一种基于超级电容实现电池组主动均衡的锂电池保护板制造技术

本实用新型专利技术涉及电池管理技术领域，公开了一种基于超级电容实现电池组主动均衡的锂电池保护板。通过本实用新型专利技术创造，一方面可以利用超级电容来作为电量暂存媒介，并先选中高电压锂电池对超级电容进行恒流充电，再选中低电压锂电池接收来自超级电容的恒流放电，从而实现电池组主动均衡目的，既可以保证每次转移电量都是取高补低，避免了无效充放电循环，使得对电池寿命几乎没有影响，还可以利用DC‑DC恒流充放电技术保证均衡电流的恒定，使得不会因为电池之间的压差较小而影响均衡能力；另一方面还可以根据来自电池电压采集单元和电流采集单元的采集结果，判断锂电池组是否过充、过放或过流等突发情况，若是则及时实现对锂电池组的对外保护目的。

A Lithium Battery Protection Board Based on Super Capacitor for Active Battery Balance

【技术实现步骤摘要】
一种基于超级电容实现电池组主动均衡的锂电池保护板
本技术属于电池管理
，具体涉及一种基于超级电容实现电池组主动均衡的锂电池保护板。
技术介绍
在诸如电动汽车、观光车、电动摩托车、太阳能储能、基站储能和大功率UPS电源(UninterruptiblePowerSystem，即不间断电源)等领域的电池管理系统中，电池均衡是指利用电力电子技术，使二次电池单体电压或电池组电压偏差保持在预期的范围内，从而保证每个单体电池在正常的使用时保持相同状态，以避免过充或过放的发生。电池均衡一般分为主动均衡和被动均衡两种。现有实现主动均衡的锂电池保护板主要包括有：电容式主动均衡保护板、电感式主动均衡保护板和变压器式主动均衡保护板，但是这三种主动均衡保护板由于均衡效果差、均衡效率低和价格昂贵等因素导致在市场上用户量较低，具体如下所述。(1)实现被动均衡的锂电池保护板：被动均衡一般通过电阻放电的方式，对电压较高的电池进行放电，以热量形式释放电量，为其他电池争取更多充电时间。这样整个系统的电量受制于容量最少的电池。被动均衡的优点是成本低和电路设计简单；而缺点为是以最低电池残余量为基准进行均衡，无法增加残量少的电池的容量，均衡电量100％以热量形式被浪费，且只能在充电的时候进行均衡。(2)电容式主动均衡保护板：其是相邻电池通过电容进行电量转移，先是高电压的电池放电给电容充电，再用电容放电给相邻的低电压电池充电，以达到均衡目的，缺点是均衡能力取决于2个电池之间的电压差，压差越大均衡能力越大，压差越小均衡能力越小，而大多数电池组各电池的压差几乎都只有几十毫伏，均衡能力不能得到体现。另外一个问题是如果电池差异不是2个相邻的电池，而是第一个电池和最后一个电池，由于电容式均衡只能均衡相邻的电池，要完成第一个到最后一个电池的均衡就需要所有的电池都参与电量接棒转移，导致整组电池内部都在做无效的充放电，影响电池组的使用寿命。(3)电感式主动均衡保护板：其与电容式均衡的方案差不多，都是通过相邻2个电池在做电量转移，只是电感式均衡的电流可以做得较大，但同样都存在压差大小影响均衡电量，同时影响电池组使用寿命也是避免不了的，电量损耗较大，虽然同步整流的效率可以做到接近95％，但是从第一个电池到第N个电池的均衡需要N次电量转移，那就是0.95的N次方效率，效率非常低下。(4)变压器式主动均衡保护板：其优点是直接从整组电池取电对最低电压的电池充电，均衡能力不受电池间压差的影响，缺点是变压器是电磁转换装置，存在一定的漏磁，效率一般不会太高。第二个缺点是如果整组电池中有2个或以上的低压电池，那么就需要对所有低压电池都进行依次的充电，但是电量来源是从整组电池进行取电，那么就是出现原本要对1、2号电池都进行充电，但是在对1号电池充电时实际上由于电量来源是整组电池，所以此时2号电池也就被取走电量。同样当1号电池充电完成对2号电池充电时，也需要对1号电池也被取走电量。如此就造成了一部分无效的电量搬移，增加了电池的无效循环，影响整组电池寿命。
技术实现思路
为了解决现有实现主动均衡的锂电池保护板所存在的均衡效果差和均衡效率低等问题，本技术目的在于提供一种基于超级电容实现电池组主动均衡的锂电池保护板。本技术所采用的技术方案为：一种基于超级电容实现电池组主动均衡的锂电池保护板，包括电路板，在所述电路板上布置有电池电压采集单元、第一电池选通矩阵、控制单元、双向DC-DC恒流充放电单元、超级电容、电流采集单元和总电源电控开关，其中，所述电池电压采集单元用于获取锂电池组中各个串联锂电池的正负极间电压值，所述第一电池选通矩阵包括有n+1个电池连接端且用于分别一一对应地电连接所述锂电池组中各个串联锂电池的正极/负极，并用于使所述锂电池组中的任意一个串联锂电池可单独地并联所述双向DC-DC恒流充放电单元的第一正极连接端和第一负极连接端，n为不小于3的自然数；所述电池电压采集单元的输出端电连接所述控制单元，所述控制单元还分别电连接所述第一电池选通矩阵的选通控制端和所述双向DC-DC恒流充放电单元的充放电切换端，所述双向DC-DC恒流充放电单元的第二正极连接端电连接所述超级电容的正极，所述双向DC-DC恒流充放电单元的第二负极连接端电连接所述超级电容的负极；所述电流采集单元的电流输入端用于电连接所述锂电池组的总电源正极，所述电流采集单元的电流输出端电连接所述总电源电控开关的一端，所述总电源电控开关的另一端用于电连接用电器的电源正极，所述电流采集单元的采集信号输出端和所述总电源电控开关的受控端分别电连接所述控制单元。