CN109560582A - 锂电池组自维护控制板 - Google Patents

锂电池组自维护控制板 Download PDF

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CN109560582A CN201811357409.3A CN201811357409A CN109560582A CN 109560582 A CN109560582 A CN 109560582A CN 201811357409 A CN201811357409 A CN 201811357409A CN 109560582 A CN109560582 A CN 109560582A
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吕士银
李克锋
戴海
梁海
耿盼盼
史佳超
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    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

本发明目的在于针对锂电池组自维护控制板的设计，实现电池组内部的充放电，实现客户要求的一定年限的免维护。锂电池组自维护控制板，包括9个单体电池和电感L。锂电池组内自维护是指锂电池组均衡能量在电池组内部的各个单体电池之间转移，它来自电池组，最终也回归电池组，其中只消耗某一电池单体的电量，维护其他8个电池单体。初始阶段电池单体的电压为3.6V，其他8个电池单体为4.2V，充放电在电池组内部完成。均衡模块中不包含独立的电源，它由一个桥式开关矩阵和一个电感L组成。为了降低自维护模块的损耗，选用小功率MOS管作为A、B两组开关器件。

Description

锂电池组自维护控制板
技术领域
本发明涉及锂电池组自维护控制板的设计，特别涉及到锂电池组通过自维护控制板进行锂电池组内部的充放电。
背景技术
锂电池组自维护控制板有很强的应用背景，在电力工业、机械自动化以及航天等领域都涉及到。本发明锂电池组自维护控制板涉及到锂电池组通过自维护控制板进行锂电池组内部的充放电的机理。
发明内容
本发明提供了锂电池组自维护控制板置的自动控制方法的,目的在于针对锂电池组自维护控制板的设计，实现电池组内部的充放电，实现客户要求的一定年限的免维护。电池组间的自维护时间内的预期状态是：最终的电池组中串联的9个电池单体的消耗等价于消耗在电池单体1上。而其他的8个单体的电压还保持在4.2V。
为了达到上述目的，本发明的构思是：锂电池组自维护控制板，锂电池组包括9个单体电池和电感L。锂电池组内自维护是指锂电池组均衡能量在电池组内部的各个单体电池之间转移，它来自电池组，最终也回归电池组，其中只消耗某一电池单体的电量，维护其他8个电池单体。初始阶段电池单体的电压为3.6V，其他8个电池单体为4.2V，充放电在电池组内部完成。均衡模块中不包含独立的电源，它由一个桥式开关矩阵和一个电感L组成。为了降低自维护模块的损耗，选用小功率MOS管作为A、B两组开关器件。由于MOS管寄生反并联二极管的存在而不能承受反压，在此均衡器中某一开关导通时，由于其寄生二极管的存在会导致电池短路，为了防止电池短路，在桥式电路中除了上桥臂最后一个MOS管和下桥臂第一个 MOS管外，其他每个MOS管(都要串联二极管。
优选地，所述锂电池组自维护控制板，电池静置时，均衡能量通过自维护模块直接由电池组中的4.2V的8个单体电池向3.6V单体电池分别充放电。在电池放电时对电池组中电压最低的单体电池进行能量转移，能量由同组中的其他8个单体电池向低电压的单体电池转移。电池静置时，均衡能量通过自维护模块直接由电池组中的4.2V的8个单体电池向3.6V单体电池分别充放电。在电池放电时对电池组中电压最低的单体电池进行能量转移，能量由同组中的其他8个单体电池向低电压的单体电池转移。
优选地，所述锂电池组自维护控制板，自在电池单体与其他电池单体完成一次放电后，接着将对其他8个电池进行充电。在电池充电时，高电压单体电池通过均衡器向同组中的单体电池放电；而在电池放电时，电池组中的低电压单体电池通过均衡器被同组中的电池1充电。充电电路可以做成boost-buck升降压斩波电路，且工作在电感能量完全转换模式。一个包含9个串联单体电池的电池组，假定电池单体为电池组中电压最高的单体电池，其放电开关为和，电池组中其他单体电池视为电压最低，其充电开关为Aj和Bj+1。单体电池1在电池组的最顶端，位于其下面的8个电池都连接在一起，均衡过程中只需使这8个电池的充电开关A2和B9处于导通状态，而对电池的下桥臂放电开关进行PWM控制，即可实现能量由电池向同组中其他所有电池转移，通过调节占空比可调节均衡电流的大小。从而完成对8个电池单体进行一次充电。
