用于电池组的主动均衡电路和方法技术

本发明专利技术提供了一种用于电池组的主动均衡电路和方法。其中，该主动均衡电路的均衡模块包括：多个均衡单元，每个均衡单元与电池组中的相应一组相邻电池相连接，该均衡单元用于在前述相邻电池之间的能量失衡情形下，通过开关控制信号选通该均衡单元的能量传输路径，在前述相邻电池之间进行能量转移，以达到该相邻电池之间的能量均衡。由此可利用开关控制信号控制下均衡拓扑结构，实现能量路径的切换，可直接将能量从能量较高的电池转移到能量较低的电池中去，实现相邻电池之间能量转移，保证每个单体电池在充电和放电过程中不出现过充和过放现象，改善串联电池组不均衡的问题，提高均衡效率和电池组工作电压上限。均衡效率和电池组工作电压上限。均衡效率和电池组工作电压上限。

【技术实现步骤摘要】
用于电池组的主动均衡电路和方法


[0001]本公开涉及电池管理
，具体涉及一种用于电池组的主动均衡电路和方法。

技术介绍

[0002]随着新能源行业的发展，电池系统在汽车、储能领域得到了更广泛的应用。为了提升电池容量，电池串并联数目不断增加，但电池系统中单体电压的不一致性会严重影响到电池容量，同时也会影响到电池组的使用寿命。依据“木桶效应”，电池组在循环寿命和容量利用率等方面明显劣于单体性能。随着电池组的循环使用，单体不一致性将加剧，进一步恶化锂离子电池的成组特性，极易发生少数单体过充过放情况，从而导致电池组性能大幅衰减，极端情况下甚至可能燃烧、爆炸等恶性事故，给锂离子电池的应用推广造成极大的阻碍。
[0003]对电池组进行均衡控制，即在循环使用过程中，以能量消耗或者转移的方式对电池组内的单体能量适时进行平衡，从而降低单体发生过充过放的概率，消除放电深度差异对电池组的不利影响。具体的，当某节电池电压过低时，将所接电源的能量转移到该节电池上，反之，将电池电压过高的能量转移到电源，完整地实现在充电和放电时的实时均衡，发挥出每节电池的潜力。保证充电时每节电池都能够充满，放电时每节电池都能放至最低的极限，使电池组的每个节电池的能力能得到最充分的发挥。因而，提高了电池组的整体能量利用率，还可以延长电池循环寿命。
[0004]如图1所示为传统的电池管理系统工作示意图，其中每一个均衡模块可控制相邻两节电池，具体的如：均衡模块A1控制电池BAT1与电池BAT2，均衡模块A2控制电池BAT3与电池BAT2，均衡模块A3控制电池BAT4与电池BAT3
…
以此类推，均衡模块An
‑
1控制电池BATn与电池BATn
‑
1，通过微控制单元（Micro Control Unit，MCU）控制均衡模块A1，A2，，，An
‑
1的开启和关闭，由主动均衡芯片控制内部开关管实现能量转移，由于该特征，故n节电池需要n
‑
1个均衡模块，每个模块需要1个电感和2个开关MOS管，因此，n节电池就需要n
‑
1个电感和2(n
‑
1)个开关MOS管，成本较高。

