一种基于电容储能的串联电池组双向无损均衡电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于电容储能的串联电池组双向无损均衡电路，其中，串联电池组均分为左、右两部分，左部分电池单体为左电池组，右部分电池单体为右电池组。串联电池组的首尾两端在V

【技术实现步骤摘要】
一种基于电容储能的串联电池组双向无损均衡电路
本专利技术涉及移动通信
具体涉及一种基于电容储能的串联电池组双向无损均衡电路。
技术介绍
串联电池组在经过多个充放电循环后，各电池单体的剩余容量的分布大致会出现三种情况：某些电池单体的剩余容量偏高；某些电池单体的剩余容量偏低；某些电池单体的剩余容量偏高和某些电池单体的剩余容量偏低。针对上述三种情况，国内外学者均提出了自己的解决方案。如针对个别电池单体的剩余容量偏高的情况，有研究者提出了并联电阻分流法，它通过控制相应的开关器件将剩余容量偏高的电池模块的能量通过电阻消耗掉，该方法将能量白白浪费掉，并且在均衡过程中产生了大量的热，增加了电池热管理的负荷。也有研究者提出了双向DC-DC均衡法、同轴变压器均衡法等均衡电路，这些电路都采用了变压器，增加了均衡电路的成本。目前锂离子电池组均衡控制的方法，根据均衡过程中电路对能量的消耗情况，可分为能量耗散型和能量非耗散型两大类；按照均衡功能分类，可分为充电均衡、放电均衡和动态均衡。充电均衡是指在充电过程中的均衡，一般是在电池组单体电压达到设定值时开始均衡，通过减小充电电流防止过充电；放电均衡是指在放电过程中的均衡，通过向剩余能量低的电池单体补充能量来防止过放电；动态均衡方式结合了充电均衡和放电均衡的优点，是指在整个充放电过程中对电池组进行的均衡。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于电容储能的串联电池组双向无损均衡电路，通过在串联电池组的电池管理系统中采用一种均衡电路来保证电池组中的单体在充电和放电过程中不出现过充电和过放电，改善串联电池组不均衡的现象，提高电池组的可用容量，减小串联电池组的维修和更换周期，延长电池组的使用寿命，降低混合动力汽车、电动汽车和蓄能电站的运行成本。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于电容储能的串联电池组双向无损均衡电路，在充电过程中，当电池组的左部分的任何一个或者多个连续电池单体能量过高时(如图1和图3(a)中，电池Bl1与电池Bl2是连续的电池单体，电池Bl1与电池Bl2与电池Bl3是连续的电池单体。即电池组的左部分中，任意连续的一个或者多个电池单体，本专利技术就称为连续的电池，在均衡过程中就可以适当地视为一个整体。电池组的右部分连续的电池的定义同理)，可以将一个或者多个连续能量过高的单体视为一个整体，并把这个整体的能量均衡给与这个整体对应的右部分电池组成的整体，(图1和图3(a)中，左部分的电池Bl1对应的是右部分的电池Br1，左部分的电池Bl1和Bl2组成的整体对应的是右部分电池Br1和Br2组成的整体。即左部分的任意连续的一个或者多个电池单体组成的整体，对应的是右部分与该整体并联同一个或者多个连续的电容的电池组成的整体，连续的电容的定义与连续电池的定义相同。右部分的电池对应的左部分的电池的定义同理)；右部分的均衡原理与左部分同理。在放电过程中，当电池组的左部分的一个或多个连续电池单体能量过低时，可以将一个或者多个能量过低的单体视为一个整体。当这个能量过低的整体对应的右部分的电池能量不会过低时，可以将与这个能量过低的整体对应的右部分的电池及与这些电池相连续的任意电池组合的能量均衡给这个能量过低的整体。当这个能量过低的整体对应的右部分的电池能量也过低时，必须通过两步来实现均衡，首先将左部分的能量高的一个或者多个连续的电池单体的能量均衡给右部分的电池，提高右部分的电池的电压，再通过上述的放电均衡的方法进行均衡。