一種電池組分層均衡電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池組分層均衡電路，適用于混合動(dòng)力汽車、微型電動(dòng)車或蓄能裝置中。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著節(jié)能環(huán)保概念受到重視以及鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車逐漸成為國際競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)，電動(dòng)汽車或蓄能裝置的核心便是電池，但是鋰離子電池組串聯(lián)使用時(shí)容量不均衡的問題極大限制了其廣泛應(yīng)用。因此電池均衡電路的出現(xiàn)就顯得尤為重要，尤其是對(duì)于價(jià)格昂貴的大容量鋰離子電池組，更需要有效可靠的均衡電路和均衡策略。電池組均衡電路主要就是為了能夠提高電池組的容量利用率，防止電池出現(xiàn)過充和過放電，延長電池的循環(huán)使用壽命。所以電池組的核心又在于電池均衡電路。一個(gè)性能優(yōu)越的電池均衡電路能夠保證電池組始終安全可靠地運(yùn)行，充分發(fā)揮電池組性能，擺脫電池組使用中出現(xiàn)的短板效應(yīng)，提高電池組的循環(huán)使用壽命，通過一系列的有效管理和控制，保障電動(dòng)汽車或蓄能裝置的正常工作。
[0003]目前，國內(nèi)外對(duì)串聯(lián)電池組均衡充放電的方法主要有兩種:一種是化學(xué)的方法，即通過添加某種特殊的化學(xué)成分使得蓄電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以達(dá)到均衡充放電效果。另一種是物理的方法，即采用機(jī)械或電子手段來達(dá)到均衡充放電的效果。
[0004]由于化學(xué)均衡法目前尚處于研究初級(jí)階段，所以均衡充放電主要采用的是物理方法。采用物理方法對(duì)鋰離子電池組進(jìn)行均衡充放電，可以分為充電均衡、放電均衡和動(dòng)態(tài)均衡。充電均衡是指電池組單體電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，利用均衡電路減小其充電電流從而防止過充電。放電均衡是指在放電過程中，通過向電壓低的單體電池補(bǔ)充能量來防止過放電。動(dòng)態(tài)均衡方式則結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，在整個(gè)充放電過程中對(duì)電池組進(jìn)行電量均衡，避免了單一均衡中的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是采用電池組分層均衡電路，實(shí)現(xiàn)由3個(gè)底層電池模塊串聯(lián)組成的電池組之間的動(dòng)態(tài)雙向無損均衡，最優(yōu)化電池組效能，防止發(fā)生單體電池的過充電、過放電、超溫或過流等現(xiàn)象。
[0006]電池組主控制電路輸出控制信號(hào)，分配底層電池模塊控制電路與開關(guān)管之間的工作時(shí)間順序，使得各底層電池模塊之間與底層電池模塊內(nèi)的各單體電池之間實(shí)現(xiàn)充放電過程中的動(dòng)態(tài)雙向無損均衡。在充電過程中，當(dāng)串聯(lián)電池組中任何一個(gè)電池單體或底層電池模塊電量過高時(shí)，則可以將此電池單體或底層電池模塊的電量通過均衡電路傳遞給電池組其它所有剩余單體；在放電過程中，當(dāng)串聯(lián)電池組中任何一個(gè)電池單體或底層電池模塊電量過低時(shí)，可以將電池組其它所有剩余單體的電量通過均衡電路傳遞給這個(gè)電量過低的電池單體或底層電池模塊。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0008]—種電池組分層均衡電路，包括電池組、三個(gè)底層電池模塊控制電路和電池組主控制電路，電池組包括三個(gè)底層電池模塊，每個(gè)底層電池模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)開關(guān)管；一個(gè)底層電池模塊與一個(gè)底層電池模塊控制電路連接，三個(gè)底層電池模塊串聯(lián)連接，對(duì)應(yīng)的三個(gè)開關(guān)管也順次連接，相鄰底層電池模塊之間的公共點(diǎn)與相鄰開關(guān)管之間的公共點(diǎn)通過儲(chǔ)能電感連接，通過電池組主控制電路輸出控制信號(hào)，控制底層電池模塊控制電路與開關(guān)管的工作，使得各底層電池模塊之間與底層電池模塊內(nèi)的各單體電池之間實(shí)現(xiàn)充放電過程中的動(dòng)態(tài)雙向無損均衡。
[0009]進(jìn)一步地，三個(gè)底層電池模塊由第一底層電池模塊、第二底層電池模塊和第三底層電池模塊串聯(lián)組成，第一底層電池模塊的正極接電源，第三底層電池模塊的負(fù)極接地；每個(gè)底層電池模塊由對(duì)應(yīng)的底層電池模塊控制電路控制；每個(gè)開關(guān)管均由二極管并聯(lián)在MOSFET的源極與漏極上組成；第一開關(guān)管的MOSFET的源極與電源連接，第一開關(guān)管的MOSFET的漏極與第二開關(guān)管的MOSFET的源極連接，第二開關(guān)管的MOSFET的漏極與第三開關(guān)管的MOSFET的源極連接，第三開關(guān)管的MOSFET的漏極接地。
[0010]進(jìn)一步地，所述電池組由鉛酸電池、鋰離子電池、超級(jí)電容器或鎳鎘電池組成。
[0011]進(jìn)一步地，每個(gè)底層電池模塊由四個(gè)單體電池和均衡子單元組成；四個(gè)單體電池串聯(lián)連接，每個(gè)單體電池均與一個(gè)均衡子單元相連接；每個(gè)均衡子單元由兩個(gè)帶續(xù)流二極管的MOSFET以及均衡子單元儲(chǔ)能電感構(gòu)成，兩個(gè)帶續(xù)流二極管的MOSFET為括上橋臂MOSFET和下橋臂M0SFET，上橋臂MOSFET的源極與下橋臂MOSFET的漏極均和儲(chǔ)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，儲(chǔ)能電感另一端作為第五輸出端；相鄰單體電池之間的連接公共點(diǎn)與一個(gè)均衡子單元的第五輸出端連接，四個(gè)單體電池串聯(lián)后的中間點(diǎn)連接兩個(gè)均衡子單元的第五輸出端；均衡子單元中MOSFET的通斷由底層電池模塊控制電路控制。
