǎo)致電池組性能下降，甚至可能引發(fā)電池過(guò)充或過(guò)放，從而影響電池壽命和安全性。

2、目前，市面上的主動(dòng)均衡電路主要采用電感作為儲(chǔ)能元件，其工作原理是通過(guò)電感器暫時(shí)存儲(chǔ)多余能量，然后將其釋放回電池組中電壓較低的電池。然而，這種基于電感的均衡電路存在以下技術(shù)問(wèn)題：

3、成本問(wèn)題：電感元件的成本相對(duì)較高，尤其是對(duì)于需要大電流均衡的電池系統(tǒng)，需要使用大功率、高品質(zhì)的電感器，這進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的成本。

4、體積和集成性問(wèn)題：電感元件通常體積較大，這限制了均衡電路在緊湊空間中的應(yīng)用，尤其是在便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。

5、安全風(fēng)險(xiǎn)：電感器在能量轉(zhuǎn)移過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生反充現(xiàn)象，即低電壓電池向高電壓電池釋放能量，這不僅降低了均衡效率，還可能引發(fā)電池過(guò)充，增加安全風(fēng)險(xiǎn)。

6、效率問(wèn)題：電感器在能量轉(zhuǎn)移過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致能量損失，降低了系統(tǒng)的整體效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種電容型電池主動(dòng)均衡電路及其方法。

2、本發(fā)明提供一種電容型電池主動(dòng)均衡電路，包括：多個(gè)單體電池、功率mos管電路、儲(chǔ)能電路、控制環(huán)路；

3、所述控制環(huán)路包括adc模塊、pid模塊、恒流控制器和功率mos管驅(qū)動(dòng)模塊；所述adc模塊對(duì)應(yīng)端分別與多個(gè)單體電池、pid模塊對(duì)應(yīng)端電性連接；所述pid模塊對(duì)應(yīng)端經(jīng)恒流控制器與功率mos管驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)應(yīng)端進(jìn)行連接；所述功率mos管驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)應(yīng)端與功率mos管電路對(duì)應(yīng)端電性連接，所述功率mos管電路對(duì)應(yīng)端還分別與多個(gè)單體電池、儲(chǔ)能電路對(duì)應(yīng)端進(jìn)行連接。

4、優(yōu)選地，多個(gè)所述單體電池包括單體電池bat1和單體電池bat2；所述adc模塊包括adc1和adc2，該adc1用于采集單體電池bat1的電壓vbat1，adc2用于采集單體電池bat2的電壓vbat2。

5、優(yōu)選地，所述pid模塊用于計(jì)算單體電池bat1和單體電池bat2電壓之差的絕對(duì)值δv=|vbat2?-?vbat1|，并輸出控制信號(hào)以調(diào)節(jié)電量均衡過(guò)程。

6、優(yōu)選地，所述恒流控制器根據(jù)pid模塊的輸出信號(hào)調(diào)整功率mos管電路的開關(guān)頻率fsw或充電時(shí)間td，以控制儲(chǔ)能電路向低電壓電池單體轉(zhuǎn)移能量的速率。

7、優(yōu)選地，所述功率mos管驅(qū)動(dòng)模塊用于驅(qū)動(dòng)mos管電路以控制單體電池bat1和單體電池bat2之間的能量轉(zhuǎn)移。

8、優(yōu)選地，所述功率mos管電路包括mos管q1、mos管q2、mos管q3、mos管q4；

9、所述mos管q1的源極與單體電池bat2的正極進(jìn)行電性連接，mos管q1的漏極分別與儲(chǔ)能電路的第一端、mos管q2的漏極進(jìn)行電性連接，mos管q1的柵極對(duì)應(yīng)與功率mos管驅(qū)動(dòng)模塊的對(duì)應(yīng)端進(jìn)行電性連接；

10、所述mos管q2的源極分別與單體電池bat2的負(fù)極、單體電池bat1的正極、mos管q3的源極進(jìn)行電性連接，mos管q2的柵極對(duì)應(yīng)與功率mos管驅(qū)動(dòng)模塊的對(duì)應(yīng)端進(jìn)行電性連接；

11、所述mos管q3的漏極分別與儲(chǔ)能電路的第二端、mos管q4的漏極進(jìn)行電性連接，mos管q3的柵極對(duì)應(yīng)與功率mos管驅(qū)動(dòng)模塊的對(duì)應(yīng)端進(jìn)行電性連接；

12、所述mos管q4的源極與單體電池bat1的負(fù)極進(jìn)行電性連接且接地，mos管q4的柵極對(duì)應(yīng)與功率mos管驅(qū)動(dòng)模塊的對(duì)應(yīng)端進(jìn)行電性連接。