优化的，所述电池电压采集单元包括有第二电池选通矩阵和模数转换电路，其中，所述第二电池选通矩阵也包括有n+1个电池连接端且用于分别一一对应地电连接所述锂电池组中各个串联锂电池的正极/负极，并用于使所述锂电池组中的任意一个串联锂电池可单独地并联所述模数转换电路的正极输入端和负极输入端；所述第二电池选通矩阵的选通控制端电连接所述控制单元，所述模数转换电路的输出端作为所述电池电压采集单元的输出端。进一步优化的，所述第二电池选通矩阵包括有第三n选1多路选择器和第四n选1多路选择器，其中，所述第三n选1多路选择器的n个输入端作为所述第二电池选通矩阵的电池连接端用于分别一一对应地电连接所述锂电池组中各个串联锂电池的正极，所述第三n选1多路选择器的输出端电连接所述模数转换电路的正极输入端，所述第四n选1多路选择器的n个输入端作为所述第二电池选通矩阵的电池连接端用于分别一一对应地电连接所述锂电池组中各个串联锂电池的负极，所述第四n选1多路选择器的输出端电连接所述模数转换电路的负极输入端；所述控制单元还分别电连接所述第三n选1多路选择器的选通控制端和所述第四n选1多路选择器的选通控制端。具体的，在所述第二电池选通矩阵的n+1个电池连接端分别串联有第二电控开关,其中，所述第二电控开关的受控端电连接所述控制单元。优化的，所述第一电池选通矩阵包括有第一n选1多路选择器和第二n选1多路选择器，其中，所述第一n选1多路选择器的n个输入端作为所述第一电池选通矩阵的电池连接端用于分别一一对应地电连接所述锂电池组中各个串联锂电池的正极，所述第一n选1多路选择器的输出端电连接所述双向DC-DC恒流充放电单元的第一正极连接端，所述第二n选1多路选择器的n个输入端作为所述第一电池选通矩阵的电池连接端用于分别一一对应地电连接所述锂电池组中各个串联锂电池的负极，所述第二n选1多路选择器的输出端电连接所述双向DC-DC恒流充放电单元的第一负极连接端；所述控制单元还分别电连接所述第一n选1多路选择器的选通控制端和所述第二n选1多路选择器的选通控制端。具体的，在所述第一电池选通矩阵的n+1个电池连接端分别串联有第一电控开关,其中，所述第一电控开关的受控端电连接所述控制单元。优化的，所述双向DC-DC恒流充放电单元包括有恒流降压电路、恒流升压电路、第三电控开关和第四电控开关；所述恒流降压电路的输入端和所述恒流升压电路的输出端分别电连接所述双向DC-DC恒流充放电单元的第一正极连接端，所述恒流降压电路的输出端电连接所述第三电控开关的一端，所述恒流升压电路的输入端电连接所述第四电控开关的一端，所述第三电控开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超级电容实现电池组主动均衡的锂电池保护板，包括电路板，其特征在于：在所述电路板上布置有电池电压采集单元、第一电池选通矩阵、控制单元、双向DC‑DC恒流充放电单元、超级电容(HC)、电流采集单元和总电源电控开关(KT)，其中，所述电池电压采集单元用于获取锂电池组(BAT1～n)中各个串联锂电池的正负极间电压值，所述第一电池选通矩阵包括有n+1个电池连接端且用于分别一一对应地电连接所述锂电池组中各个串联锂电池的正极/负极，并用于使所述锂电池组中的任意一个串联锂电池可单独地并联所述双向DC‑DC恒流充放电单元的第一正极连接端(PD1+)和第一负极连接端(PD1‑)，n为不小于3的自然数；所述电池电压采集单元的输出端(PVout)电连接所述控制单元，所述控制单元还分别电连接所述第一电池选通矩阵的选通控制端(CT1～2)和所述双向DC‑DC恒流充放电单元的充放电切换端(CH1)，所述双向DC‑DC恒流充放电单元的第二正极连接端(PD2+)电连接所述超级电容(HC)的正极，所述双向DC‑DC恒流充放电单元的第二负极连接端(PD2‑)电连接所述超级电容(HC)的负极；所述电流采集单元的电流输入端用于电连接所述锂电池组(BAT1～n)的总电源正极，所述电流采集单元的电流输出端电连接所述总电源电控开关(KT)的一端，所述总电源电控开关(KT)的另一端用于电连接用电器的电源正极，所述电流采集单元的采集信号输出端和所述总电源电控开关(KT)的受控端分别电连接所述控制单元。...

