一种锂电池主动均衡系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于电池管理芯片LTC6804的电动汽车锂电池主动均衡系统，单片机通过电池管理芯片来采集电池电压，并确定锂电池主动均衡方案，均衡电路中使用N‑MOSFET和P‑MOSFET串联形成的双向开关，能够实现能量的双向传递，且两组双向开关仅需要一个控制信号，极大减小系统控制难度。每个电池要串联一个充电允许开关，防止误充电的发生，提高了系统的安全可靠性。控制两个N‑MOSFET即可实现单体‑单体均衡电路和单体‑整体均衡电路的切换，使电路结构清晰，且便于控制。单体‑单体均衡电路和单体‑整体均衡电路组成的双层均衡电路,使动力锂电池组达到最佳的均衡效果。本发明专利技术电路结构简洁，成本低，均衡速度快，电路具有层次性，易于模块化，利于多个均衡电路的堆叠，可广泛应用于电动汽车。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池主动均衡系统
本专利技术涉及一种基于电池管理芯片LTC6804的锂电池主动均衡系统,尤其适用于电动汽车。
技术介绍
锂电池是电动汽车动力的源泉,电动汽车的性能很大程度上取决于锂电池,因此锂电池的维护显得尤其重要。制造工艺的不同和各种坏境因素会导致锂电池容量不同，锂电池单体的电压差异会随着充放电次数的增多而逐渐扩大，这种电压差异会导致电池组性能下降和工作年限缩短,因此为动力锂电池组设计均衡电路来实现锂电池单体电压的均衡显得尤其重要。锂电池的均衡分为被动均衡和主动均衡。其中，被动均衡电路将锂电池单体多余的电能消耗在电阻上,其电路简单，控制简便,但能量利用低下且均衡速度缓慢。主动均衡电路通过储能器件将能量在电池组内部传递,主动均衡的方法主要包括：电容均衡法，电感均衡法，变压器均衡法。主动均衡的能量传递方向分为：单体-单体，单体-整体，整体-单体。主动均衡能量利用率高，均衡速度快，但是其控制复杂，成本高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种锂电池主动均衡系统解决传统主动均衡控制复杂,成本高的缺点。本专利技术是这样实现的，一种锂电池主动均衡系统，该系统包括：电池管理芯片用于采集电池电压，所述电池管理芯片的采集引脚和多节18650锂电池相连；单片机，其SPI端口与电池管理芯片的SPI端口相连；MOSFET阵列，由P-MOSFET管和N-MOSFET管组成，与单片机的控制引脚和电池管理芯片的控制引脚相连；由MOSFET阵列中P-MOSFET和N-MOSFET管导通和关断形成单体-单体均衡电路实现单体到单体的能量转移；由MOSFET阵列中P-MOSFET管和N-MOSFET管导通和关断形成单体-整体均衡电路实现单体到整体的能量转移；该系统中包括通过MOSFET阵列控制与每节18650锂电池形成回路的超级电容；以及原边与每节18650锂电池形成回路，副边与所有18650锂电池串联后形成回路的反激变压器。进一步地，所述电池管理芯片采用型号为LTC6804的芯片。进一步地，通过所述电池管理芯片的Sn端口控制多对由P-MOSFET管和N-MOSFET管组成的双向开关。进一步地，18650锂电池数量为12节。进一步地，所述MOSFET阵列包括每节18650锂电池的正极依次连接的第一N-MOSFET管与第一P-MOSFET管，每节18650锂电池的负极依次连接的第二P-MOSFET管、第二N-MOSFET管以及第三N-MOSFET管组成的均衡控制开关；MOSFET阵列还包括超级电容的正极依次连接的P-MOSFET管Q1、N-MOSFET管Q2与N-MOSFET管Q3以及反激变压器原边相连的N-MOSFET管Q4组成的均衡模式控制开关。进一步地，所述均衡模式控制开关N-MOSFET管Q2与P-MOSFET管Q1通过电阻R10与电池管理芯片控制端相连。进一步地，若检测到某单体电池作为输出电池需要将能量转移到另一个单体电池作为接受电池，则需要按以下步骤完成单体-单体的能量转移：步骤1：将N-MOSFET管Q3的控制信号置为高电平，则N-MOSFET管Q3导通，电路工作在单体-单体均衡模式。步骤2：控制MOSFET阵列使得输出电池与超级电容并联，则输出电池将能量转移至超级电容；步骤3：控制接受电池连接的MOSFET阵列，接受电池与超级电容并联，超级电容将能量传递到接受电池。进一步地，若检测到某单体电池作为输出电池需要将能量转移到整个电池组,则需要按以下步骤完成单体-整体的能量转移：步骤1：将N-MOSFET管Q4的控制信号置为高电平，则N-MOSFET管Q4导通，电路工作在单体-整体均衡模式。步骤2：将输出电池与反激变压器的原边并联能量储存在反激变压器的原边；步骤3：将N-MOSFET管Q4的控制信号置为低电平，则N-MOSFET管Q4关断，此时反激变压器原边的能量释放到副边，则完成了单体电池到整个电池组的能量转移。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：本专利技术成本低，耗材少，效率高，控制简单。采用的LTC6804是美国linear公司是第三代多节电池监控芯片，可测量多达12个串接电池电压并具有低于1.2mV的总测量误差，可在290us内完成12节电池电压的测量,并且可选择较低的采集速率来实现高噪声抑制。本专利技术的主动均衡电路由单体-单体均衡电路和单体-整体均衡电路构成，其中单体-单体均衡电路采用超级电容来传递能量，超级电容充电速度快，循环使用寿命长，深度充放电可重复100万次，电流放电能力强，能量转换效率高。