一种锂离子电池无损均衡电路制造技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池无损均衡电路，用于均衡串联的N个锂离子电池单体之间的电压，包括主电路和控制电路；所述主电路包括N个相互并联的均衡电路，其中每个均衡电路包括1个开关管S、1个谐振电容C、1个变压器T以及1个限流电阻R；所述控制电路包括电压传感器、比较器、基准电压源、异或门、微控制器以及驱动电路。本发明专利技术对锂离子蓄电池组每节单体电池进行管理，使锂离子电池单体电压偏差保持在预期的范围内，从而保证蓄电池组内每节单体电池在使用寿命期间性能的一致性，延长蓄电池组使用寿命，具有很好的应用前景。

Non balance circuit for lithium ion battery

The invention provides a lithium ion battery lossless equalization circuit, voltage equalization for series N lithium ion battery between monomers, including the main circuit and control circuit; equalization circuit of the main circuit comprises a N parallel to each other, each of which includes flow equalization circuit resistance R S, 1 C, 1 resonant capacitor a transformer T and 1 of the 1 switch; the control circuit includes a voltage sensor, a comparator, a reference voltage source, XOR gate, micro controller and driving circuit. The present invention group each battery of lithium ion battery management, the lithium ion battery monomer voltage deviation is expected to remain in the range, so as to ensure the consistency of the batteries within each battery in service life during the performance, prolong the battery life, has good application prospects.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电源管理领域，尤其涉及一种锂离子电池无损均衡电路。
技术介绍
锂离子蓄电池组作为贮能装置具有体积小，能量密度高，无记忆效应，循环寿命高，自放电率低等优点，在航天器、大容量储能、电动汽车、电动工具等场合得到广泛应用。由于锂离子蓄电池组在使用过程中长时间单体电压存在差异时，会影响锂离子蓄电池组的使用安全性及寿命，因此，需要对锂离子蓄电池组增加均衡电路，消除电池组内单体电池荷电态的差异，延长锂离子蓄电池组的使用寿命及安全性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种锂离子电池无损均衡电路，用于对锂离子蓄电池组每节单体电池进行管理，使锂离子电池单体电压偏差保持在预期的范围内，从而保证蓄电池组内每节单体电池在使用寿命期间性能的一致性，延长蓄电池组使用寿命，具有很好的应用前景。一种锂离子电池无损均衡电路，用于均衡串联的N个锂离子电池单体之间的电压，包括主电路和控制电路；所述主电路包括N个相互并联的均衡电路，其中每个均衡电路包括1个开关管S、1个谐振电容C、1个变压器T以及1个限流电阻R；在各个均衡电路中，所述开关管S与所述谐振电容C并联，并联电路的一端连接变压器T初级线圈的异名端，另一端连接一个锂离子电池单体的负端；所述各个变压器T的初级线圈的同名端连接一个锂离子电池单体的正端，次级线圈的同名端分别通过串联一个限流电阻R连接到公共母线的正端；变压器T次级线圈的异名端均直接连接公共母线的负端；所述控制电路包括电压传感器、比较器、基准电压源、异或门、微控制器以及驱动电路；所述电压传感器分别连接公共母线的正端和负端，并输出公共母线电压VSB；所述比较器的两个输入端接收公共母线电压VSB和基准电压源输出的电压Vref，然后输出比较信号V1，其中基准电压源负端接地，且电压Vref的值在母线电压VSB的0值和最小负值之间；所述异或门的两个输入端接收比较信号V1和微控制器输出的驱动信号Vdr，然后输出信号V2；所述微控制器接收信号V2，并通过检测信号V2波形中的两个脉冲宽度T1和T2来调整驱动信号Vdr的周期Ts，使其始终与公共母线的谐振周期相同，保证开关管S处于软开关状态，其中：如果脉冲宽度T1的宽度小于脉冲宽度T2的宽度，则周期Ts减小一个设定的步进时间；如果脉冲宽度T1的宽度等于脉冲宽度T2的宽度，则周期Ts保持不变；如果脉冲宽度T1的宽度大于脉冲宽度T2的宽度，则周期Ts增加一个设定的步进时间；所述驱动电路接收微控制器输出的驱动信号Vdr，并根据驱动信号Vdr的高低电平状态控制开关管S的导通与关断，其中驱动信号Vdr为占空比为50％的方波信号，而且：当驱动信号Vdr为高电平，开关管S导通，各个锂离子电池单体通过变压器T经公共母线相互转移能量；当驱动信号Vdr为低电平，开关管S关断，变压器T与谐振电容C形成LC串联谐振回路，各个锂离子电池单体的能量在变压器T与谐振电容C之间互相转移。一种锂离子电池无损均衡电路，所述开关管S为继电器，驱动电路通过控制继电器的线包通电或断电，来控制继电器触点开关导通或关断。一种锂离子电池无损均衡电路，所述开关管S为MOSFET，驱动电路通过控制MOSFET的门极来控制MOSFET的导通和关断。一种锂离子电池无损均衡电路，所述开关管S为晶体管，驱动电路通过控制晶体管的门极来控制晶体管的导通和关断。一种锂离子电池无损均衡电路，所述变压器T的匝数比为1:1。有益效果：1、本专利技术的锂离子电池无损均衡电路在运行过程中，能量转移路径上的耗能因素仅包括限流电阻和整个电路的寄生电阻，二者上的耗能均很小，可忽略，而且交变能量在锂离子电池单体、变压器电感和与开关管并联的谐振电容之间按照谐振频率循环交换的过程无能量损失，因此实现了非耗散型均衡管理。2、本专利技术所采用的锂离子电池无损均衡技术可应用于长寿命航天器、大容量储能、电动汽车、电动工具等场合锂离子蓄电池组均衡管理中，并且损耗较小，大大延长了锂离子蓄电池的使用寿命和安全性。附图说明图1为本专利技术的系统组成框图；图2为本专利技术的电池均衡时序关系图；图3为本专利技术的微控制器程序流程图。具体实施方式下面结合具体实施方式，对本专利技术进行详细说明。如图1所示，为本专利技术的系统组成框图。一种锂离子电池无损均衡电路，包括主电路和控制电路；所述主电路包括N个相互并联的均衡电路；其中每个均衡电路包括1个开关管、1个谐振电容、1个变压器以及1个限流电阻；其中，开关管分别记为Sn，谐振电容分别记为Cn，变压器分别记为Tn，限流电阻分别记为Rn，且n＝1,2,3,...,N；在各个均衡电路中，所述各个开关管Sn分别与一个谐振电容Cn并联后，一端连接到变压器Tn初级线圈的异名端，另一端连接到一个锂离子电池单体的负端；所述各个变压器Tn的初级线圈的同名端分别连接一个锂离子电池单体的正端，次级线圈的同名端分别连接一个限流电阻Rn，同时该限流电阻Rn的另一端连接到公共母线的正端；且变压器Tn次级线圈的异名端均直接连接公共母线的负端；所述控制电路包括电压传感器、比较器、基准电压源、异或门、微控制器以及驱动电路；所述驱动电路接收微控制器输出的驱动信号Vdr，并根据驱动信号Vdr的高低电平状态控制开关管Sn的导通与关断，其中：当驱动信号Vdr为高电平，开关管Sn导通，各个锂离子电池单体通过变压器Tn经公共母线相互转移能量；当驱动信号Vdr为低电平，开关管Sn关断，变压器Tn与谐振电容Cn形成LC串联谐振回路，各个锂离子电池单体的能量在变压器Tn与谐振电容Cn之间互相转移；所述电压传感器分别连接公共母线的正端和负端，并输出公共母线电压VSB；所述比较器同时接收公共母线电压VSB和基准电压源输出的电压Vref，然后输出比较信号V1；其中基准电压源负端接地，且电压Vref的值在母线电压VSB的0值和最小负值之间；所述异或门同时接收比较信号V1和微控制器输出的驱动信号Vdr，然后输出信号V2；如图2所示，为本专利技术的电池均衡时序关系图，从上到小依次为驱动信号Vdr、母线电压VSB、基准电压Vref、比较电压V1以及信号V2的波形图；当母线电压VSB高于基准电压Vref时，比较电压V1为高电平；当母线电压VSB低于基准电压Vref时，比较电压V1为低电平；当比较信号V1与驱动信号Vdr相同时，信号V2为低电平；当比较信号V1与驱动信号Vdr不同时，信号V2为高电平；其中，驱动信号Vdr的周期Ts的初始值经过初始测定后，与公共母线的谐振周期基本一致。