一种电池组主动均衡电路及方法技术

一种电池组主动均衡电路及方法，电路包括n个串联连接的电池单元、n+1个正激变压器、n个开关元件以及用作能量转移的能量储存介质；第n个开关元件串联在第n个正激变压器的原边同名端和第n+1个正激变压器的原边非同名端之间，第n个电池单元的正、负极分别接所述第n+1个正激变压器的原边同名端和第n正激变压器的原边同名端；所有的正激变压器的副边同名端通过所述能量储存介质接地，控制所有奇数编号的开关元件和所有偶数编号的开关元件交替导通，使该n个串联连接的电池单元充放电或静态电压均衡。不管电池组是处于充电、放电还是静态过程，都可以不间断的实现主动电压均衡，延长电池组的使用寿命。本方案还可以实现对串联超级电容器组的电压均衡。

Battery pack active balancing circuit and method

A battery active equalization circuit and method, circuit including n series connected battery unit, n+1 transformer, n forward switching elements as well as energy transfer of energy storage medium; the N switching elements connected in series on the original side of the N forward transformer primary isonym end and n+ 1 forward transformer non isonym end between positive and negative n of the battery unit are respectively connected with the first n+1 forward transformer primary isonym end and the N forward transformer primary isonym end; forward transformer all side of the same name end by the energy storage medium grounding. Control of all the odd numbered switch components and all even numbered switches alternate conduction of the N series battery unit charging and discharging or static voltage balancing connection. No matter whether the battery is in charge, discharge or static process, the active voltage equalization can be realized continuously, and the service life of the battery can be prolonged. This scheme can also realize the voltage equalization of series supercapacitor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池管理技术，特别是涉及一种电池组主动均衡电路及方法。
技术介绍
在目前的新能源汽车中，锂离子电池已逐渐占据主导地位，获得越来越广泛的应用。为了满足高压大容量的应用要求，一般将锂电池串并联使用。由于电池单体自身制作工艺等原因，不同单体之间诸如电解液密度、电极等效电阻等都存在着差异，这些差异都可能会导致在使用过程中电池单元充电与放电速率的不同。当它们串联在一起组成电池组时，就有可能在充电时有部分电池提前充满电，而放电时部分电池提前放完电的情况出现。由于锂离子电池的特性，当电压超过或低于允许范围时都会导致电池单元以及整个电池组的损坏或失效。所以，电压均衡对于保护锂电池，延长锂电池组使用寿命至关重要，均衡对于电池组的安全、高效使用具有重要的意义。