基于电池组H桥串联结构的低压电源对高压电池组的充电控制电路及其控制方法技术

本发明专利技术揭示了一种基于电池组H桥串联结构的低压电源对高压电池组的充电控制电路，改变现有直接将单体电池(或单体电池组)串联组合成电池组，而是通过场效应管、继电器或其它开关器件搭建的H桥电路进行通断控制，H桥输出端连接电池组串联母线。通过H桥电路将单体电池(或单体电池组)串入母线，由母线获得电池组电压。也可通过H桥电路将母线短接，该级单体电池(或单体电池组)则旁路出串联组合。

【技术实现步骤摘要】
基于电池组H桥串联结构的低压电源对高压电池组的充电控制电路及其控制方法
本专利技术涉及电池领域。
技术介绍
新能源技术快速发展，特别是锂电池在后备储能和电动汽车等领域的广泛应用，对关键的电池储能和电池管理技术提出更高要求，需要提升对电池组充电的有效性和均衡能力，使电池组的储能特性发挥到最佳。特别是高压电池组的使用，需要有效解决高电压充电的使用安全问题。同时需要降低高压充电设备的硬件成本，使新能源电池技术能够得到更广泛的推广和应用。电池组包技术对单体电池的一致性具有较高要求，否则因电池一致性问题严重影响电池组整体性能的发挥。但受电池技术限制，需要通过更好的电池管理技术解决电池一致性问题，降低电池组包对单体电池的一致性要求。目前的被动均衡和主动均衡技术均存在效率低，实际应用效果不理想等问题。特别是主动均衡技术，包括电容飞度法、电压转换法，电路极为复杂、硬件体积大、应用成本高等缺陷。需要有更好的电池管理技术提升应用水平。整个电池组的性能受制于单体电池失效或质量问题的影响。需要有更好的电池管理技术提高电池应用的可靠性和安全性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是实现一种基于电池组H桥串联结构，具备电池保护和主动均衡功能的低压电源对高压电池组充电控制电路。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：基于电池组H桥串联结构的低压电源对高压电池组的充电控制电路，电池组由相互串联的电池单元构成，每个电池单元设有一个H桥组件，所述H桥组件由第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件依次首尾相连构成，所述电池单元的正极接入到第二开关元件和第四开关元件之间，所述电池单元的负极接入到第一开关元件和第三开关元件之间，所述第三开关元件和第四开关元件之间引出电源线作为该电池单元的第一电极与其他电池单元串联，所述第一开关元件和第二开关元件之间引出电源线作为该电池单元的第二电极与其他电池单元串联，每个电池单元的第一电极与另一个电池单元的第二电极连接，其中位于首端的电池单元的第一电极连接电池组的第一充电接口，位于末端的电池单元的第二电极连接电池组的第二充电接口，所述第一充电接口和第二充电接口连接充电设备，所述充电控制电路设有电池管理单元，每个所述电池单元设有电压采集单元，所述充电设备的输出端设有充电电压采集单元，所述电压采集单元和充电电压采集单元均输出电压信号至电池管理单元，所述电池管理单元输出控制信号至每个开关元件。所述充电电压采集单元输出第一充电接口和第二充电接口的正负极状态信号至电池管理单元。所述电池单元与充电接口连接的导线上设有充电开关，所述电池管理单元输出通断信号至充电开关。基于所述充电控制电路的控制方法：开始充电时，获取充电设备的输出电压；若输出电压值大于安全值上限则报警，若位于安全值上限和安全值下限之间，则开始为全部电池单元充电，若低于安全值下限(低电压情况)则分批次为电池单元充电。安全值预先人为设定。若低于安全值下限，则根据当前充电设备的输出电压比对预存表格，获取每批次参与充电的电池单元数量，充电过程中，若当前参与充电的某一个或多个电池单元电量充满，则断开已经充满电的电池单元的开关元件，并加入尚未充满电的电池单元参与充电，使当前参与充电的电池单元数量与查表获得的数值相同，直至所有电池单元均充满电。开始充电时，判断第一充电接口和第二充电接口输入电流的正负极；若第一充电连接正极，第二充电接口连接负极，则控制当前进行充电的电池单元的第一开关元件和第四开关元件闭合，第二开关元件和第三开关元件断开；若第一充电连接负极，第二充电接口连接正极，则控制当前进行充电的电池单元的第一开关元件和第四开关元件断开，第二开关元件和第三开关元件闭合。开始充电前，充电开关常开，当感应到充电设备开始输出电源且执行完每个电池单元的开关元件通断任务后，闭合充电开关，当感应到充电设备停止输出电源或者每个电池单元已经充满电后，恢复充电开关常开。本专利技术的优点在于：1、充电过程根据低压电源的电压值任意动态选择若干单体电池(或单体电池组)加入串联组合，电池组的串联电压可受控调整，实现低压电源对高压电池组进行充电。2、可将单体电池(或单体电池组)加入串联组合，也可完全旁路出串联组合。可以控制充电电流经过或不经过任意单体电池(或单体电池组)，即可达到均衡电流等于充电电流的高效率均衡。3、可将单体电池(或单体电池组)反向加入串联组合，做放电连接，进行更高效的主动均衡。4、电池组中的每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分充电，使电池组的储能特性发挥到最佳，且不依赖于对单体电池的一致性要求。5、每个单体电池(或单体电池组)仅使用场效应管、继电器或其它开关器件搭建的H桥电路作为导通和关断控制，即可实现串入或旁路控制，电路简洁，控制简单，成本低廉。6、可通过控制H桥的导通桥臂自适应充电器的正、负极方向。7、特别对单体电池(或单体电池组)发生失效或质量问题，可完全旁路在串联组合外，提供电池组应用的可靠性和安全性。附图说明下面对本专利技术说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：图1为基于H桥串联结构的电池组充电控制电路示意图；图2、3为正常电压时充电控制电路示意图；图4为电压过低时充电控制电路示意图。具体实施方式基于电池组H桥串联结构的低压电源对高压电池组的充电控制电路是一种电池组H桥串联结构，具备电池保护和主动均衡功能的低压电源对高压电池组充电控制电路。该电路设计可兼容充电电压正向或反向连接，可根据低压电源的电压值任意动态选择若干单体电池(或单体电池组)串联加入充电回路，实现低压电源对高压电池组进行充电。对未加入串联母线的单体电池(或单体电池组)，可实现与充电电流大小相同的主动均衡能力。通过动态控制，电池组中的每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分充电。如图1所示，电池组中的每个单体电池(或单体电池组)通过场效应管、继电器或其它开关器件搭建的H桥电路进行通断控制，H桥输出端连接电池组串联母线。通过H桥电路将单体电池(或单体电池组)串入母线，或将单体电池(或单体电池组)旁路出串联组合。单体电池(或单体电池组)通过H桥输出端连接电池组串联母线，Sx_4、Sx_1开关导通实现电池电压正向输出，Sx_2、Sx_3开关导通实现电池电压反向输出，该级单体电池(或单体电池组)串入母线，通过母线电流。Sx_2、Sx_4开关导通或Sx_1、Sx_3开关导通，则短接串联母线，该级单体电池(或单体电池组)旁路出串联组合，不通过母线电流。具体来说，单体电池(或单体电池组)正、负极不直接串联形成电池组，而是通过场效应管、继电器或其它开关器件搭建的H桥电路进行通断控制，H桥输出端连接电池组串联母线。通过控制H桥电路的导通连接，该级单体电池(或单体电池组)可正向或反向串入母线。单体电池(或单体电池组)可通过场效应管、继电器或其它开关器件搭建的H桥电路进行通断控制，H桥输出端连接电池组串联母线。通过控制H桥电路将母线短接，该级单体电池(或单体电池组)则旁路出串联组合。充电过程根据低压电源的电压值任意动态选择若干单体电池(或单体电池组)通过H桥电路顺向串入母线进行充电连接，实现低压电源对高压电池组进行充电。其它的单体电池(或单体电池组)可通过H桥电路将该级母线短接，该级电池旁路出串联组合，不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电池组H桥串联结构的低压电源对高压电池组的充电控制电路，电池组由相互串联的电池单元构成，其特征在于：每个电池单元设有一个H桥组件，所述H桥组件由第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件依次首尾相连构成，所述电池单元的正极接入到第二开关元件和第四开关元件之间，所述电池单元的负极接入到第一开关元件和第三开关元件之间，所述第三开关元件和第四开关元件之间引出电源线作为该电池单元的第一电极与其他电池单元串联，所述第一开关元件和第二开关元件之间引出电源线作为该电池单元的第二电极与其他电池单元串联，每个电池单元的第一电极与另一个电池单元的第二电极连接，其中位于首端的电池单元的第一电极连接电池组的第一充电接口，位于末端的电池单元的第二电极连接电池组的第二充电接口，所述第一充电接口和第二充电接口连接充电设备，所述充电控制电路设有电池管理单元，每个所述电池单元设有电压采集单元，所述充电设备的输出端设有充电电压采集单元，所述电压采集单元和充电电压采集单元均输出电压信号至电池管理单元，所述电池管理单元输出控制信号至每个开关元件。