所述微控制器接收信号V2，并通过检测V2波形中的两个脉冲宽度T1和T2来调整驱动信号Vdr的周期Ts，使其始终与公共母线的谐振周期相同，保证开关管Sn处于软开关状态，降低均衡电路损耗；如图3所示，为本专利技术的微控制器程序流程图：如果脉冲宽度T1的宽度小于脉冲宽度T2的宽度，说明驱动信号Vdr的周期Ts过长，则周期Ts减小一个步进时间△t；如果脉冲宽度T1的宽度等于脉冲宽度T2的宽度，则周期Ts保持不变；如果脉冲宽度T1的宽度大于脉冲宽度T2的宽度，说明驱动信号Vdr的周期Ts过短，则周期Ts增加一个步进时间△t。所述开关管Sn为继电器，驱动电路通过控制继电器的线包通电与断电，来控制继电器触点开关导通与关断。所述开关管Sn为MOSFET或晶体管，驱动电路通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池无损均衡电路，用于均衡串联的N个锂离子电池单体之间的电压，其特征在于，包括主电路和控制电路；所述主电路包括N个相互并联的均衡电路，其中每个均衡电路包括1个开关管S、1个谐振电容C、1个变压器T以及1个限流电阻R；在各个均衡电路中，所述开关管S与所述谐振电容C并联，并联电路的一端连接变压器T初级线圈的异名端，另一端连接一个锂离子电池单体的负端；所述各个变压器T的初级线圈的同名端连接一个锂离子电池单体的正端，次级线圈的同名端分别通过串联一个限流电阻R连接到公共母线的正端；变压器T次级线圈的异名端均直接连接公共母线的负端；所述控制电路包括电压传感器、比较器、基准电压源、异或门、微控制器以及驱动电路；所述电压传感器分别连接公共母线的正端和负端，并输出公共母线电压VSB；所述比较器的两个输入端接收公共母线电压VSB和基准电压源输出的电压Vref，然后输出比较信号V1，其中基准电压源负端接地，且电压Vref的值在母线电压VSB的0值和最小负值之间；所述异或门的两个输入端接收比较信号V1和微控制器输出的驱动信号Vdr，然后输出信号V2；所述微控制器接收信号V2，并通过检测信号V2波形中的两个脉冲宽度T1和T2来调整驱动信号Vdr的周期Ts，使其始终与公共母线的谐振周期相同，保证开关管S处于软开关状态，其中：如果脉冲宽度T1的宽度小于脉冲宽度T2的宽度，则周期Ts减小一个设定的步进时间；如果脉冲宽度T1的宽度等于脉冲宽度T2的宽度，则周期Ts保持不变；如果脉冲宽度T1的宽度大于脉冲宽度T2的宽度，则周期Ts增加一个设定的步进时间；所述驱动电路接收微控制器输出的驱动信号Vdr，并根据驱动信号Vdr的高低电平状态控制开关管S的导通与关断，其中驱动信号Vdr为占空比为50％的方波信号，而且：当驱动信号Vdr为高电平，开关管S导通，各个锂离子电池单体通过变压器T经公共母线相互转移能量；当驱动信号Vdr为低电平，开关管S关断，变压器T与谐振电容C形成LC串联谐振回路，各个锂离子电池单体的能量在变压器T与谐振电容C之间互相转移。...

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池无损均衡电路，用于均衡串联的N个锂离子电池单体之间的电压，其特征在于，包括主电路和控制电路；所述主电路包括N个相互并联的均衡电路，其中每个均衡电路包括1个开关管S、1个谐振电容C、1个变压器T以及1个限流电阻R；在各个均衡电路中，所述开关管S与所述谐振电容C并联，并联电路的一端连接变压器T初级线圈的异名端，另一端连接一个锂离子电池单体的负端；所述各个变压器T的初级线圈的同名端连接一个锂离子电池单体的正端，次级线圈的同名端分别通过串联一个限流电阻R连接到公共母线的正端；变压器T次级线圈的异名端均直接连接公共母线的负端；所述控制电路包括电压传感器、比较器、基准电压源、异或门、微控制器以及驱动电路；所述电压传感器分别连接公共母线的正端和负端，并输出公共母线电压VSB；所述比较器的两个输入端接收公共母线电压VSB和基准电压源输出的电压Vref，然后输出比较信号V1，其中基准电压源负端接地，且电压Vref的值在母线电压VSB的0值和最小负值之间；所述异或门的两个输入端接收比较信号V1和微控制器输出的驱动信号Vdr，然后输出信号V2；所述微控制器接收信号V2，并通过检测信号V2波形中的两个脉冲宽度T1和T2来调整驱动信号Vdr的周期Ts，使其始终与公共母线的谐振周期相同，保证开关管S处于软开关状态，其中：如果脉冲宽度T...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，张龙龙，赵建树，明旭东，赵雷，崔战国，李林，
申请(专利权)人：山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37