本发明的积极进步效果在于：本发明所述的控制板实现了一定年限的免维护；一方面是节约时间，提高效率，节约成本；另一方面产品在不容易拆卸的环境下，自动维护电池组。
附图说明
图1是本发明的锂电池组自维护控制板原理图。
图2是本发明的锂电池组自维护控制板充电图。
图3是本发明的锂电池组自维护控制板放电图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
参见图1、图2和图3，本发明锂电池组自维护控制板，其特征在于：锂电池组包括9个单体电池20、21、22、23、24、25、26、27、28、，18个MOS管1、2、3、4、5、6、7、8、 9、10、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47，18个二极管11、12、13、14、15、16、 17、18、19、29、30、31、32、33、34、35、36、37和电感L48。锂电池组内自维护是指锂电池组均衡能量在电池组内部的各个单体电池之间转移，它来自电池组，最终也回归电池组，其中只消耗某一电池单体的电量，维护其他8个电池单体。初始阶段电池单体20、的电压为 3.6V，其他8个电池单体21、22、23、24、25、26、27、28为4.2V，充放电在电池组内部完成。均衡模块中不包含独立的电源，它由一个桥式开关矩阵和一个电感L48、组成。为了降低自维护模块的损耗，选用小功率MOS管作为A、B两组开关器件。由于MOS管寄生反并联二极管的存在而不能承受反压，在此均衡器中某一开关导通时，由于其寄生二极管的存在会导致电池短路，为了防止电池短路，在桥式电路中除了上桥臂最后一个MOS管10、和下桥臂第一个MOS管38、外，其他每个MOS管1、2、3、4、5、6、7、8、9、39、40、41、42、43、 44、45、46、47、都要串联二极管11、12、13、14、15、16、17、18、19、29、30、31、32、 33、34、35、36、37。
所述的锂电池组自维护控制板，其特征在于：电池静置时，均衡能量通过自维护模块直接由电池组中的4.2V的8个单体电池21、22、23、24、25、26、27、28向3.6V单体电池 20分别充放电。在电池放电时对电池组中电压最低的单体电池进行能量转移，能量由同组中的其他8个单体电池21、22、23、24、25、26、27、28向低电压的单体电池20转移。电池静置时，均衡能量通过自维护模块直接由电池组中的4.2V的8个单体电池21、22、23、 24、25、26、27、28向3.6V单体电池20分别充放电。在电池放电时对电池组中电压最低的单体电池20、进行能量转移，能量由同组中的其他8个单体电池21、22、23、24、25、 26、27、28向低电压的单体电池20转移。
所述的锂电池组自维护控制板，其特征在于：自在电池单体20与其他电池单体完成一次放电后，接着将对其他8个电池21、22、23、24、25、26、27、28进行充电。在电池充电时，高电压单体电池20、通过均衡器向同组中的单体电池放电；而在电池放电时，电池组中的低电压单体电池通过均衡器被同组中的电池1充电。充电电路可以做成boost-buck升降压斩波电路，且工作在电感能量完全转换模式。一个包含9个串联单体电池20、21、22、23、24、25、26、27、28的电池组，假定电池单体20为电池组中电压最高的单体电池，其放电开关为39、和3，电池组中其他单体电池视为电压最低，其充电开关为Aj和Bj+1。单体电池1在电池组的最顶端，位于其下面的8个电池都连接在一起，均衡过程中只需使这8个电池的充电开关A2和B9处于导通状态，而对电池20的下桥臂放电开关38、进行PWM控制，即可实现能量由电池20、向同组中其他所有电池转移，通过调节占空比可调节均衡电流的大小。从而完成对8个电池单体21、22、23、24、25、26、27、28进行一次充电。
本发明的目的在于：提供了锂电池组自维护控制板置的自动控制方法的,目的在于针对锂电池组自维护控制板的设计，实现电池组内部的充放电，实现客户要求的一定年限的免维护。电池组间的自维护时间内的预期状态是：最终的电池组中串联的9个电池单体的消耗等价于消耗在电池单体1上。而其他的8个单体的电压还保持在4.2V。

Claims (4)

