一种锂电池组主动均衡电路制造技术

本发明专利技术公开了一种锂电池组主动均衡电路，包括：充放电模块；电池单体和充放电模块的正极通路串有第一开关单元，其包括反向串联的第一高频开关和第一低频开关，负极通路串有第二开关单元，其包括一对反向串联的第二高频开关和第二低频开关；电感L1第一端连接第一低频开关，第二端通过二极管连接充放电模块正极；二极管D1的负极连接第一低频开关及电感L1的第一端，正极连接第二低频开关和充放电模块的负极；电感L2的第一端连接第一低频开关，第二端通过第三高频开关和二极管连接充放电模块正极；二极管D2的负极连接电感L2的第二端和第三高频开关，正极连接第二低频开关和充放电模块的负极。本发明专利技术简化了主动均衡电路的结构和控制逻辑。制逻辑。制逻辑。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池组主动均衡电路


[0001]本专利技术属于电池均衡领域，具体涉及一种锂电池组主动均衡电路。

技术介绍

[0002]近年来，电动汽车和新能源发电行业极大地促进了电池储能和供电技术的发展，锂电池迎来大规模广泛应用时期。与此同时，国内锂电池生产商呈爆发性增长。为降低成本，在简化电池生产工艺的同时，由于锂电池生产工艺不一致、电极材料涂覆不均匀、灌浆量和添加剂量不能高精度控制等原因，导致电池单体在输出电压、容量、内阻和电极活性之间存在微小差异。
[0003]电动汽车和储能系统需要多个电池串联形成电池组供能，电池单体间的不均衡将导致电池组出现“木桶效应”或“叠加负面效应”等问题。具体而言，电池组中一个电池电量偏少将导致整个电池组可放电能量减少；反之，电池组中一个电池电量偏多将导致整个电池组可充电能量减少。若强行对电池组进行充电或放电，容易使得电池组充放电失控，进而导致电池起火和爆炸等极端问题发生，这也是目前社会上电动汽车充电起火和爆炸的最主要原因之一。因此，在利用锂电池实现大规模储能和供电时，电池均衡问题尤为突出。
[0004]为了实现电池均衡，较早的技术是采用被动均衡。被动均衡的特点在于使用耗能元件来耗散能量。具体来说，对电池组中的各电池单体的电压进行检测；在检测到高电压的电池单体后，通过电感和电阻放电被动消耗该电池单体的能量来降低其电压。但是，被动均衡造成了极大的能量浪费，且对于低电压或低电量的电池单体来说，其电量没有得到补充，整个电池组可放电能量是减少的。
[0005]为了保证电池组的可充放电能量和提高均衡能量利用效率，主动均衡方案被提出。与被动均衡不同的是，主动均衡是通过能量转移实现的均衡。
[0006]现有的主动均衡方案中，大多是在每一个电池单体上均并联直流变换器，该直流变换器包括升压变换器和降压变换器；通过多个直流变换器之间的配合工作，将多余能量转换至其他低电量电池中。然而，由于使用的直流变换器数量较多，因此电路体积过大，不利于电池管理系统的小型和轻量化，且成本高昂。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中所存在的上述问题，本专利技术提供了一种锂电池组主动均衡电路。
[0008]本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种锂电池组主动均衡电路，所述锂电池组包括多个串联的电池单体，所述锂电池组主动均衡电路包括：充放电模块，用于对电池单体进行充电或放电；所述充放电模块的容量不超过各电池单体之间的最大容量差；第一开关模块，包括多个第一开关单元；每个电池单体和所述充放电模块之间的
正极通路中均串有一个所述第一开关单元；每个第一开关单元均包括一对反向串联的第一高频开关和第一低频开关，其中的第一高频开关与电池单体的正极直接相连；第二开关模块，包括多个第二开关单元；每个电池单体和所述充放电模块之间的负极通路中均串有一个所述第二开关单元；每个第二开关单元均包括一对反向串联的第二高频开关和第二低频开关，其中的第二高频开关与电池单体的负极直接相连；电感L1，其第一端连接每个第一低频开关，其第二端通过二极管D3连接所述充放电模块的正极；其中，二极管D3的负极与所述充放电模块的正极直接相连；二极管D1，其负极连接每个第一低频开关以及电感L1的第一端，其正极连接每个第二低频开关和所述充放电模块的负极；电感L2，其第一端连接每个第一低频开关，其第二端依次通过第三高频开关和二极管D4连接所述充放电模块的正极；其中，二极管D4的正极与所述充放电模块的正极直接相连；二极管D2，其负极连接电感L2的第二端和所述第三高频开关，其正极连接每个第二低频开关和所述充放电模块的负极；其中，所述第一高频开关、所述第一低频开关、所述第二高频开关、所述第二低频开关以及所述第三高频开关均为MOSFET。
[0009]优选地，所述充放电模块包括：锂电池或超级电容。
[0010]优选地，所述充放电模块的最高电压不小于电池单体的最高电压。
[0011]优选地，所述充放电模块的容量是电池单体的额定容量的10%~20%。
[0012]优选地，所述充放电模块的容量是电池单体的额定容量的1%~3%。
