CN202435080U

CN202435080U - 多单体串联电池组主动均衡电路

Info

Publication number: CN202435080U
Application number: CN2011205632673U
Authority: CN
Inventors: 吕少锋
Original assignee: China Aviation Lithium Battery Co Ltd
Current assignee: China Lithium Battery Technology Co Ltd
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2021-12-29

Abstract

本实用新型涉及一种多单体串联电池组主动均衡电路，包括一个带隔离变压器的DC/DC变换器和开关阵列，开关阵列由一组一端用于分别连接各单体电池正极的正极开关和一组一端用于分别连接各单体电池负极的负极开关构成，各正极开关的另一端短接在一起，形成一个正极公共端，各负极开关的另一端短接在一起，形成一个负极公共端；DC/DC变换器的两个输入端通过一对输入开关分别对应连接所述正极公共端与负极公共端，DC/DC变换器的两个输出端通过一对输出开关分别对应连接所述正极公共端与负极公共端。该方案能够实现任意两支单体电池之间的直接双向能量转移，解决各个单体电池的容量和电量不一致性问题。

Description

多单体串联电池组主动均衡电路

技术领域

本实用新型涉及一种电池组主动均衡电路，尤其涉及一种多单体串联动力锂电池组主动均衡电路。

背景技术

锂离子电池，尤其是锂离子动力电池的应用越来越广泛，成为新能源技术发展的一个重要方向。单体电池的容量越大，单体电池的容量差异也就越大。大容量锂电子电池成组使用过程中存在两类不一致性，第一类不一致性由实际容量差异导致，第二类不一致性由初始电量差异导致。由于不一致性，充电过程中某个单体会最先充满，放电过程中又有某个单体会最先放空，这些缺陷限制了整个电池组的充放电能力。随着循环次数的增加，电池不一致性会逐渐加剧，严重影响了电池组性能。这一难题给电池管理***提出了新的挑战，即在电池组充放电时实现均衡。

现有的电池管理***很多具有均衡功能，但是均衡能力有限，无法完全解决电池的两类不一致性。最近，以DC/DC变换器为代表的主动均衡法得到了广泛的研究，主动均衡法也成为电池管理***均衡的发展方向。该方法能够实现双向均衡，均衡电流大、效率高，能够有效缓解并解决电池成组使用过程中表现的不一致性。但是现有的主动均衡***，其电路构成比较复杂、开关元件使用过多。如申请号为201020266091.0的中国实用新型专利，该装置采用MOS开关管实现均衡通道切换，单纯的MOS管容易导致电池组短路，实现困难；并且该方案中电池组与外部连线太多， MOS开关管通路太多，***复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电路简单的多单体串联电池组主动均衡电路，用以解决现有主动均衡电路结构复杂的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案是：一种多单体串联电池组主动均衡电路，包括一个带隔离变压器的DC/DC变换器和开关阵列，开关阵列由一组一端用于分别连接各单体电池正极的正极开关和一组一端用于分别连接各单体电池负极的负极开关构成，各正极开关的另一端短接在一起，形成一个正极公共端（a），各负极开关的另一端短接在一起，形成一个负极公共端（b）；所述DC/DC变换器具有两个输入端（Vin-、Vin+）与两个输出端（Vo-、Vo+），DC/DC变换器的两个输入端通过一对输入开关（M2、M3）分别对应连接所述正极公共端（a）与负极公共端（b），DC/DC变换器的两个输出端通过一对输出开关（M1、M4）分别对应连接所述正极公共端（a）与负极公共端（b）。

所述多单体串联电池组主动均衡电路还包括一组电容，其中的电容分别与各单体电池对应并联。

所述DC/DC变换器为一个反激变压器。

所述正极开关、负极开关、输入开关、输出开关为继电器或开关管。所述开关管为MOS对管。

本实用新型的多单体串联电池组主动均衡电路，首先控制对应高电压单体电池的正极开关和负极开关闭合，同时控制输入开关闭合，然后使它们全部断开，再控制对应低电压单体电池的正极开关和负极开关闭合，同时控制输出开关闭合，从而实现高电压单体电池向低电压单体电池的均衡。电路结构简单，使用的开关元件较少（2N+4，N为电池单体数量），可扩展性好。通过该方案能够实现任意两支单体电池之间的直接双向能量转移，解决各个单体电池的容量和电量不一致性问题。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图；

图2是本实用新型Cell10向Cell12均衡的前半周期的电路原理图；

图3是本实用新型Cell10向Cell12均衡的后半周期的电路原理图；

图4是本实用新型Cell12向Cell10均衡的前半周期的电路原理图；

图5是本实用新型Cell12向Cell10均衡的后半周期的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