1.一种锂电池组自维护控制板，其特征在于：锂电池组包括9个单体电池(20)(21)(22)(23)(24)(25)(26)(27)(28)，18个MOS管(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(38)(39)(40)(41)(42)(43)(44)(45)(46)(47)，18个二极管(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)(29)(30)(31)(32)(33)(34)(35)(36)(37)和电感L(48)；
锂电池组内自维护是指锂电池组均衡能量在电池组内部的各个单体电池之间转移，它来自电池组，最终也回归电池组，其中只消耗某一电池单体的电量，维护其他8个电池单体；初始阶段电池单体(20)的电压为3.6V，其他8个电池单体(21)(22)(23)(24)(25)(26)(27)(28)为4.2V，充放电在电池组内部完成；均衡模块由一个桥式开关矩阵和一个电感L(48)组成；由于MOS管寄生反并联二极管的存在而不能承受反压，在此均衡器中某一开关导通时，由于其寄生二极管的存在会导致电池短路，为了防止电池短路，在桥式电路中除了上桥臂最后一个MOS管(10)和下桥臂第一个MOS管(38)外，其他每个MOS管(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(39)(40)(41)(42)(43)(44)(45)(46)(47)都要串联二极管(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)(29)(30)(31)(32)(33)(34)(35)(36)(37)。
2.根据权利要求1所述的锂电池组自维护控制板，其特征在于：电池静置时，均衡能量通过自维护模块直接由电池组中的4.2V的8个单体电池(21)(22)(23)(24)(25)(26)(27)(28)向3.6V单体电池(20)分别充放电；在电池放电时对电池组中电压最低的单体电池进行能量转移，能量由同组中的其他8个单体电池(21)(22)(23)(24)(25)(26)(27)(28)向低电压的单体电池(20)转移；电池静置时，均衡能量通过自维护模块直接由电池组中的4.2V的8个单体电池(21)(22)(23)(24)(25)(26)(27)(28)向3.6V单体电池(20)分别充放电；在电池放电时对电池组中电压最低的单体电池(20)进行能量转移，能量由同组中的其他8个单体电池(21)(22)(23)(24)(25)(26)(27)(28)向低电压的单体电池(20)转移。
3.根据权利要求2所述的锂电池组自维护控制板，其特征在于：在i>1时，使开关A1和Ai+1处于导通状态，而对开关Bi和B2进行PWM控制，且两者PWM信号反相，这样就可实现能量由电池单体i向电池单体1转移。当i＝4，j＝1时，其中开关B2和B4都需要PWM控制，且两者驱动信号反相。在开关B4和B2切换时，如果开关B4关断后，开关B2还未导通，此时电感两端会产生很大的反电动势，易导致开关损坏，尤其是开关B1和B5；但如果开关B2提前导通，则电池单体会通过开关B2和A5放电，使电感中的电流突然升高，电流大小不易控制。均衡过程中有四个开关参与控制，其中两个开关需要反相的PWM开关控制，其余两个开关处于导通状态，由于开关器件的导通和关断延时，在实际***中两个相反的驱动信号不易获得，且存在安全隐患。
4.根据权利要求1所述的锂电池组自维护控制板，其特征在于：自在电池单体(20)与其他电池单体完成一次放电后，接着将对其他8个电池21)(22)(23)(24)(25)(26)(27)(28)进行充电；在电池充电时，高电压单体电池(20)通过均衡器向同组中的单体电池放电；而在电池放电时，电池组中的低电压单体电池通过均衡器被同组中的电池充电；充电电路可以做成boost-buck升降压斩波电路，且工作在电感能量完全转换模式；一个包含9个串联单体电池(20)(21)(22)(23)(24)(25)(26)(27)(28)的电池组，假定电池单体(20)为电池组中电压最高的单体电池，其放电开关为(39)和(3)，电池组中其他单体电池视为电压最低，其充电开关为Aj和Bj+1；单体电池在电池组的最顶端，位于其下面的8个电池都连接在一起，均衡过程中只需使这8个电池的充电开关A2和B9处于导通状态，而对电池(20)的下桥臂放电开关(38)进行PWM控制，即可实现能量由电池(20)向同组中其他所有电池转移，通过调节占空比可调节均衡电流的大小；从而完成对8个电池单体(21)(22)(23)(24)(25)(26)(27)(28)进行一次充电。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103199588A (zh) * 2013-04-08 2013-07-10 天津大学 基于桥式电路的串联蓄电池斜坡电流均衡器及其控制方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103199588A (zh) * 2013-04-08 2013-07-10 天津大学 基于桥式电路的串联蓄电池斜坡电流均衡器及其控制方法

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