【技术特征摘要】
1.一种基于超级电容实现电池组主动均衡的锂电池保护板，包括电路板，其特征在于：在所述电路板上布置有电池电压采集单元、第一电池选通矩阵、控制单元、双向DC-DC恒流充放电单元、超级电容(HC)、电流采集单元和总电源电控开关(KT)，其中，所述电池电压采集单元用于获取锂电池组(BAT1～n)中各个串联锂电池的正负极间电压值，所述第一电池选通矩阵包括有n+1个电池连接端且用于分别一一对应地电连接所述锂电池组中各个串联锂电池的正极/负极，并用于使所述锂电池组中的任意一个串联锂电池可单独地并联所述双向DC-DC恒流充放电单元的第一正极连接端(PD1+)和第一负极连接端(PD1-)，n为不小于3的自然数；所述电池电压采集单元的输出端(PVout)电连接所述控制单元，所述控制单元还分别电连接所述第一电池选通矩阵的选通控制端(CT1～2)和所述双向DC-DC恒流充放电单元的充放电切换端(CH1)，所述双向DC-DC恒流充放电单元的第二正极连接端(PD2+)电连接所述超级电容(HC)的正极，所述双向DC-DC恒流充放电单元的第二负极连接端(PD2-)电连接所述超级电容(HC)的负极；所述电流采集单元的电流输入端用于电连接所述锂电池组(BAT1～n)的总电源正极，所述电流采集单元的电流输出端电连接所述总电源电控开关(KT)的一端，所述总电源电控开关(KT)的另一端用于电连接用电器的电源正极，所述电流采集单元的采集信号输出端和所述总电源电控开关(KT)的受控端分别电连接所述控制单元。2.如权利要求1所述的一种基于超级电容实现电池组主动均衡的锂电池保护板，其特征在于：所述电池电压采集单元包括有第二电池选通矩阵和模数转换电路，其中，所述第二电池选通矩阵也包括有n+1个电池连接端且用于分别一一对应地电连接所述锂电池组中各个串联锂电池的正极/负极，并用于使所述锂电池组中的任意一个串联锂电池可单独地并联所述模数转换电路的正极输入端(BAT+)和负极输入端(BAT-)；所述第二电池选通矩阵的选通控制端(CT3～4)电连接所述控制单元，所述模数转换电路的输出端作为所述电池电压采集单元的输出端(PVout)。3.如权利要求2所述的一种基于超级电容实现电池组主动均衡的锂电池保护板，其特征在于：所述第二电池选通矩阵包括有第三n选1多路选择器和第四n选1多路选择器，其中，所述第三n选1多路选择器的n个输入端作为所述第二电池选通矩阵的电池连接端用于分别一一对应地电连接所述锂电池组中各个串联锂电池的正极，所述第三n选1多路选择器的输出端电连接所述模数转换电路的正极输入端(BAT+)，所述第四n选1多路选择器的n个输入端作为所述第二电池选通矩阵的电池连接端用于分别一一对应地电连接所述锂电池组中各个串联锂电池的负极，所述第四n选1多路选...

【专利技术属性】
技术研发人员：周俊，张鹏，
申请(专利权)人：成都极空科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51