单电感式蓄电池组均衡电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种蓄电池组均衡电路及方法，该系统包括多个串联的单体电池和一外部控制电路，每个单体电池均具备一充电电路和一放电电路。使用过程中，当所述蓄电池组中各单体电池之间的电量差异大于设定值时，通过所述外部控制电路使电量较高的单体电池上的放电电路接通，将该电量较高的单体电池中多出的电量转移至共用储能元件中；接着，通过所述外部控制电路使电量较低的单体电池上的充电电路依次独立接通，将所述共用储能元件中储存的电量依次释放至电量较低的单体电池中。达到了真正的电池组高效、安全的动态均衡充电和放电，能最大限度的保护电池，充分发挥电池组的能量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于蓄电池的电池保护系统领域，涉及一种。
技术介绍
蓄电池作为能量存储介质，已经广泛应用于社会的各行各业，特别是近年来在通信电源、UPS电源、各种动力车辆、太阳能发电、风力发电、国家智能电网等行业中，作为动力或电源储能的系统中，磷酸铁锂电池已经被视为最关键的组件之一。电池系统对以串联方式工作的电池组进行充电、放电,在每次充电、放电以后，电池组里各个单体电池的特性都会不一样，如端电压、内阻、老化程度、剩余容量(S0C)、电池健康度(SOH)等等，并且会随着时间的推移进一步加剧单体电池之间的差异性。如何保证电池在充电、放电过程中进行电池组快速高效的动态主动均衡控制，是保证磷酸铁锂电池的安全性、可靠性以及充分发挥其化学效能的一项关键技术。随着磷酸铁锂电池的使用越来越广泛，近年来对串联磷酸铁锂电池组进行充电、放电的装置和方法得到了不断的改进，以试图对串联在一起的电池组的保护和均衡能更加快速、高效。在磷酸铁锂电池的传统被动均衡方法中，都是利用半导体开关器件和功率电阻构成的放电矩阵网络，这些矩阵施加在每个单体电池两端，对充电时端电压较高的单体电池进行适量放电，使电池组中的各个单体电池的电压尽量以相同的速度一致升高，同时充足，达到串联电池的被动均衡的目的；由于采用的功率电阻要对单体电池进行放电才能达到均衡的目的，电阻的发热量大，因此对电池组前端充电器的能量利用率较低，有较大的电阻发电热损耗。在传统的电池组放电方法中，当其中的某一个电池芯达到需要保护的最小端电压时,则整个电池组将被强制停止放电,但在这个时候,其它的状态良好的一些电池芯中可能还有很多剩余的能量没有被释放出来，因此这将极大地影响电池组的能量使用率。在目前见到的传统的磷酸铁锂电池组放电方法中，是对串联在一起的电池组的总电压进行采集，并不监测各个单体电池的端电压；这种做法虽然简单，但是由于在使用过程中各个单体电池的电量并不均匀，假如长期循环使用下去，电量的差异性将会变的更大，所以电量较小的单体电池将会产生过放电，使得它的循环使用寿命大大的减少，因此将影响电池组的使用。上面描述的放电方法往往是设定一个电池组放电终止电压，当采集到电池组的总电压低于这个设定值时，就会终止电池组的放电。由于终止电压并不能反映电池组中所有单体电池的真实端电压，因此在终止放电时，有些单体电池可能会出现过放电的现象，有些单体电池可能还有很多剩余的电量没有使用，电池能量的使用率将大大的降低。在目前见到的传统的磷酸铁锂电池组放电方法中，都是参照电池的端电压作为判断依据，当电池的端电压达到一定数值时，就强制停止放电，但是在不同的实际使用环境下，如环境温度较高时，电池中可能还有很多剩余的电量没有释放出来，而在环境温度较低时，就会出现电池过放电的现象，因此会对电池造成损害。传统的磷酸铁锂电池动态主动均衡方法中，都是利用所有串联在一起的单体电池的电压最终达到一致作为均衡工作结束条件的。这样是不精确的。事实上电池的实际存储电量还要受到电池本身的温度、累计充放电次数、老化程度、健康程度、电池本身的化学特性等因素的影响。