基于電感儲能的串聯(lián)電池組雙向無損均衡電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及串聯(lián)電池組均衡技術，具體涉及適用于混合動力電動汽車、純電動汽車或蓄能電站中的蓄能裝置的基于電感儲能的串聯(lián)電池組雙向無損均衡電路。
【背景技術】
[0002]串聯(lián)電池組在經(jīng)過多個充放電循環(huán)后，各電池單體的剩余容量的分布大致會出現(xiàn)三種情況:個別電池單體的剩余容量偏高；個別電池單體的剩余容量偏低；個別電池單體的剩余容量偏高和個別電池單體的剩余容量偏低。
[0003]針對上述三種情況，國內(nèi)外學者均提出了自己的解決方案。如針對個別電池單體的剩余容量偏高的情況，有研究者提出了并聯(lián)電阻分流法，它通過控制相應的開關器件將剩余容量偏高的電池模塊的能量通過電阻消耗掉，該方法將能量白白浪費掉，并且在均衡過程中產(chǎn)生了大量的熱，增加了電池熱管理的負荷。也有研究者提出了雙向DC-DC均衡法、同軸變壓器均衡法等均衡電路，這些電路都采用了變壓器，增加了均衡電路的成本。
[0004]目前鋰離子電池組均衡控制的方法，根據(jù)均衡過程中電路對能量的消耗情況，可分為能量耗散型和能量非耗散型兩大類；按照均衡功能分類，可分為充電均衡、放電均衡和動態(tài)均衡。充電均衡是指在充電過程中的均衡，一般是在電池組單體電壓達到設定值時開始均衡，通過減小充電電流防止過充電；放電均衡是指在放電過程中的均衡，通過向剩余能量低的電池單體補充能量來防止過放電；動態(tài)均衡方式結(jié)合了充電均衡和放電均衡的優(yōu)點，是指在整個充放電過程中對電池組進行的均衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是在串聯(lián)電池組的電池管理系統(tǒng)中采用基于電感儲能的串聯(lián)電池組雙向無損均衡電路，以克服現(xiàn)有技術存在的上述不足。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過下述技術方案予以實現(xiàn)。
[0007]基于電感儲能的串聯(lián)電池組雙向充放電均衡電路，其中串聯(lián)電池組均分為上、下兩部分，上半部分的所有電池單體組成上電池組，下半部分的所有電池單體組成下電池組；當電池單體總數(shù)η為偶數(shù)時，上下部分的電池單體數(shù)均為η/2，當電池單體總數(shù)η為奇數(shù)時，上電池組的單體數(shù)為(η+1)/2，下電池組的單體數(shù)為(η-1)/2 ;所有電池單體由上至下分別依次命名為B1、B2、B3、......Bn，B1的正極接電源，B η的負極接地；每個電池單體均與一個均衡子電路相連接；均衡子電路的數(shù)量為η+1，其中η均衡子電路相應的與η個電池單體連接，另一個均衡子電路作為總均衡子電路，總均衡子電路與上電池組和下電池組的分界點即公共點連接；每個均衡子電路由兩個帶續(xù)流二極管的MOSFET以及儲能電感構成。
[0008]進一步優(yōu)化地，每個均衡子電路均各自包括上橋臂MOSFET和下橋臂M0SFET，上橋臂MOSFET的源極與下橋臂MOSFET的漏極均和儲能電感的一端相連；上橋臂MOSFET的漏極作為第一輸出端，上橋臂MOSFET的柵極作為第二輸出端，下橋臂MOSFET的柵極作為第三輸出端，下橋臂MOSFET的源極作為第四輸出端，L的另一端作為第五輸出端；第二輸出端、第三輸出端與控制電路相連接，MOSFET的開通和關斷由控制電路控制；與上電池組的電池單體連接的均衡子電路中，第一輸出端與該對應的電池單體正極相連，第五輸出端與對應電池單體負極相連，第四輸出端接地；與下電池組的電池單體連接的均衡子電路中，第五輸出端與該對應電池單體正極相連，第四輸出端與對應電池單體負極相連，第一輸出端接電源；總均衡子電路的第一輸出端接電源，第四輸出端接地，第五輸出端接上電池組與下電池組的公共點。
[0009]進一步優(yōu)化地，所述電池單體為電池模塊，電池模塊為鉛酸電池、鋰離子電池、鎳氫電池或超級電容器。
[0010]進一步優(yōu)化地，所述控制電路的控制信號頻率的大小根據(jù)所控制的電路儲能電感的電感值、MOSFET的開關損耗、電池單體電壓、電池單體容量而定。
[0011]進一步優(yōu)化地，所述控制電路的輸出驅(qū)動信號的占空比滿足使儲能電感在每個信號周期內(nèi)復位，即儲能電感的電流先從零開始上升，最后又下降到零。
[0012]均衡子電路的工作原理如下。
[0013]在充電過程中，若上電池組中的B1電池單體端電壓為所有單體最高，為了避免對B1S充電，在一個PffM周期內(nèi)，使B i對應的均衡子電路S i上橋臂MOSFET S la導通，則電流通過Sla、S1的儲能電感L i以及B y B1放電為L ^諸存能量；S la開通一定時間后使其關斷，此時電流通過S1下橋臂MOSFET S化的續(xù)流二極管、L1^B 1+1、B1+2……Bn，L1釋放能量至B 1+1、B1+2……Bn，實現(xiàn)了能量從Bjlj B 1+1、B1+2……8?的轉(zhuǎn)移。而若下電池組中的B j電池單體端電壓為所有單體最高，為了避免對BjS充電，在一個PffM周期內(nèi)，使B j對應的均衡子電路S j下橋臂MOSFET Sjb導通，則電流通過S jb、Sj的儲能電感L j以及B j, Bj放電為L滿存能量；Sjb開通一定時間后使其關斷，此時電流通過S j上橋臂MOSFET S #的續(xù)流二極管、L ]及B 1、B2……B1 P Lj釋放能量至B ^ B2……B1:，實現(xiàn)了能量WB jIjB ^ B2……B1 4勺轉(zhuǎn)移。
