一种动力锂离子电池模块的主动均衡电路制造技术

本实用新型专利技术提出了一种动力锂离子电池模块的主动均衡电路，属于电动汽车电池管理技术领域。该均衡电路包括锂离子电池组、充放电开关组单元、充放电总线单元、能量转移电路和均衡控制器。其中，充放电开关组单元将电池组连接到充放电总线单元上，能量转移电路的两侧也连接到充放电总线单元上，均衡控制器与电池组、开关组单元和能量转移电路相连，实时监测锂离子单体电池的电压、控制开关组单元选通需要充放电的锂离子单体电池，并控制能量转移电路实现所选锂离子单体电池的充放电。本实用新型专利技术克服了现有动力锂离子电池模块的缺点，具有控制简单，均衡电流大，均衡效率高、成本低的优点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电动汽车电池管理
，涉及一种动力锂离子电池模块充放电均衡电路。
技术介绍
电动汽车用动力电池模块由单体锂离子电池串联而成，由于单体锂离子电池性能存在不一致性，在充放电时会出现单体电压不一致，从而影响和制约着整个电池模块的充放电能力。在工作中只要有一个单体电池达到充放电电压极限，整个电池模块就要停止充放电，否则单体电池会发生过充或过放，严重影响其寿命。对单体电池进行均衡是解决上述问题的重要途径，这种方法能够更好地发挥电池性能，延长其使用寿命。现有的均衡电路分为两种:一种是被动均衡电路，也称为能耗型均衡电路，通常采用在单体电池两端并联电阻的方式，通过电阻将电能转换成热能，来达到电压平衡。既消耗了电池模块的能量，又给电池热管理带来了困难，而且效率低下。另一种是主动均衡电路，也即非能耗性均衡电路，按能量转换元件类型可以分为电容均衡电路，电感均衡电路，变压器均衡电路，双向DC-DC均衡电路等四种。电容均衡电路中电流不易控制，开关管分压也造成均衡效果不明显；电感均衡电路只能在相邻的单体电池间进行均衡，其结构复杂，均衡速度受限制；变压器均衡电路有磁饱和和结构复杂的问题；现有双向DC-DC均衡电路也存在各种设计和效率上的缺陷。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种电动汽车动力锂离子电池模块充放电非耗能型均衡电路，以克服现有均衡电路存在的上述不足。为了实现上述目的，本技术的技术方案如下:一种动力锂离子电池模块的主动均衡电路，包括锂离子电池组、充放电开关组单元，充放电总线单元，能量转移电路和均衡控制器；所述锂离子电池组包含一个以上的锂离子单体电池，通过所述充放电开关组单元连接到所述充放电总线单元上；所述能量转移电路两侧分别与所述充放电总线单元相连；所述均衡控制器分别与所述能量转移单元、所述开关组单元及所述锂离子电池组相连，以控制所述开关组单元选通所需充放电的锂离子单体电池到所述能量转移电路中并进行充放电。所述充放电开关组单元包含开关数目均等于所述锂离子电池组中锂离子单体电池数目的充电选通开关组和放电选通开关组，且所述充电选通开关组和所述放电选通开关组中的开关均与所述锂离子单体电池一一对应连接。所述充放电总线单元包括充电总线和放电总线；所述能量转移电路包括电容C、二极管Dl和D2、电感LI和L2、以及控制开关SWl、Sff2, SW3和SW4 ;所述电容C通过所述二极管Dl后与所述电感LI并联，所述二极管Dl的正极与所述电容C相连；所述控制开关Sffl和SW2的一端分别与所述电感LI的两端相连，另一端与所述放电总线相连；所述控制开关SW3和SW4的一端分别连接到所述电容C的两端，另一端分别连接到所述电感L2的两端；所述电感L2通过所述二极管D2后连接到所述充电总线上，所述二极管D2的正极与所述电感L2相连。所述充放电开关组单元、所述充放电总线单元、所述能量转移电路和所述均衡控制器集成在一个IC微处理器中。所述能量转移电路中的控制开关均由一个MOSFET管和一个导通电压为0.2 0.3V的二极管组成，所述二极管与所述MOSFET管内寄生二极管的极性相反。所述MOSFET管采用高侧驱动方式驱动。所述MOSFET管的栅极驱动器为专有芯片或者分立元件电路。所述均衡控制器包含脉冲控制模块，以通过脉冲控制所述控制开关的开启和关断。与现有技术相比，本技术具有如下有益效果:(1)通过电感作为充放电储能元件，通过电容作为能量缓冲元件，有效的克服了电感均衡在开关开启和关断瞬间感生高压电动势的缺点。(2)通过开关管的开启关断顺序来实现两单体电池的有效隔离，对比常见的变压器隔离的DC-DC方案和变压器方案，省去了复杂的变压器，从而克服了漏磁，磁饱和带来的效率问题，大大简化了结构，提高了效率。(3 )对比电容均衡方案，利用电感的自感来给电池充放电，克服了电容均衡时开关管分压造成的效率问题。(4)本技术可以只使用一套均衡电路，结构简单，允许大电流均衡，均衡时间短，均衡效率高，大大降低均衡系统的成本，易于产业化，有着良好的社会应用前景。