采用反激式变压器来传递能量，反激式变压器能量传递效率高，且输出稳定，因此在单体向电池组传递能量时可以为电池组提供稳定可靠的充电电流。LTC6804可以迅速采集12节锂电池电压，将数据传给STM32F103单片机。单片机通过LTC6804的Sn控制12对由P-MOSFET和N-MOSFET组成的双向开关，极大降低了控制难度。利用超级电容和反激变压器传递能量，均衡速度快，效率高。控制两个N-MOSFET的开关即可实现单体-单体均衡电路和单体-整体均衡电路的切换,电路结构清晰,且便于控制。单体-单体均衡电路和单体-整体均衡电路组成的双层均衡电路,使动力锂电池组达到最佳的均衡效果。电路具有层次性，易于模块化，利于多个均衡电路的堆叠。附图说明图1是本专利技术主动均衡系统框图；图2是LTC6804引脚配置图；图3是本专利技术提供的系统的电路原理图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。参见图1，电池管理芯片用于采集电池电压，电池管理芯片的采集引脚和多节18650锂电池相连；单片机，其SPI端口与电池管理芯片的SPI端口相连；MOSFET阵列，由P-MOSFET管和N-MOSFET管组成，与单片机的控制引脚和电池管理芯片的控制引脚相连；由MOSFET阵列中P-MOSFET管和N-MOSFET管导通和关断形成单体-单体均衡电路实现单体到单体的能量转移；由MOSFET阵列中P-MOSFET管和N-MOSFET管导通和关断形成单体-整体均衡电路实现单体到整体的能量转移；该系统中包括通过MOSFET阵列控制与每节18650锂电池形成回路的超级电容；以及原边与每节18650锂电池形成回路，副边与所有18650锂电池串联后形成回路的反激变压器。本实施例中电池管理芯片采用型号为LTC6804的芯片(参见图2)。单片机的型号为STM32F103，STM32F103单片机的SPI端口与电池管理芯片LTC6804的SPI相连。LTC6804芯片的采集引脚和12节18650锂电池相连。STM32F103单片机的控制引脚和LTC6804芯片的控制引脚与MOSFET阵列相连。MOSFET阵列控制着单体-单体均衡电路和单体-整体均衡电路的导通和关断。单体-单体均衡电路与超级电容相连。单体-整体均衡电路与反激变压器相连。超级电容5和反激变压器与12节18650锂电池构成回路，实现能量转移。这里所述的单体-单体均衡电路和单体-整体均衡电路指的是MOSFET阵列以及超级电容和反激变压器，在不同的导通状态下的一种电路状态。单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池主动均衡系统，其特征在于，该系统包括：电池管理芯片用于采集电池电压，所述电池管理芯片的采集引脚和多节18650锂电池相连；单片机，其SPI端口与电池管理芯片的SPI端口相连；MOSFET阵列，由P‑MOSFET管和N‑MOSFET管组成，与单片机的控制引脚和电池管理芯片的控制引脚相连；由MOSFET阵列中P‑MOSFET管和N‑MOSFET管导通和关断形成单体‑单体均衡电路实现单体到单体的能量转移；由MOSFET阵列中P‑MOSFET管和N‑MOSFET管导通和关断形成单体‑整体均衡电路实现单体到整体的能量转移；该系统中还包括通过MOSFET阵列控制与每节18650锂电池形成回路的超级电容；以及原边与每节18650锂电池形成回路，副边与所有18650锂电池串联后形成回路的反激变压器。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池主动均衡系统，其特征在于，该系统包括：电池管理芯片用于采集电池电压，所述电池管理芯片的采集引脚和多节18650锂电池相连；单片机，其SPI端口与电池管理芯片的SPI端口相连；MOSFET阵列，由P-MOSFET管和N-MOSFET管组成，与单片机的控制引脚和电池管理芯片的控制引脚相连；由MOSFET阵列中P-MOSFET管和N-MOSFET管导通和关断形成单体-单体均衡电路实现单体到单体的能量转移；由MOSFET阵列中P-MOSFET管和N-MOSFET管导通和关断形成单体-整体均衡电路实现单体到整体的能量转移；该系统中还包括通过MOSFET阵列控制与每节18650锂电池形成回路的超级电容；以及原边与每节18650锂电池形成回路，副边与所有18650锂电池串联后形成回路的反激变压器。2.按照权利要求1所述的锂电池主动均衡系统，其特征在于，所述电池管理芯片采用型号为LTC6804的芯片。3.按照权利要求2所述的锂电池主动均衡系统，其特征在于，通过所述电池管理芯片的Sn端口控制多对由P-MOSFET管和N-MOSFET管组成的双向开关。4.按照权利要求1所述的锂电池主动均衡系统，其特征在于，18650锂电池数量为12节。5.按照权利要1或2所述的锂电池主动均衡系统，其特征在于，所述MOSFET阵列包括每节18650锂电池的正极依次连接的第一N-MOSFET管与第一P-MOSFET管，每节18650锂电池的负极依次连接的第二P-MOSFET管、第二N-MOSFET管以及第三N-MOSFET管组成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘卫平，古金，高岩，杨磊，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22