[0012]進(jìn)一步地，所述電池組主控制電路或底層電池模塊控制電路控制滿足:在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，控制電路所施加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)能夠使儲(chǔ)能電感實(shí)現(xiàn)復(fù)位，即儲(chǔ)能電感的電流由零增加，隨后又減少到零。
[0013]進(jìn)一步地，充電過程中，若第一底層電池模塊的電壓高于其他兩個(gè)底層電池模塊，為了防止過充電，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，先使第一開關(guān)管導(dǎo)通，此時(shí)電流流過第一底層電池模塊、第一開關(guān)管和第一儲(chǔ)能電感，電感開始儲(chǔ)能；第一開關(guān)管導(dǎo)通一定時(shí)間后使其關(guān)斷，此時(shí)電流通過第二開關(guān)管和第三開關(guān)管的續(xù)流二極管釋放能量給第二底層電池模塊和第三底層電池模塊；若第二底層電池模塊的電壓高于其他兩個(gè)底層電池模塊，為了防止過充電，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，先使第二開關(guān)管導(dǎo)通，此時(shí)電流流過第二底層電池模塊、第二開關(guān)管、第一儲(chǔ)能電感和第二儲(chǔ)能電感，第一儲(chǔ)能電感和第二儲(chǔ)能電感開始儲(chǔ)能；第二開關(guān)管導(dǎo)通一定時(shí)間后使其關(guān)斷，此時(shí)電流分別通過第一開關(guān)管與第三開關(guān)管的續(xù)流二極管釋放能量給第一底層電池模塊和第三底層電池模塊；若第三底層電池模塊的電壓高于其他兩個(gè)底層電池模塊，為了防止過充電，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，先使第三開關(guān)管導(dǎo)通，此時(shí)電流流過第三底層電池模塊、第三開關(guān)管和儲(chǔ)能電感，電感開始儲(chǔ)能；第三開關(guān)管導(dǎo)通一定時(shí)間后使其關(guān)斷，此時(shí)電流通過第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的續(xù)流二極管釋放能量給第一底層電池模塊和第一底層電池模塊； 在放電過程中，若第一底層電池模塊的電壓低于其他兩個(gè)底層電池模塊，為了防止過放電，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，先使第二開關(guān)管和第三開關(guān)管導(dǎo)通，此時(shí)電流流過第二底層電池模塊、第三底層電池模塊、第一儲(chǔ)能電感、第二開關(guān)管和第三開關(guān)管，第一儲(chǔ)能電感開始儲(chǔ)能；第二開關(guān)管和第三開關(guān)管導(dǎo)通一定時(shí)間后使其關(guān)斷，此時(shí)電流通過第一開關(guān)管的續(xù)流二極管釋放能量給第一底層電池模塊；若第二底層電池模塊的電壓低于其他兩個(gè)底層電池模塊，為了防止過放電，一種情況是第一底層電池模塊的電壓高于第三底層電池模塊的電壓，則在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，先使第一開關(guān)管導(dǎo)通，此時(shí)電流流過第一底層電池模塊、第一電感和第一開關(guān)管，第一電感開始儲(chǔ)能；第一開關(guān)管導(dǎo)通一定時(shí)間后使其關(guān)斷，此時(shí)電流通過第二開關(guān)管的續(xù)流二極管釋放能量給第二底層電池模塊；另一種情況是第三底層電池模塊的電壓高于第一底層電池模塊的電壓，則在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，先使第三開關(guān)管導(dǎo)通，此時(shí)電流流過第三底層電池模塊、第二儲(chǔ)能電感和第三開關(guān)管，第二儲(chǔ)能電感開始儲(chǔ)能；第三開關(guān)管導(dǎo)通一定時(shí)間后使其關(guān)斷，此時(shí)電流通過第二開關(guān)管的續(xù)流二極管釋放能量給第二底層電池模塊；若第三底層電池模塊的電壓低于其他兩個(gè)底層電池模塊，為了防止過放電，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，先使第一開關(guān)管和第二開關(guān)管導(dǎo)通，此時(shí)電流流過第一底層電池模塊、第二底層電池模塊、第二儲(chǔ)能電感、第一開關(guān)管和第二開關(guān)管，第二儲(chǔ)能電感開始儲(chǔ)能；第一開關(guān)管和第二開關(guān)管導(dǎo)通一定時(shí)間后使其關(guān)斷，此時(shí)電流通過第三開關(guān)管的續(xù)流二極管釋放能量給第三底層電池模塊。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果:
本發(fā)明采用電池組分層均衡電路，實(shí)現(xiàn)由3個(gè)底層電池模塊串聯(lián)組成的電池組之間的動(dòng)態(tài)雙向無損均衡，最優(yōu)化電池組效能，防止發(fā)生單體電池的過充電、過放電、超溫或過流等現(xiàn)象。電池組主控制電路輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)底層電池模塊內(nèi)的單體電池與底層電池模塊之間的動(dòng)態(tài)均衡的相互配合，提高電池組的可用容量，保證