附图说明图1本技术实施例中主动均衡电路的整体结构框图；图2本技术实施例中均衡第一阶段，开关管SW1、SW2开启，SW3、SW4关断时的电流流向不意图；图3本技术实施例中均衡第二阶段，开关管SW1、SW2关断，SW3、SW4开启时的电流流向不意图；图4本技术实施例中均衡第三阶段，开关管SW1、SW2开启，SW3、SW4关断时的电流流向示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例进一步阐述本技术的技术方案。为了将动力锂离子电池模块的电压不一致性均衡到可以接受的范围内，本实施例提出了如图1所示的动力锂离子电池模块主动均衡电路。该均衡电路包括锂离子电池组、充放电总线单元、充放电开关组单元、均衡控制器和能量转移电路。其中，锂离子电池组包括η个串联的锂离子单体电池Cl Cn，锂离子单体电池的数目η大于I。充放电开关组单元包括放电选通开关组KA和充电选通开关组ΚΒ，各开关组均包括η个开关。放电选通开关组KA中的开关KAl KAn与锂离子电池组中的锂离子单体电池一一对应连接，将各锂离子单体电池连接到放电总线上；充电选通开关组KB中的开关KBl KBn与锂离子电池组中的锂离子单体电池同样一一对应连接，将各锂离子单体电池连接到充电总线上。能量转移电路包括电感L1、L2、二极管D1、D2、电容C和开关管SW1、SW2、SW3、SW4。在能量转移电路的放电侧，电容C通过二极管Dl后与电感LI并联，二极管Dl的正极与电容C相连；开关管SWl和SW2的一端分别与电感LI的两端相连，另一端连接到放电总线上；在能量转移电路的充电侧，开关管SW3和SW4的一端分别连接到电容C的两端，另一端分别连接到电感L2的两端；电感L2通过二极管D2后连接到充电总线上，二极管D2的正极与电感L2相连。在能量转移电路中，电感LI作为放电电池的储能元件，电感L2作为充电电池的充电元件，电容C作为能量由电感LI向电感L2转移时的能量缓冲元件。开关管SWl SW4均由一个MOSFET管和一个低导通压降的二极管反向串联而成，从而实现开关的可靠截止，其中二极管的导通电压为0.2^0.3V。四个MOSFET管均以高侧驱动方式驱动，可以采用专有芯片或者分立元件电路作为栅极驱动器。均衡控制器包括电压采集模块、温度采集模块、过流保护模块、过压欠压保护模块和脉冲控制模块。均衡控制器实时检测并比较锂离子电池组的每个锂离子单体电池的电压，当锂离子单体电池电压出现不一致时，控制充放电开关组单元选通电压过高的锂离子单体电池和电压过低的锂离子单体电池，将电压过高的锂离子单体电池接入到能量转移电路的放电侧，将电压过低的锂离子单体电池接入到能量转移电路的充电侧，并按照特定时序产生脉冲控制信号来控制四个开关管SWl SW4的开启和关断，以实现高压电池向低压电池充电。均衡控制器可以控制·脉冲的产生、停止、频率调制(PFM)和脉宽调制(PWM)，并通过对脉冲的控制来控制开关管SWf SW4的开启和关断。本实施例中均衡控制器通过开关组KA选出端电压最高的单体电池CELL_H作为放电电池连接到放电总线上,通过开关组KB选出端电压最低的单体电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力锂离子电池模块的主动均衡电路，其特征在于：包括锂离子电池组、充放电开关组单元，充放电总线单元，能量转移电路和均衡控制器；所述锂离子电池组包含一个以上的锂离子单体电池，通过所述充放电开关组单元连接到所述充放电总线单元上；所述能量转移电路两侧分别与所述充放电总线单元相连；所述均衡控制器分别与所述能量转移单元、所述开关组单元及所述锂离子电池组相连，以控制所述充放电开关组单元选通所需充放电的锂离子单体电池到所述能量转移电路中并进行充放电。

【技术特征摘要】
1.一种动力锂离子电池模块的主动均衡电路，其特征在于:包括锂离子电池组、充放电开关组单元，充放电总线单元，能量转移电路和均衡控制器； 所述锂离子电池组包含一个以上的锂离子单体电池，通过所述充放电开关组单元连接到所述充放电总线单元上；所述能量转移电路两侧分别与所述充放电总线单元相连； 所述均衡控制器分别与所述能量转移单元、所述开关组单元及所述锂离子电池组相连，以控制所述充放电开关组单元选通所需充放电的锂离子单体电池到所述能量转移电路中并进行充放电。2.根据权利要求1所述的动力锂离子电池模块的主动均衡电路，其特征在于: 所述充放电开关组单元包含开关数目均等于所述锂离子电池组中锂离子单体电池数目的充电选通开关组和放电选通开关组，且所述充电选通开关组和所述放电选通开关组中的开关均与所述锂离子单体电池一一对应连接。3.根据权利要求1所述的动力锂离子电池模块的主动均衡电路，其特征在于:所述充放电总线单元包括充电总线和放电总线；所述能量转移电路包括电容C、二极管Dl和D2、电感LI和L2、以及控制开关SW1、SW2、SW3和SW4 ； 所述电容C通过所述二极管Dl后与所述电感LI并联，所述二极管Dl的正极与所述电容C相连；所述控制开...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙泽昌，王代壮，戴海峰，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：实用新型
国别省市：