在不同的温度、充放电循环次数下，磷酸铁锂电池组充满电时能储存并释放出的能量是不相同的，而在充满电时电池的端电压也是不相同的。如在低温环境下，电池组中能存储的能量较小，充满电时的端电压较高，等等。要能最大限度到利用电池组中存储的电量，就需要充电、放电装置能在不同的环境下，能将电池中最大可存储的电量充满，并能够将电池组中储存的电量全部释放出来供给外部负载。值得一提的是，由于磷酸铁锂电池组中各个单体电池制造工艺误差等等的原因，在串联充电时，其电量存在一定的差异，而这种差异会在使用过程中慢慢的逐渐增大，这将影响整个电池组的正常工作，因此，这就需要充电、放电装置能够消除这种差异，使电池组在充电、放电过程中始终保持均衡状态。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种与现有技术相比更科学、更可靠、更能充分地利用磷酸铁锂电池组能量的均衡电路及方法，以克服现有技术中的不足。一方面，本专利技术提供了 一种新型的基于各个单体电池动态电量和电压差异补偿的串联电池组均衡充电、放电的电路，具体采用如下技术方案一种蓄电池组均衡电路，包括蓄电池组，包括多个串联的单体电池；每个单体电池均具备一充电电路和一放电电路；所述充电电路包括一正极输入切换电路、一负极输出切换电路和共用储能元件，单体电池的正极依次经该单体电池的正极输入切换电路、共用储能元件和该单体电池的负极输出切换电路连接于该单体电池的负极；所述该单体电池的正极输入切换电路同时作为与该单体电池正极相连的相邻单体电池的负极输入切换电路；所述该单体电池的负极输出切换电路同时作为与该单体电池负极相连的相邻单体电池的正极输出切换电路；所述放电电路包括一正极输出切换电路、一负极输入切换电路和所述共用储能元件，单体电池的正极依次经该单体电池的正极输出切换电路、共用储能元件和该单体电池的负极输入切换电路连接于该单体电池的负极；所述该单体电池的正极输出切换电路同时作为与该单体电池正极相连的相邻单体电池的负极输出切换电路；所述该单体电池的负极输入切换电路同时作为与该单体电池负极相连的相邻单体电池的正极输入切换电路；以及外部控制电路，用于控制所述正极输入切换电路、负极输出切换电路、正极输出切换电路和负极输入切换电路的选通，从而使某一个或某几个单体电池的正负极选通；被选通的单体电池的正负极与所述共用储能元件之间构成串联回路。上述充电电路中所述的共用储能元件和放电电路中所述的共用储能元件为同一元件。作为对上述技术方案的完善和补充，本专利技术进一步采取如下技术措施或是这些技术措施的任意组合所述正极输入切换电路、负极输出切换电路、正极输出切换电路和负极输入切换电路均由二极管和均衡开关串联组成。所述正极输入切换电路和负极输入切换电路上的均衡开关均采用N-M0SFET，所述正极输出切换电路和负极输出切换电路上的均衡开关均采用P-M0SFET。所述二极管为肖特基二极管。所述共用储能元件为功率电感。所述单体电池为磷酸铁锂电池。本专利技术进一步选用如下优选的技术方案所述正极输入切换电路中=N-MOSFET的S极连接单体电池的正极，N-MOSFET的D极连接所述肖特基二极管的阴极，N-MOSFET的G极为控制端与所述外部控制电路连接；所述肖特基二极管的阳极与所述共用储能元件连接；所述负极输入切换电路中N-M0SFET的S极连接单体电池的负极，N-MOSFET的D极连接所述肖特基二极管的阴极，N-MOSFET的G极为控制端与所述外部控制电路连接；所述肖特基二极管的阳极与所述共用储能元件连接；所述正极输出切换电路中=P-MOSFET的S极连接单体电池的正极，P-MOSFET的D极连接肖特基二极管的阳极，P-MOSFET的G极为控制端与所述外部控制电路连接；所述肖特基二极管的阴极与所述共用储能元件连接；所述负极输出切换电路中=P-MOSFET的S极连接单体电池的负极，P-MOSFET的D极连接肖特基二极管的阳极，P-MOSFET的G极为控制端与所述外部控制电路连接；所述肖特基二极管的阴极与所述共用储能元件连接。