现有技术中的一种锂离子动力电池组充放电主动均衡电路，动力电池组的每个电池包设置有电压采集模块和电压均衡电路，电压采集模块实时采集各电池单体的电压发送给电池管理系统，当电池单体、电池包或动力电池组的电压超过设定的上下限时进行电压均衡；电压均衡电路包括变压器和均衡开关MOS管，动力包中的每个电池单体、动力电池组中每个电池包以及整个动力电池组分别通过两个均衡开关MOS管连接到同芯变压器的一个绕组上，通过控制均衡开关MOS管的通断，在变压器上耦合出相应的均衡电压，实现充放电。此方案的缺点是：均衡变压器是一个多绕组的同芯变压器，绕组多，线包体积大，各绕组之间耦合效果差；要保证良好的耦合度，同芯变压器绕组不可能无限增加，电池组串联数量受限制，不能灵活增加串联电池单体的数量；均衡电流大时电路损耗较大，效率低。专利技术内容本专利技术目的在于提供一种电池组主动均衡电路，旨在解决目前的主动式电压均衡方案会带来额外的损耗、线路复杂的问题。本专利技术提供了一种电池组主动均衡电路，包括n个串联连接的电池单元、n+1个正激变压器、n个开关元件以及用作能量转移的能量储存介质，n为大于等于1的正整数；其中，第n个开关元件串联在第n个正激变压器的原边同名端和第n+1个正激变压器的原边非同名端之间，第n个电池单元的正、负极分别接所述第n+1个正激变压器的原边同名端和第n正激变压器的原边同名端；所有的正激变压器的副边同名端通过所述能量储存介质接地，所述正激变压器的副边非同名端接入PWM驱动信号，控制奇数编号开关元件和偶数编号开关元件交替导通，使该n个串联连接的电池单元充放电或静态电压均衡。优选地，通过调节PWM驱动信号的电压值或占空比，给该n个电池单元进行均衡充电或均衡放电；当Vcc＞VBAT_AVG/D，所述PWM驱动信号给电池单元均衡充电；当Vcc＜VBAT_AVG/D，所述PWM驱动信号给电池单元均衡放电；当Vcc＝VBAT_AVG/D，各个电池单元电压均衡，且电压平均值＝VBAT_AVG；其中，Vcc为PWM驱动信号的高电平电压值，D为PWM驱动信号的占空比，VBAT_AVG为能量储存介质的电压。优选地，所述开关元件的导通阀值Vth满足：Vcc-VBAT_AVG＞Vth。优选地，所述开关元件为MOS管或IGBT管。优选地，所述开关元件为N-MOS管，所述开关元件的控制极为N-MOS管的栅极，且第n个N-MOS管的源极接第n个正激变压器的原边同名端，漏极接第n+1个正激变压器的原边非同名端。优选地，奇数编号的正激变压器的副边非同名端接入第一PWM驱动信号，偶数编号的正激变压器的副边非同名端接入第二PWM驱动信号，所述第一PWM驱动信号和所述第二PWM驱动信号相位相差180°，且满足占空比0＜D＜50％。优选地，还包括n个驱动电阻，其中，第n个驱动电阻连接在第n个正激变压器的原边非同名端和第n个开关元件的控制端之间。优选地，第1个电池单元负极接地或悬空。优选地，所述能量储存介质为电容或电池。本专利技术还提供了一种电池组主动均衡方法，基于上述的电池组主动均衡电路，所述方法包括：控制所有奇数编号的开关元件导通，使与其相应的电池单元相互间通过变压器并联，并与所述能量储存介质并联；关闭所有的开关元件，进入死区时间；控制所有偶数编号的开关元件导通，使与其相应的电池单元相互间通过变压器并联，并与所述能量储存介质并联；关闭所有的开关元件，进入死区时间。其中，上述步骤在一个PWM周期内完成，使各个所述电池单元利用正激变压器及能量储存介质实现电压均衡。上述电池组主动均衡电路采用变压器绕组自驱动技术，简化开关元件的驱动控制线路，降低成本，提高可靠性；采用并行工作原理，电压均衡过程快速省时，以较低的成本和较简单的控制方法，实现了串联数量没有限制的电池组的主动式电压均衡，具有均衡线路损耗低、均衡效率高、均衡速度快、均衡可靠性高等特点，不管电池组是处于充电、放电还是静态过程，都可以不间断地实现主动电压均衡，延长电池组的使用寿命。本方案还可以实现对串联超级电容器组的电压均衡。附图说明图1为本专利技术第一实施例中电池组主动均衡电路的电路原理图；图2为本专利技术第二实施例中电池组主动均衡电路的电路原理图；图3为本专利技术较佳实施例中电池组主动均衡方法流程图；图4为两节串联电池组的主动电压均衡过程示意图；图5为四节串联电池组的主动电压均衡过程示意图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1和图2，本专利技术较佳实施例中电池组主动均衡电路包括n个串联连接的电池单元BT1～BTn、n+1个正激变压器T1～Tn+1、n个开关元件Q1～Qn以及用作能量转移的能量储存介质10，n为大于等于1的正整数。