本实用新型的主动均衡电路如图1所示，串联的各单体电池（以12个单体电池为例）与一组电容C1～C12一一对应并联连接，均衡电路包括一个带隔离变压器的DC/DC变换器（虚线框包围部分）和开关阵列，开关阵列由一组一端用于分别连接各单体电池正极的正极开关S1B～S12B和一组一端用于分别连接各单体电池负极的负极开关S1A～S12A构成，各正极开关的另一端短接在一起，形成一个正极公共端a，各负极开关的另一端短接在一起，形成一个负极公共端b；DC/DC变换器具有两个输入端Vin-、Vin+与两个输出端Vo-、Vo+，DC/DC变换器的两个输入端通过一对输入开关M2、M3分别对应连接正极公共端a与负极公共端b，DC/DC变换器的两个输出端通过一对输出开关M1、M4分别对应连接所述正极公共端a与负极公共端b。DC/DC变换器为一个反激变压器，作为其他实施方式，还可以选用其他结构的带隔离变压器的DC/DC变换器。

a点分别经由开关M1、M2与DC/DC变换器的Vo+、Vin+连接（粗实线）；b点分别经由开关M3、M4与DC/DC变换器的Vin-、Vo-连接（细实线）。DC/DC变换器的输入端与输出端Vin+、Vin-，Vo+、Vo-分别与其原边绕组P和副边绕组S的两端相连接，具体连接方式如图1所示。开关阵列与电池组及各单体电池的连接仅仅通过13根均衡线即可实现。每次选通四个开关即可建立起某单体电池与DC/DC变换器之间的连接回路。通过设计开关的导通时间以及变换器内部绕组的电感可以调节均衡电流的大小。本实施例中的开关为可控开关。28个可控开关S1A～S12A、S1B～S12B、M1、M2、M3和M4可由MOS对管或继电器实现。采用MOS对管相比单纯的MOS管，能够避免电池组短路的发生。

具体实施过程如下，例1：Cell10向Cell12均衡。

假设Cell10电压最高，Cell12电压最低电量过低，需要Cell10向Cell12均衡。假定一个均衡周期T由前半周期t1和后半周期t2组成，t1=t2=0.5T。首先，在t1时间段内导通MOS管S10B、S10A、M2和M3，同时关闭其他所有MOS管，Cell10的能量存入变换器原边P中（如图2所示），DC/DC变换器工作于输入模式；然后，在t2时刻导通MOS管S12B、S12A、M1和M4，同时关闭其他所有MOS管，变换器原边P存储的能量耦合至副边S，进而能量转移至Cell12（如图3所示），DC/DC变换器工作于输出模式；通过以上两个操作互补交替进行，能量从Cell10转移至Cell12，实现Cell10向Cell12均衡。

例2：Cell12向Cell10均衡。

假设Cell12电压最高，Cell10电压最低电量过低，需要Cell12向Cell10均衡。同样假定一个均衡周期T由前半周期t1和后半周期t2组成，t1=t2=0.5T。首先，在t1时间段内导通MOS管S12B、S12A、M2和M3，同时关闭其他所有MOS管，Cell12的能量存入变换器原边P中（如图4所示），DC/DC变换器工作于输入模式；然后，在t2时刻导通MOS管S10B、S10A、M1和M4，同时关闭其他所有MOS管，变换器原边P存储的能量耦合至副边S，进而能量转移至Cell10（如图5所示），DC/DC变换器工作于输出模式；通过以上两个操作互补交替进行，能量从Cell12转移至Cell10，实现Cell12向Cell10均衡。

该主动均衡电路既可以实现电池组充电均衡，又可以实现电池组放电均衡，通过单体电池与单体之间的直接双向能量转移，最终达到所有单体均衡的目的。

本实用新型属于无损均衡、均衡电流大、均衡效率高、可扩展性好、便于实现，能够达到电池组充放电均衡、提高电池充放电能力和循环使用寿命等目的。该主动均衡方法具有以下优点：

（1）无损均衡技术（或低损耗），均衡时能量损失很小，实现节能。

（2）大电流均衡技术，均衡能力可达10A以上。

（3）双向均衡技术，可以实现电池组内任意两支单体电池之间的直接双向能量转移，均衡效率极高。

（4）结构简化，选用的控制开关数量较少。

（5）集中式均衡，拓扑结构简单实用，连接方便，可扩展性极好。

Claims

1.一种多单体串联电池组主动均衡电路，其特征在于，包括一个带隔离变压器的DC/DC变换器和开关阵列，开关阵列由一组一端用于分别连接各单体电池正极的正极开关和一组一端用于分别连接各单体电池负极的负极开关构成，各正极开关的另一端短接在一起，形成一个正极公共端（a），各负极开关的另一端短接在一起，形成一个负极公共端（b）；所述DC/DC变换器具有两个输入端（Vin-、Vin+）与两个输出端（Vo-、Vo+），DC/DC变换器的两个输入端通过一对输入开关（M2、M3）分别对应连接所述正极公共端（a）与负极公共端（b），DC/DC变换器的两个输出端通过一对输出开关（M1、M4）分别对应连接所述正极公共端（a）与负极公共端（b）。

2.根据权利要求1所述的多单体串联电池组主动均衡电路，其特征在于，所述多单体串联电池组主动均衡电路还包括一组电容，其中的电容分别与各单体电池对应并联。

3.根据权利要求1所述的多单体串联电池组主动均衡电路，其特征在于，所述DC/DC变换器为一个反激变压器。

4.根据权利要求1所述的多单体串联电池组主动均衡电路，其特征在于，所述正极开关、负极开关、输入开关、输出开关为继电器或开关管。

5.根据权利要求4所述的多单体串联电池组主动均衡电路，其特征在于，所述开关管为MOS对管。