技术实现思路

[0005]本公开提供的一种用于电池组的主动均衡电路和方法，可以改善现有技术中串联电池组均衡拓扑存在均衡器件多和成本高的问题。
[0006]一方面本专利技术提供了一种用于电池组的主动均衡电路，所述电池组包括串联连接的多个电池，所述主动均衡电路包括：多个均衡单元，每个均衡单元与所述多个电池中的相应一组相邻电池相连接，所述均衡单元用于在所述相邻电池之间的能量失衡情形下，通过开关控制信号选通所述均衡单元的能量传输路径，在所述相邻电池之间进行能量转移，以达到所述相邻电池之间的能量均衡。
[0007]优选地，所述多个均衡单元分别包括：多个储能元件，以及采用所述多个储能元件的充电和放电过程在所述相邻电池之间进行能量转移。
[0008]优选地，所述主动均衡电路工作在半桥模式下，至少可完成第n位电池及第(n+1)位电池之间的能量转移；所述主动均衡电路工作在CUK模式下，至少可完成第(2*n)位电池及第(2*n+3)位电池之间的能量转移，其中，n为正奇数。
[0009]优选地，所述多个储能元件包括：第一电感、第一电容、第二电容和第三电感，依次串联连接在第一电池与第二电池的中间节点和第五电池与第六电池的中间节点之间；以及第二电感，连接在第三电池和第四电池的中间节点与所述第一电容与所述第二电容的中间节点之间。
[0010]优选地，所述多个均衡单元分别包括依次串联连接在所述第一电池与所述第六电池之间的第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管，所述第一开关管与所述第二开关管的中间节点与所述第一电感和所述第一电容的中间节点连接，所述第二开关管和所述第三开关管的中间节点与所述第二电池和所述第三电池的中间节点连接，所述第三开关管与所述第四开关管的中间节点与所述第二电感和所述第一电容的中间节点连接，所述第四开关管和所述第五开关管的中间节点与所述第四电池和所述第五电池的中间节点连接，所述第五开关管和所述第六开关管的中间节点与所述第二电容和所述第三电感的中间节点连接。
[0011]优选地，所述主动均衡电路工作在半桥模式下，根据所述第一电池的电池电压控制所述第一开关管和所述第二开关管的导通状态。
[0012]优选地，在所述第一电池的电池电压大于所述第二电池的电压阈值时，在连续的第一时间段和第二时间段中控制所述第一开关管和所述第二开关管的导通状态，所述第一电池对所述第二电池进行充电。
[0013]优选地，在所述第一时间段中，所述第一开关管导通且所述第二开关管关断，所述第一电池对所述第一电感进行充电，在所述第二时间段中，所述第一开关管关断且所述第二开关管导通，所述第一电感对所述第二电池进行充电。
[0014]优选地，在所述第一电池的电池电压小于所述第二电池的电压阈值时，在连续的第三时间段和第四时间段中控制所述第一开关管和所述第二开关管的导通状态，所述第二电池对所述第一电池进行充电。
[0015]优选地，在所述第三时间段中，所述第一开关管关断且所述第二开关管导通，所述第二电池对所述第一电感进行充电，在所述第四时间段中，所述第一开关管导通且所述第二开关管关断，所述第一电感对所述第一电池进行充电。
[0016]优选地，所述第三电池、所述第四电池和所述第五电池的能量在所述第二电感、所述第三电感、所述第一电容和所述第二电容中做无功循环。
[0017]优选地，所述主动均衡电路工作在CUK模式下，根据所述第二电池的电池电压控制
所述第二开关管和所述第五开关管的导通状态。
[0018]优选地，在所述第二电池的电池电压大于所述第五电池的电压阈值时，在连续的第一时间段和第二时间段中控制所述第二开关管和所述第五开关管的导通状态，所述第二电池对所述第五电池进行充电。
[0019]优选地，在所述第一时间段中，所述第二开关管导通且所述第五开关管关断，所述第二电池对所述第一电感进行充电，且所述第一电容和所述第二电容对所述第三电感进行充电，在所述第二时间段中，所述第二开关管关断且所述第五开关管导通，所述第三电感对所述第五电池进行充电，且所述第一电感对所述第一电容和所述第二电容进行充电。
[0020]优选地，在所述第二电池的电池电压小于所述第五电池的电压阈值时，在连续的第三时间段和第四时间段中控制所述第二开关管和所述第五开关管的导通状态，所述第五电池对所述第二电池进行充电。
