使用超级电容的车用锂电池组均衡电路制造技术

一种使用超级电容的串联锂电池组主动均衡电路，包括两个以上均衡单元，每个均衡单元包括单体电池和均衡电路；每相邻两个均衡单元通过以下方式串联：第一均衡电路与第一单体电池并联，该第一均衡电路包括第一Ｐ沟道ＭＯＳＦＥＴ管和第一Ｎ沟道ＭＯＳＦＥＴ管，两个ＭＯＳＦＥＴ管的漏极相连和门极相连，并且通过第一信号输入端与外接电路连接；第一和第二ＭＯＳＦＥＴ管的源极分别并联连接在所述第一单体电池的正负极两端；第一单体电池的正负极两端还分别通过第一和第二信号输出端连接至外接电路；第二单体电池的正极与上述第一单体电池的负极相连；并联在该第二单体电池两端的第二均衡电路与第一均衡电路结构相同。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种车用动力锂电池组主动均衡电路，适宜于电动自行车、电动摩托 车、混合动力汽车、纯电动车等车用动力锂电池组均衡与保护。
技术介绍
现代汽车对人类社会的进步产生不可替代的巨大推动作用。但随着汽车的大量生 产和广泛使用，也带来了环境、能源等方面的严峻问题。在这种情况下，发展电动汽车成为 一个重要的解决途径。各国政府也对电动汽车的研发与产业化给予了大力支持。在我国国 家“863”计划中，电动车被列为了重大攻关专项课题。综合考虑电池的可靠性、安全性、资源 与环境问题以及电池性能的发展趋势，锂离子二次电池由于工作电压高、体积小、质量轻、 无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等诸多优点，是一种理想动力电源，从而成为电 动车用动力电池的首选。单个锂电池的电压与容量有限，实际的电动车动力电池应用中需要串、并连多个 单体电池组成电池组来使用。但电池组的中的单体电池因为各种主客观因素，存在不一致 性，这就导致了一些电池组的安全性低、使用寿命短等重大问题。提高动力锂电池组的使用 寿命，提高系统的稳定性和减少成本，对电池组进行有效均衡是解决这个问题的关键。电池组的均衡过程实际上是电池荷电状态(SOC)的均衡，而从电池SOC与电池电 压的关系曲线和静态、动态分析可知，电压均衡对锂离子电池的SOC均衡很有效，通过电压 均衡可以达到SOC均衡的效果，从而提高电池组的使用寿命。理论上的均衡方法很多，其中 电阻分流均衡方法被认为是目前最经济最实用的一种方法。而大容量电池组的均衡方法还 要求损耗小、效率高、安全可靠、易于使用等。目前的锂离子电池均衡研究领域中，能量转移 I型及能量转移II型的方案因其拥有更高的效率可以考虑使用，但这些方案都需要开关特 性好的低压降的开关器件及更高效的储能器件的支持。随着电子元器件的不断发展，能量 转移型均衡方案可以应用在大容量电池组串联均衡上。常规的开关电容均衡方法于上世纪90年代就已经有人提出，但限于当时的技术 和器件条件，一直得到没有较好的实现，其主要原因一是规模巨大的开关矩阵及极其复杂 的逻辑操作，二是普通电容(一般电解电容等)的容量较小，作为能量转移载体对于电池电 量均衡是杯水车薪，无法做到大电流快速均衡，三是一般的开关器件(半导体三极管、CMOS 管等)开关性能不好，导致均衡中能量损耗较大，再有就是虚地技术限制，单体电池的电压 测量矩阵庞大，电路实现困难，等等。近年来，随着超级电容(也称电容电池)的产品化以及 成本的降低，使得超级电容在能源存储等方面得到了广泛的应用，作为能量存储单元，超级 电容在充放电、能量密度方面具有很大的优势；功率场效应管(Power M0SFET)是一种单极 型的电压控制器件，不但有自关断能力，而且有驱动功率小，开关速度高、无二次击穿、安全 工作区宽等特点，其性能优良，特别适于作为开关器件。各IC器件公司推出了集成的电压 监测IC产品，如凌力尔特公司(Linear)的LTC6802，ADI公司的AD7280，爱特梅尔(Atmel) 公司的ATA6870，美信(MAXIM)的DS27^及Maxll068等IC产品，使得智能电池组均衡策略的实现有了可能。这些集成器件的出现是最近1年之内集中发生的，由此可以看出，电动车 车用动力电池已经成了当前产业界及科研界的研究焦点。从车用动力电池产业链来看，电池均衡与保护技术仍然是当前研究的热点，具 有广阔的市场前景和应用价值。近些年来，国内外科研界、产业界的众多人士对这个 问题作了多方面的探索，并提出了很多有价值的理论和参考。这方面国内外专利主要 有US5886502、US6114835、US6278604、US6356055、US6844703、US7279867、US7609031、 US20040032236、US20050077875、US20050269989、US20080018299、US20090167243、 CN2814766、CN101183798、CN2899130、CN101262138、CN1449085 等。超级电容作为最近 5 年 内产业化的新生器件，适宜于应用在车用锂电池均衡电路中。基于超级电容的均衡技术目 前专利目前没有报道。传统的开关电容均衡方法因为受数量繁多开关矩阵的限制而没有得 到广泛的应用，本专利技术采用最新的器件和合理的开关控制实现锂电池组的动态主动均衡， 产业化前景较好。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种使用超级电容的车用锂电池组均衡电路，以实现开关电 容法动态主动均衡。