13、優(yōu)選地，所述儲(chǔ)能電路包括儲(chǔ)能電容c1，用于暫時(shí)存儲(chǔ)來(lái)自高電壓電池單體的能量，并在需要時(shí)將這些能量轉(zhuǎn)移到低電壓電池單體。

14、本發(fā)明還提供一種電容型電池主動(dòng)均衡方法，用于所述的電容型電池主動(dòng)均衡電路，包括下列任一種方法：

15、方法一：

16、步驟a1：導(dǎo)通mos管q1、mos管q3，使單體電池bat2與儲(chǔ)能電容c1并聯(lián)，儲(chǔ)能電容c1的電壓為vbat2；

17、步驟a2：導(dǎo)通mos管q2、mos管q3，使單體電池bat1與儲(chǔ)能電容c1并聯(lián)，儲(chǔ)能電容c1的電壓為vbat1；

18、步驟a3、計(jì)算在一個(gè)均衡周期內(nèi)儲(chǔ)能電容c1搬運(yùn)的電荷量q，q?=?|vbat2?-?vbat1|?*?c1=δv?*?c1?；

19、步驟a4：計(jì)算平均均衡電流iavg，iavg=?q?*fsw=?δv?*?c1?*fsw，并控制fsw以維持iavg恒定，其中fsw為功率mos管的開關(guān)頻率；

20、方法二：

21、步驟s1：測(cè)量體電池bat1、單體電池bat2的電壓vbat1、vbat2；

22、步驟s2：根據(jù)vbat1、vbat2的大小，控制mos管電路對(duì)儲(chǔ)能電路進(jìn)行充電；

23、步驟s3：計(jì)算平均均衡電流iavg，并控制充電時(shí)間td以維持iavg恒定。

24、優(yōu)選地，在步驟s2中，當(dāng)vbat2>vbat1時(shí)，控制功率mos管q1的柵極g1使得mos管q1用電流ih對(duì)電容c1進(jìn)行充電，功率mos管q3完全導(dǎo)通；

25、當(dāng)vbat2<vbat1時(shí)控制功率mos管q4的柵極g4使得mos管q4用電流ih對(duì)電容c1進(jìn)行充電，功率mos管q2完全導(dǎo)通。

26、優(yōu)選地，在步驟s3中，平均均衡電流的公式為iavg=?q?/?t?=?ih*?td/?t，td=?iavg*t?/ih，其中q為儲(chǔ)能電容c1轉(zhuǎn)移的電荷量，ih為對(duì)電容的充電電流，td為對(duì)電容的充電時(shí)間，t為開關(guān)周期。

27、采用本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果：

28、本發(fā)明與目前市面的方案相比具有成本低、體積小，易集成、控制簡(jiǎn)單，安全性高等優(yōu)勢(shì)；能將電壓高的電池能量存儲(chǔ)到電容上，并將電容上存儲(chǔ)的能量搬運(yùn)到電壓低的電池上，實(shí)現(xiàn)電池電量均衡的目的；

29、本發(fā)明降低系統(tǒng)成本：采用電容作為儲(chǔ)能元件，相較于電感元件，可以顯著降低均衡電路的成本，使得電池管理系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)高效。

30、本發(fā)明減小系統(tǒng)體積：電容元件體積較小，使得整個(gè)均衡電路更加緊湊，便于集成到空間受限的設(shè)備中。

31、本發(fā)明能防止反充現(xiàn)象：本發(fā)明通過(guò)特定的控制策略，確保能量只能從高電壓電池向低電壓電池轉(zhuǎn)移，有效避免了低電壓電池向高電壓電池釋放能量的“反充現(xiàn)象”，提高了系統(tǒng)的安全性，通過(guò)避免反充現(xiàn)象，減少了電池過(guò)充的風(fēng)險(xiǎn)，從而降低了安全事故的發(fā)生率。

32、本發(fā)明能快速均衡：通過(guò)功率mos管的快速開關(guān)特性和精確控制，實(shí)現(xiàn)了電池單體間的快速均衡，提高了均衡效率。

33、本發(fā)明能進(jìn)行精確控制：利用adc模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓，pid模塊精確計(jì)算電壓差，并輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池均衡過(guò)程的精確控制；精確控制充電過(guò)程有助于減少因電流波動(dòng)引起的熱損耗，保持電池系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定。

34、本發(fā)明的單體電池是能量存儲(chǔ)和釋放的主體，通過(guò)主動(dòng)均衡，可以有效地延長(zhǎng)電池組的使用壽命，防止因電池單體間電壓不平衡而導(dǎo)致的性能下降或損壞。