[0014]在放電過程中，若上電池組中的B1單體端電壓為所有單體最低，為了避免B i過放電，在一個PffM周期內(nèi)，使B1對應的均衡子電路S i下橋臂MOSFET S lb導通，則電流通過S lb、S1的儲能電感L1以及B1+1、B1+2……Bn，B1+1、B1+2……Bn放電為L ^諸存能量；S lb開通一定時間后使其關斷，此時電流通過S1上橋臂MOSFET S 13的續(xù)流二極管、L B P L1釋放能量至B實現(xiàn)了能量從B1+1、B1+2……轉(zhuǎn)移。而若下電池組中的B ,單體端電壓為所有單體最低，為了避免對Bj過放電，在一個PffM周期內(nèi)，使B j對應的均衡子電路S j上橋臂MOSFETSja導通，則電流通過S ja、Sj的儲能電感L j以及B η B2……Bj !,BnB2……Bj:放電為L〗儲存能量；Sja開通一定時間后使其關斷，此時電流通過S j下橋臂MOSFET S $的續(xù)流二極管、L s及Bj, Lj釋放能量至B j，實現(xiàn)了能量從BpB2……Bj jljB郝轉(zhuǎn)移。
[0015]總均衡子電路對上電池組與下電池組進行整體均衡，與其他均衡子電路同時工作。在充電過程中，若上電池組平均端電壓大于下電池組平均端電壓，在一個PWM周期內(nèi)，使總均衡子電路上橋臂MOSFET Sa導通，則電流通過上橋臂MOSFET S a、總均衡子電路儲能電感L以及上電池組，上電池組放電為L儲存能量；上橋臂MOSFET Sa開通一定時間后使其關斷，此時電流通過總均衡子電路下橋臂MOSFET Sb的續(xù)流二極管、L及下電池組，L釋放能量至下電池組，實現(xiàn)了能量從上電池組到下電池組的轉(zhuǎn)移；若下電池組平均端電壓大于上電池組平均端電壓，在一個PffM周期內(nèi)，使總均衡子電路下橋臂MOSFET Sb導通，則電流通過下橋臂MOSFET Sb、總均衡子電路儲能電感L以及下電池組，下電池組放電為L儲存能量；下橋臂MOSFET Sb開通一定時間后使其關斷，此時電流通過總均衡子電路上橋臂MOSFET S a的續(xù)流二極管、L及上電池組，L釋放能量至上電池組，實現(xiàn)了能量從下電池組到上電池組的轉(zhuǎn)移；在放電過程中，若上電池組平均端電壓小于下電池組平均端電壓，在一個PWM周期內(nèi)，使總均衡子電路下橋臂MOSFET Sb導通，則電流通過下橋臂MOSFET S b、總均衡子電路儲能電感L以及下電池組，下電池組放電為L儲存能量；下橋臂MOSFET Sb開通一定時間后使其關斷，此時電流通過總均衡子電路上橋臂MOSFET 續(xù)流二極管、L及上電池組，L釋放能量至上電池組，實現(xiàn)了能量從下電池組到上電池組的轉(zhuǎn)移；若下電池組平均端電壓小于上電池組平均端電壓，在一個PffM周期內(nèi)，使總均衡子電路上橋臂MOSFET Sa導通，則電流通過上橋臂MOSFET Sa、總均衡子電路儲能電感L以及上電池組，上電池組放電為L儲存能量；上橋臂MOSFET Sa開通一定時間后使其關斷，此時電流通過總均衡子電路下橋臂MOSFET S b的續(xù)流二極管、L及下電池組，L釋放能量至下電池組，實現(xiàn)了能量從上電池組到下電池組的轉(zhuǎn)移。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術效果:
本發(fā)明采用均衡電路來保證電池組中的單體在充電和放電過程中不出現(xiàn)過充電和過放電，改善串聯(lián)電池組不均衡的現(xiàn)象，提高電池組的可用容量，減小串聯(lián)電池組的維修和更換周期，延長電池組的使用壽命，降低混合動力汽車、電動汽車和蓄能電站的運行成本。在充電過程中，當電池組中任何一個單體能量過高時，可以將此單體的能量均衡給電池組其它所有剩余單體；在放電過程中，當電池組中任何一個單體能量過低時，可以將電池組其它所有剩余單體的能量均衡給這個能量過低的單體。
[0017]本發(fā)明由于在串聯(lián)電池組電池管理系統(tǒng)中采用上述無損動態(tài)電池均衡技術，能保證每個電池在充電和放電過程中不出現(xiàn)過充電和過放電，改善串聯(lián)電池組不均衡的現(xiàn)象，提高電池組的可用容量，延長電池組的使用壽命，降低混合動力汽車、電動汽車和電站中蓄電池儲能系統(tǒng)的成本。
【附圖說明】
[0018]圖1是基于電感儲能的串聯(lián)電池組雙向無損均衡電路的原理圖。
[0019]圖2是均衡子電路原理圖。
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