为实现上述目的，本专利技术采用的技术手段为一种使用超级电容的串联锂电池组 主动均衡电路，包括两个以上均衡单元，每个均衡单元包括单体电池和均衡电路；其中，每 相邻两个均衡单元通过以下方式串联第一均衡电路与第一单体电池并联，该第一均衡电路包括第一 P沟道MOSFET管仏 和第一 N沟道MOSFET管％，所述两个MOSFET管的漏极相连；所述两个MOSFET管的门极相 连，并且通过第一信号输入端&与外接电路连接，用以接收外接电路输入的开关控制信号； 所述第一和第二 MOSFET管的源极分别并联连接在所述第一单体电池的正负极两端；所述 第一单体电池的正负极两端还分别通过第一和第二信号输出端CpClri连接至外接电路，用 以向外接电路输出差分信号，该差分信号为实际第一单体电池的电压信号；第二单体电池的正极与上述第一单体电池的负极相连；并联在该第二单体电池 两端的第二均衡电路与所述第一均衡电路结构相同，其中，与该第二单体电池的正极连接 的第二 P沟道MOSFET管的源极通过公共结点与上述第一单体电池负极相连的第一 N沟道 MOSFET管极的源极，并且所述第二单体电池与所述第一单体电池共用一个电压信号输出 端；所述第一、第二均衡单元的漏极通过超级电容相连。在所述单体电池的两端并联有稳压二极管DpD215在单体电池的正极和控制信号输入端之间，还设置有稳压二极管1)3、D4，其正极与 单体电池的正极连接，其负极通过分流电阻&、R4与所述控制信号输入端&、Slri连接。所述第二 P沟道MOSFET管与所述第一 N沟道MOSFET管门极％或仏的位置可以互换。上述MOSFET采用功率型MOSFET管。所述外接电路输入的开关控制信号频率可在0. 1 20Hz之间，开关占空比在 30% -70%之间。所述的超级电容的容量在0. 68F 50F之间。本专利技术的实现具备简单的电路、清晰的逻辑控制、稳定的运行回路，成本可以控附图说明图1是是本专利技术的单元均衡电路原理图；图2是本专利技术的驱动电路输出的驱动波形示意图； 图3是本专利技术的2节均衡效果图；图4是本专利技术的8节电池均衡效果具体实施例方式参照图1，是本专利技术的单元均衡电路原理图，图中CA、CB为串联的2节单体电池；CA的负极连接CB的正极；Q1J3为功率型P-M0STFET 管，Q2> Q4为功率型N-M0STFET管；D” D2, D3、D4为齐纳二极管 R5为电阻；Cn、Clri、Cn_2 为电压测量信号输出端口，向外接电路输出差分信号，该差分信号为实际第一单体电池的 电压信号戍、Slri为外接控制电路的2个相邻输出端。在每个单体电池CA、Cb的正、负极两端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用超级电容的串联锂电池组主动均衡电路，其特征在于：该电路包括两个以上均衡单元，每个均衡单元包括单体电池和均衡电路；其中，每相邻两个均衡单元通过以下方式串联：第一均衡电路与第一单体电池并联，该第一均衡电路包括第一Ｐ沟道ＭＯＳＦＥＴ管（Ｑ↓［１］）和第一Ｎ沟道ＭＯＳＦＥＴ管（Ｑ↓［２］），所述两个ＭＯＳＦＥＴ管的漏极相连；所述两个ＭＯＳＦＥＴ管的门极相连，并且通过第一信号输入端（Ｓ↓［ｎ］）与外接电路连接，用以接收外接电路输入的开关控制信号；所述第一和第二ＭＯＳＦＥＴ管的源极分别并联连接在所述第一单体电池的正负极两端；所述第一单体电池的正负极两端还分别通过第一和第二信号输出端（Ｃ↓［ｎ］、Ｃ↓［ｎ－１］）连接至外接电路，用以向外接电路输出差分信号，该差分信号为实际第一单体电池的电压信号；第二单体电池的正极与上述第一单体电池的负极相连；并联在该第二单体电池两端的第二均衡电路与所述第一均衡电路结构相同，其中，与该第二单体电池的正极连接的第二Ｐ沟道ＭＯＳＦＥＴ管的源极通过公共结点与上述第一单体电池负极相连的第一Ｎ沟道ＭＯＳＦＥＴ管极的源极，并且所述第二单体电池与所述第一单体电池共用一个电压信号输出端；所述第一、第二均衡单元的漏极通过超级电容相连。...

【技术特征摘要】
1.一种使用超级电容的串联锂电池组主动均衡电路，其特征在于该电路包括两个以 上均衡单元，每个均衡单元包括单体电池和均衡电路；其中，每相邻两个均衡单元通过以下 方式串联第一均衡电路与第一单体电池并联，该第一均衡电路包括第一P沟道MOSFET管Oi1)和 第一 N沟道MOSFET管(Q2)，所述两个MOSFET管的漏极相连；所述两个MOSFET管的门极相 连，并且通过第一信号输入端(Sn)与外接电路连接，用以接收外接电路输入的开关控制信 号；所述第一和第二 MOSFET管的源极分别并联连接在所述第一单体电池的正负极两端；所 述第一单体电池的正负极两端还分别通过第一和第二信号输出端(CpClri)连接至外接电 路，用以向外接电路输出差分信号，该差分信号为实际第一单体电池的电压信号；第二单体电池的正极与上述第一单体电池的负极相连；并联在该第二单体电池两端的 第二均衡电路与所述第一均衡电路结构相同，其中，与该第二单体电池的正极连接的第二 P 沟道MOSFET管的源极通过公共结点与上述第一单体电池负极相连的第一 N沟道MOSFET管 极的源极，并且所述第二单体电池与所述第一单体电池共用一个电压信号输出端；所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱玉伟，崔光磊，韩鹏献，姚建华，刘志宏，王海波，齐安宁，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]