优选地，每个电池单元BT1～BTn包括一个或多个串并联的电池单体。优选地，能量储存介质10电容CAP(参考图1)，如超级电容或电解电容，或电池BT(参考图2)，电池BT与被均衡的电池单体具有相同电气特性。n+1个正激变压器T1～Tn+1具有相同的电气特性，原边绕组与副边绕组的匝比选取1:1，变压器是一个高度耦合的能量双向可逆的正激变压器。优选地，第一个电池单元BT1的负端可以连接到功率地GND，也可以不连接。当第一个电池单元BT1的负端连接到功率地GND时，可以利用整个电池组的电压给本控制系统供电；当第一个电池单元BT1的负端不连接到功率地GND时，本方案还可以实现电池单元BT1～BTn的电池组的电气隔离型电压均衡，实现高压电池组的安全维护。其中，第n个开关元件串联在第n个正激变压器的原边同名端和第n+1个正激变压器的原边非同名端之间，第n个电池单元的正、负极分别接所述第n+1个正激变压器的原边同名端和第n个正激变压器的原边同名端；所有的正激变压器T1～Tn+1的副边同名端通过所述能量储存介质10接地；正激变压器T1～Tn+1的副边非同名端按照奇/偶序号分别接入第一和第二PWM驱动信号，控制所有奇数序号的开关元件和所有偶数序号的开关元件交替导通，使该n个串联连接的电池单元充放电或静态电压均衡。优选地，电池组主动均衡电路还包括n个驱动电阻R1～Rn，其中，第n个驱动电阻连接在第n个正激变压器的原边非同名端和第n个开关元件的控制端之间。在其他实施方式中，驱动电阻R1～Rn可以用导线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池组主动均衡电路，其特征在于，包括n个串联连接的电池单元、n+1个正激变压器、n个开关元件以及用作能量转移的能量储存介质，n为大于等于1的正整数；其中，第n个开关元件串联在第n个正激变压器的原边同名端和第n+1个正激变压器的原边非同名端之间，第n个电池单元的正、负极分别接所述第n+1个正激变压器的原边同名端和第n个正激变压器的原边同名端；所有的正激变压器的副边同名端通过所述能量储存介质接地，所述正激变压器的副边非同名端接入PWM驱动信号，控制奇数编号开关元件和偶数编号开关元件交替导通，使该n个串联连接的电池单元充放电或静态电压均衡。

【技术特征摘要】
1.一种电池组主动均衡电路，其特征在于，包括n个串联连接的电池单元、n+1个正激变压器、n个开关元件以及用作能量转移的能量储存介质，n为大于等于1的正整数；其中，第n个开关元件串联在第n个正激变压器的原边同名端和第n+1个正激变压器的原边非同名端之间，第n个电池单元的正、负极分别接所述第n+1个正激变压器的原边同名端和第n个正激变压器的原边同名端；所有的正激变压器的副边同名端通过所述能量储存介质接地，所述正激变压器的副边非同名端接入PWM驱动信号，控制奇数编号开关元件和偶数编号开关元件交替导通，使该n个串联连接的电池单元充放电或静态电压均衡。2.如权利要求1所述的电池组主动均衡电路，其特征在于，通过调节PWM驱动信号的电压值或占空比，给该n个电池单元进行均衡充电或均衡放电；当Vcc＞VBAT_AVG/D，所述PWM驱动信号给电池单元均衡充电；当Vcc＜VBAT_AVG/D，所述PWM驱动信号给电池单元均衡放电；当Vcc＝VBAT_AVG/D，各个电池单元电压均衡，且电压平均值＝VBAT_AVG；其中，Vcc为PWM驱动信号的高电平电压值，D为PWM驱动信号的占空比，VBAT_AVG为能量储存介质电压。3.如权利要求2所述的电池组主动均衡电路，其特征在于，所述开关元件的导通阀值Vth满足：Vcc-VBAT_AVG＞Vth。4.如权利要求1、2或3所述的电池组主动均衡电路，其特征在于，所述开关元件为MOS管或IGBT管。5.如权利要求1、2或3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟小芬，
申请(专利权)人：钛白金科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44