【技术特征摘要】
1.基于电池组H桥串联结构的低压电源对高压电池组的充电控制电路，电池组由相互串联的电池单元构成，其特征在于：每个电池单元设有一个H桥组件，所述H桥组件由第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件依次首尾相连构成，所述电池单元的正极接入到第二开关元件和第四开关元件之间，所述电池单元的负极接入到第一开关元件和第三开关元件之间，所述第三开关元件和第四开关元件之间引出电源线作为该电池单元的第一电极与其他电池单元串联，所述第一开关元件和第二开关元件之间引出电源线作为该电池单元的第二电极与其他电池单元串联，每个电池单元的第一电极与另一个电池单元的第二电极连接，其中位于首端的电池单元的第一电极连接电池组的第一充电接口，位于末端的电池单元的第二电极连接电池组的第二充电接口，所述第一充电接口和第二充电接口连接充电设备，所述充电控制电路设有电池管理单元，每个所述电池单元设有电压采集单元，所述充电设备的输出端设有充电电压采集单元，所述电压采集单元和充电电压采集单元均输出电压信号至电池管理单元，所述电池管理单元输出控制信号至每个开关元件。2.根据权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于：所述充电电压采集单元输出第一充电接口和第二充电接口的正负极状态信号至电池管理单元。3.根据权利要求1或2所述的充电控制电路，其特征在于：所述电池单元与充电接口连接的导线上设有充电开关，所述电池管理单元输出通断信号至充...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，
申请(专利权)人：李勇，
类型：发明
国别省市：安徽,34