[0021]优选地，在所述第三时间段中，所述第二开关管关断且所述第五开关管导通，所述第五电池对所述第三电感进行充电，且所述第一电容和所述第二电容对所述第一电感进行充电，在所述第四时间段中，所述第二开关管导通且所述第五开关管关断，所述第一电感对所述第二电池进行充电，且所述第三电感对所述第一电容和所述第二电容进行充电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电池组的主动均衡电路，所述电池组包括串联连接的多个电池，所述主动均衡电路包括：多个均衡单元，每个均衡单元与所述多个电池中的相应一组相邻电池相连接，所述均衡单元用于在所述相邻电池之间的能量失衡情形下，通过开关控制信号选通所述均衡单元的能量传输路径，在所述相邻电池之间进行能量转移，以达到所述相邻电池之间的能量均衡。2.根据权利要求1所述的主动均衡电路，其中，所述多个均衡单元分别包括：多个储能元件，以及采用所述多个储能元件的充电和放电过程在所述相邻电池之间进行能量转移。3.根据权利要求2所述的主动均衡电路，其中，所述主动均衡电路工作在半桥模式下，至少可完成第n位电池及第(n+1)位电池之间的能量转移；所述主动均衡电路工作在CUK模式下，至少可完成第(2*n)位电池及第(2*n+3)位电池之间的能量转移，其中，n为正奇数。4.根据权利要求3所述的主动均衡电路，其中，所述多个储能元件包括：第一电感、第一电容、第二电容和第三电感，依次串联连接在第一电池与第二电池的中间节点和第五电池与第六电池的中间节点之间；以及第二电感，连接在第三电池和第四电池的中间节点与所述第一电容与所述第二电容的中间节点之间。5.根据权利要求4所述的主动均衡电路，其中，所述多个均衡单元分别包括依次串联连接在所述第一电池与所述第六电池之间的第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管，所述第一开关管与所述第二开关管的中间节点与所述第一电感和所述第一电容的中间节点连接，所述第二开关管和所述第三开关管的中间节点与所述第二电池和所述第三电池的中间节点连接，所述第三开关管与所述第四开关管的中间节点与所述第二电感和所述第一电容的中间节点连接，所述第四开关管和所述第五开关管的中间节点与所述第四电池和所述第五电池的中间节点连接，所述第五开关管和所述第六开关管的中间节点与所述第二电容和所述第三电感的中间节点连接。6.根据权利要求5所述的主动均衡电路，其中，所述主动均衡电路工作在半桥模式下，根据所述第一电池的电池电压控制所述第一开关管和所述第二开关管的导通状态。7.根据权利要求6所述的主动均衡电路，其中，在所述第一电池的电池电压大于所述第二电池的电压阈值时，在连续的第一时间段和第二时间段中控制所述第一开关管和所述第二开关管的导通状态，所述第一电池对所述第二电池进行充电。8.根据权利要求7所述的主动均衡电路，其中，在所述第一时间段中，所述第一开关管导通且所述第二开关管关断，所述第一电池对所述第一电感进行充电，在所述第二时间段中，所述第一开关管关断且所述第二开关管导通，所述第一电感对所述第二电池进行充电。9.根据权利要求6所述的主动均衡电路，其中，在所述第一电池的电池电压小于所述第二电池的电压阈值时，在连续的第三时间段和第四时间段中控制所述第一开关管和所述第二开关管的导通状态，所述第二电池对所述第一电池进行充电。
10.根据权利要求9所述的主动均衡电路，其中，在所述第三时间段中，所述第一开关管关断且所述第二开关管导通，所述第二电池对所述第一电感进行充电，在所述第四时间段中，所述第一开关管导通且所述第二开关管关断，所述第一电感对所述第一电池进行充电。11.根据权利要求8或10所述的主动均衡电路，其中，所述第三电池、所述第四电池和所述第五电池的能量在所述第二电感、所述第三电感、所述第一电容和所述第二电容中做无功循环。12.根据权利要求5所述的主动均衡电路，其中，所述主动均衡电路工作在CUK模式下，根据所述第二电池的电池电压控制所述第二开关管和所述第五开关管的导通状态。13.根据权利要求12所述的主动均衡电路，其中，在所述第二电池的电池电压大于所述第五电池的电压阈值时，在连续的第一时间段和第二时间段中控制所述第二开关管和所述第五开关管的导通状态，所述第二电池对所述第五电池进行充电。14.根据权利要求13所述的主动均衡电路，其中，在所述第一时间段中，所述第二开关管导通且所述第五开关管关断，所述第二电池对所述第一电感进行充电，且所述第一电容和所述第二电容对所述第三电感进行充电，在所述第二时间段中，所述第二开关管关断...

【专利技术属性】
技术研发人员：王君，袁明祥，
申请(专利权)人：杭州协能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：