[0013]优选地，所述锂电池组主动均衡电路还包括：控制模块；所述控制模块，用于产生第一PWM驱动信号、第二PWM驱动信号以及低频驱动信号；其中，所述第一PWM驱动信号和所述第二PWM驱动信号的信号电平同步；其中，所述第一高频开关和所述第二高频开关受所述第一PWM驱动信号控制；所述第一低频开关和所述第二低频开关受所述低频驱动信号控制；所述第三高频开关受所述第二PWM驱动信号控制。
[0014]优选地，所述控制模块的控制逻辑包括：打开所述第二PWM驱动信号；将所述第一PWM驱动信号和所述低频驱动信号作为与电池单体对应的组合驱动信号，将所述组合驱动信号轮流加载至各电池单体连接的第一开关单元和第二开关单元，以使各电池单体轮流进行自适应充放电。
[0015]优选地，所述自适应充放电，包括：针对每个电池单体，若该电池单体的电压高于所述充放电模块的电压，该电池单体自动向所述充放电模块放电，实现自适应正向降压；若该电池单体的电压低于所述充放电模块的电压，所述充放电模块自动向该电池单体充电，实现自适应反向降压；其中，当电池单体的电压等于所述充放电模块的电压时，所述控制模块不改变控制逻辑。
[0016]优选地，所述锂电池组主动均衡电路还包括：时钟单元；所述时钟单元用于生成时钟信号，所述时钟信号用于形成时钟周期；
所述控制模块的控制逻辑具体包括：打开所述第二PWM驱动信号；按照所述时钟周期，将所述组合驱动信号轮流加载至各电池单体连接的第一开关单元和第二开关单元，以使各电池单体轮流进行自适应充放电。
[0017]优选地，所述MOSFET为N型MOSFET。
[0018]本专利技术提供的锂电池组主动均衡电路，极大地减少了直流变换器的数量、简化了主动均衡电路结构，相应的可简化控制逻辑，从而可以有效减小锂电池主动均衡电路的体积，更有利于电池管理系统的小型和轻量化，有效降低了成本。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例提供的一种锂电池组主动均衡电路的结构示意图；图2中示出了图1所示锂电池组主动均衡电路在实现自适应反向降压时的电流走向；图3中示出了图1所示锂电池组主动均衡电路在实现自适应反向降压时的电流走向。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0021]为了减小锂电池主动均衡电路的体积，本专利技术实施例提供了一种锂电池组主动均衡电路。参见图1所示，锂电池组包括多个串联的电池单体，图1中用Batt_i表示电池单体，i=1,2,3
…
。本专利技术实施例提供的锂电池组主动均衡电路包括：充放电模块、第一开关模块、第二开关模块、电感L1、电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4。
[0022]其中，充放电模块，用于对电池单体进行充电或放电，该充放电模块的容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池组主动均衡电路，其特征在于，所述锂电池组包括多个串联的电池单体，所述锂电池组主动均衡电路包括：充放电模块，用于对电池单体进行充电或放电；所述充放电模块的容量不超过各电池单体之间的最大容量差；第一开关模块，包括多个第一开关单元；每个电池单体和所述充放电模块之间的正极通路中均串有一个所述第一开关单元；每个第一开关单元均包括一对反向串联的第一高频开关和第一低频开关，其中的第一高频开关与电池单体的正极直接相连；第二开关模块，包括多个第二开关单元；每个电池单体和所述充放电模块之间的负极通路中均串有一个所述第二开关单元；每个第二开关单元均包括一对反向串联的第二高频开关和第二低频开关，其中的第二高频开关与电池单体的负极直接相连；电感L1，其第一端连接每个第一低频开关，其第二端通过二极管D3连接所述充放电模块的正极；其中，二极管D3的负极与所述充放电模块的正极直接相连；二极管D1，其负极连接每个第一低频开关以及电感L1的第一端，其正极连接每个第二低频开关和所述充放电模块的负极；电感L2，其第一端连接每个第一低频开关，其第二端依次通过第三高频开关和二极管D4连接所述充放电模块的正极；其中，二极管D4的正极与所述充放电模块的正极直接相连；二极管D2，其负极连接电感L2的第二端和所述第三高频开关，其正极连接每个第二低频开关和所述充放电模块的负极；其中，所述第一高频开关、所述第一低频开关、所述第二高频开关、所述第二低频开关以及所述第三高频开关均为MOSFET。2.根据权利要求1所述的锂电池组主动均衡电路，其特征在于，所述充放电模块包括：锂电池或超级电容。3.根据权利要求1所述的锂电池组主动均衡电路，其特征在于，所述充放电模块的最高电压不小于电池单体的最高电压。4.根据权利要求1所述的锂电池组主动均衡电路，其特征在于，所述充放电模块的容量是电池单体的额定容量的10%~20%。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚东，陈淑娟，张浩桓，陈琳，
申请(专利权)人：航天锂电科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：