本专利技术在P-MOSFET和N-MOSFET上串联连接的肖特基二极管是为了防止反向高压击穿对应的MOSF本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓄电池组均衡电路，包括：蓄电池组，包括多个串联的单体电池；每个单体电池均具备一充电电路和一放电电路；所述充电电路包括：一正极输入切换电路、一负极输出切换电路和共用储能元件，单体电池的正极依次经该单体电池的正极输入切换电路、共用储能元件和该单体电池的负极输出切换电路连接于该单体电池的负极；所述该单体电池的正极输入切换电路同时作为与该单体电池正极相连的相邻单体电池的负极输入切换电路；所述该单体电池的负极输出切换电路同时作为与该单体电池负极相连的相邻单体电池的正极输出切换电路；所述放电电路包括：一正极输出切换电路、一负极输入切换电路和所述共用储能元件，单体电池的正极依次经该单体电池的正极输出切换电路、共用储能元件和该单体电池的负极输入切换电路连接于该单体电池的负极；所述该单体电池的正极输出切换电路同时作为与该单体电池正极相连的相邻单体电池的负极输出切换电路；所述该单体电池的负极输入切换电路同时作为与该单体电池负极相连的相邻单体电池的正极输入切换电路；以及外部控制电路，用于控制所述正极输入切换电路、负极输出切换电路、正极输出切换电路和负极输入切换电路的选通，从而使某一个或某几个单体电池的正负极选通。...

【技术特征摘要】
1.ー种蓄电池组均衡电路，包括 蓄电池组，包括多个串联的单体电池；每个单体电池均具备一充电电路和一放电电路； 所述充电电路包括一正极输入切换电路、一负极输出切换电路和共用储能元件，単体电池的正极依次经该单体电池的正极输入切换电路、共用储能元件和该单体电池的负极输出切换电路连接于该单体电池的负极；所述该单体电池的正极输入切换电路同时作为与该单体电池正极相连的相邻单体电池的负极输入切换电路；所述该单体电池的负极输出切换电路同时作为与该单体电池负极相连的相邻单体电池的正极输出切换电路； 所述放电电路包括一正极输出切换电路、一负极输入切换电路和所述共用储能元件，单体电池的正极依次经该单体电池的正极输出切换电路、共用储能元件和该单体电池的负极输入切換电路连接于该单体电池的负极；所述该单体电池的正极输出切换电路同时作为与该单体电池正极相连的相邻单体电池的负极输出切换电路；所述该单体电池的负极输入切换电路同时作为与该单体电池负极相连的相邻单体电池的正极输入切換电路；以及 外部控制电路，用于控制所述正极输入切换电路、负极输出切换电路、正极输出切换电路和负极输入切换电路的选通，从而使某一个或某几个单体电池的正负极选通。2.如权利要求1所述的蓄电池组均衡电路，其特征在于，所述正极输入切换电路、负极输出切换电路、正极输出切换电路和负极输入切换电路均由ニ极管和均衡开关串联组成。3.如权利要求2所述的蓄电池组均衡电路，其特征在于，所述正极输入切换电路和负极输入切换电路上的均衡开关均采用N-MOSFET，所述正极输出切换电路和负极输出切换电路上的均衡开关均采用P-MOSFET。4.如权利要求3所述的蓄电池组均衡电路，其特征在于，所述ニ极管为肖特基ニ极管。5.如权利要求4所述的蓄电池组均衡电路，其特征在干， 所述正极输入切换电路中=N-MOSFET的S极连接单体电池的正极，N-MOSFET的D极连接所述肖特基ニ极管的阴极，N-MOSFET的G极为控制端与所述外部控制电路连接；所述肖特基ニ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一，李思贤，
申请(专利权)人：上海锂曜能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：