右部分的均衡原理与左部分同理。该串联电池组双向无损均衡电路由串联电池组、均衡电路、控制电路构成。其中，串联电池组均分为左、右两部分，左部分电池单体为左电池组，右部分电池单体为右电池组；当电池单体总数为2n时(n为正整数)，左右部分电池单体数均为n，当电池单体总数为2n+1时(n为正整数)，左电池组单体数为n，右电池组单体数为n+1，也可以左电池组单体数为n+1，右电池组单体数为n，本专利技术以左电池组单体数为n，右电池组单体数为n+1为例说明(左电池组单体数为n+1，右电池组单体数为n时，原理相同)；左电池组电池单体从上至下分别命名为Bl1、Bl2、Bl3、……Bln，当电池单体总数为2n时，右电池组电池单体从上至下分别命名为Br1、Br2、Br3、……Brn，当电池单体总数为2n+1时，右电池组电池单体从上至下分别命名为Br0、Br1、Br2、Br3、……Brn；Bl1的正极接VCC，当电池单体总数为2n时，Br1的负极接GND，当电池单体总数为2n+1时，Br0的负极接GND；电池数量不做限制，但是随着电池数量的上升，均衡控制会相应变得复杂，双向可控硅TRIAC的开关频率可能达不到要求，对储能电容的要求也会相应提高，应当根据实际情况进行选择。当电池数量为2n时，均衡电路中的储能电容C数量为n，由上至下分别命名为C1、C2……Cn；当电池数量为2n+1时，均衡电路中的储能电容C数量为n+1，由上至下分别命名为C0、C1……Cn；与电容等数量的双向可控硅TRIAC并联在电容两端，剩余的双向可控硅TRIAC一端和储能电容C的一端相连，另一端和电池的一端相连，双向可控硅TRIAC的控制端与控制电路相连接，使双向可控硅TRIAC的开通和关断由控制电路控制；当电池数量为2n时，双向可控硅TRIAC的数量为3n+2，与电容并联双向可控硅由上至下分别命名为S1、S2……Sn，与左电池组相连接的双向可控硅由上至下分别命名为Sl1、Sl2……Sl(n+1)，与右电池组相连接的双向可控硅的由上至下分别命名为Sr1、Sr2……Sr(n+1)；当电池数量为2n+1时，双向可控硅TRIAC的数量为3n+5，与电容并联双向可控硅由上至下分别命名为S0、S1……Sn，与左电池组相连接的双向可控硅由上至下分别命名为Sl0、Sl1……Sl(n+1)，与右电池组相连接的双向可控硅的由上至下分别命名为Sr0、Sr1……Sr(n+1)；电池单体Bl1的正极接VCC，电池单体Br1的负极接GND。图1中的控制电路包含微控制器和所有双向可控硅TRIAC的驱动电路，通过对控制电路中的微控制器编程，来分析当前电池的电量并计算出应该采用哪种控制策略来均衡电路；通过控制电路中的驱动电路，可以给双向可控硅TRIAC的门极提供适当的驱动电压或者关断电压，让双向可控硅TRIAC按照实际需求开启或者关闭，达到对电池电量进行均衡的目的。均衡电路的工作原理如下：当电池数量为2n时，如图1，在充电过程中，若左电池组中的连续的若干个电池都为端电压最高，可以将这些电池所组成的整体同时进行放电均衡。假设这些电池为Bli、Bl(i+1)……Bl(i+w)(这些电池的数量最多等于左电池组的全体电池，即w的最大值为n-1，w大于等于0)。为了避免对Bli、Bl(i+1)……Bl(i+w)过充电，在一个PWM周期内，使双向可控硅TRIACSli和Sl(i+w+1)导通，则电流通过Sli、储能电容Ci、Ci+1……Ci+w、Sl(i+w+1)以及Bl(i+w)、Bl(i+w-1)……Bli，Bli、Bl(i+1)……Bl(i+w)放电为电容Ci、Ci+1……Ci+w组成的整体储存能量；与电池Bli、Bl(i+1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电容储能的串联电池组双向无损均衡电路，其特征在于，所述均衡电路包括：串联电池组、均衡电路和控制电路，其中所述串联电池组包括分为左、右两部分，左部分电池单体为左电池组，右部分电池单体为右电池组，所述左电池组与所述右电池组串联在一起，所述左电池组与所述右电池组通过中间的所述均衡电路连接起来，所述均衡电路又与所述控制电路相连接，所述控制电路通过控制所述均衡电路中双向可控硅TRIAC的通断与储能电容的储能作用，实现所述串联电池组充放电过程中的动态均衡。

【技术特征摘要】
1.一种基于电容储能的串联电池组双向无损均衡电路，其特征在于，所述均衡电路包括：串联电池组、均衡电路和控制电路，其中所述串联电池组包括分为左、右两部分，左部分电池单体为左电池组，右部分电池单体为右电池组，所述左电池组与所述右电池组串联在一起，所述左电池组与所述右电池组通过中间的所述均衡电路连接起来，所述均衡电路又与所述控制电路相连接，所述控制电路通过控制所述均衡电路中双向可控硅TRIAC的通断与储能电容的储能作用，实现所述串联电池组充放电过程中的动态均衡。2.根据权利要求1所述的一种基于电容储能的串联电池组双向无损均衡电路，其特征在于，当所述串联电池组中电池单体总数为2n时(n为正整数)，所述左电池组和所述右电池组中电池单体数均为n，当所述串联电池组中电池单体总数为2n+1时(n为正整数)，若所述左电池组中电池单体数为n，则所述右电池组中电池单体数为n+1，若所述左电池组中电池单体数为n+1，则所述右电池组中电池单体数为n。3.根据权利要求2所述的一种基于电容储能的串联电池组双向无损均衡电路，其特征在于，当所述串联电池组中电池单体总数为2n时，所述左电池组中电池单体从上至下分别命名为Bl1、Bl2、Bl3、……Bln，并且Bl1、Bl2、Bl3、……Bln依次串联；所述右电池组中电池单体从上至下分别命名为Br1、Br2、Br3、……Brn，并且Br1、Br2、Br3、……Brn依次串联；其中，Bl1的正极接VCC，Br1的负极接GND；所述均衡电路中的储能电容C数量为n，由上至下分别命名为C1、C2……Cn，并且C1、C2……Cn依次串联；所述均衡电路中的双向可控硅TRIAC的数量为3n+2，其中有n个双向可控硅TRIAC由上至下分别命名为S1、S2……Sn，S1、S2……Sn依次串联，并且S1、S2……Sn分别并联在储能电容C1、C2……Cn两端；其中还有n+1个双向可控硅TRIAC由上至下分别命名为Sl1、Sl2……Sl(n+1)，Sl1、Sl2……Sln的T1端分别和储能电容C1、C2……Cn的上端相连，Sl(n+1)的T1端和储能电容Cn的下端相连，Sl1、Sl2……Sln的T2端和电池单体Bl1、Bl2、Bl3、……Bln的正端相连，Sl(n+1)的T2端和电池单体Bln的负端相连；其中剩下的n+1个双向可控硅TRIAC由上至下分别命名为Sr1、Sr2……Sr(n+1)，Sr1、Sr2……Srn的T1端分别和储能电容C1、C2……Cn的上端相连，Sr(n+1)的T1端和储能电容Cn的下端相连，Sr1、Sr2……Srn的T2端和电池单体Br1、Br2、Br3、……Brn的负端相连，Sr(n+1)的T2端和电池单体Brn的正端相连；所有双向可控硅TRIAC的门极都与所述控制电路相连接，使所有双向可控硅TRIAC的开通和关断由控制电路控制。4.根据权利要求2所述的一种基于电容储能的串联电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：康龙云，卢楚生，王书彪，令狐金卿，王则沣，冯元彬，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44