一種鋰離子動力電池組充放電主動均衡電路制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種鋰離子動力電池組充放電主動均衡電路，屬于電池充放電技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)包括基于超級電容器的單體電池間充放電主動均衡電路和電池模塊、單體電池和外部電源間充放電主動均衡電路兩部分。單體電池選擇電路用于選擇將要進行電壓均衡的單體電池，換向電路和超級電容器用于對選擇的單體電池進行電壓均衡管理。電池模塊、單體電池和外部電源間充放電主動均衡電路實現(xiàn)電池模塊與單體電池間充放電主動均衡管理，外部電源與單體電池間充放電主動均衡管理和外部電源和電池模塊間充放電主動均衡管理。本發(fā)明專利技術(shù)的均衡電路均衡過程簡單可靠，易于控制，主動均衡過程快速、高效，能夠有效管理電池充放電狀態(tài)，進而延長電池壽命。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于電池充放電
，具體涉及一種鋰離子動力電池組充放電主動均衡電路。
技術(shù)介紹
現(xiàn)代電動汽車多采用串聯(lián)式動力電池組，鋰離子動力電池將會在未來一段時間內(nèi)大量使用。動力電池的安全、高效使用對于電動汽車的正常運行具有重要的意義。電池組在使用過程中，由于各單體電池之間存在不一致性，連續(xù)的充放電循環(huán)導(dǎo)致的差異，將使某些單體電池的容量加速衰減。由于在制作過程中的工藝等原因，即使是同批次、同型號的電池，也存在容量、內(nèi)阻等方面的差異，并且在長期的使用過程中，這種差異會越來越大，進而導(dǎo)致動力電池組充放電時的不均衡。不均衡性對串聯(lián)電池組的性能影響很大，將會降低電池組的整體容量，縮短使用壽命。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本專利技術(shù)提供一種鋰離子動力電池充放電主動均衡電路，作為車載動力電池組電池管理系統(tǒng)的一部分，是對現(xiàn)有充放電均衡的一種改進，該均衡電路簡單可靠，易于控制，對動力電池組進行均衡時，基本不消耗動力電池組電能，主動均衡過程快速、高效，能夠有效管理電池充放電狀態(tài)，進而延長電池壽命。本專利技術(shù)提供的一種鋰離子動力電池充放電主動均衡電路，包括基于超級電容器的單體電池間充放電主動均衡電路和電池模塊、單體電池和外部電源間充放電主動均衡電路兩部分。基于超級電容器的單體電池間充放電主動均衡電路包括電壓采集模塊、單體電池選擇電路、換向電路和超級電容器。單體電池選擇電路用于選擇將要進行電壓均衡的單體>電池，換向電路和超級電容器用于對選擇的單體電池進行電壓均衡管理。電池模塊、單體電池和外部電源間充放電主動均衡電路包括電壓采集模塊、單體電池選擇電路、換向電路和電壓均衡電路。電壓均衡電路連接有電池模塊和外部電源，用于對選擇的單體電池進行電壓均衡管理，或?qū)﹄姵啬K進行電壓均衡管理。電池模塊、單體電池和外部電源間充放電主動均衡電路能實現(xiàn)電池模塊與單體電池間充放電主動均衡管理，外部電源與單體電池間充放電主動均衡管理和外部電源和電池模塊間充放電主動均衡管理。電壓采集模塊連接電池模塊中的各個單體電池，實時采集各單體電池的電壓，將采集得到的電壓數(shù)據(jù)發(fā)送給電池管理系統(tǒng)的控制單元。單體電池選擇電路包括N+1條并聯(lián)的支路，其中，奇數(shù)支路的輸出端并聯(lián)一起作為一個公共輸出端，偶數(shù)支路的輸出端并聯(lián)一起作為一個公共輸出端；每條支路上串聯(lián)兩個MOSFET，且兩個MOSFET并聯(lián)的二極管反向串聯(lián)，每個單體電池的正極和負(fù)極均串聯(lián)有一條支路，N為單體電池的個數(shù)。換向電路包括4個MOSFET，2個MOSFET分為一組；第一組的兩個MOSFET的漏極并聯(lián)一起作為一個輸出端，兩個MOSFET的源極分別連接到單體選擇電路的兩個公共輸出端上；第二組的兩個MOSFET的源極并聯(lián)一起作為一個輸出端，兩個MOSFET的漏極分別連接到單體選擇電路的兩個公共輸出端。在基于超級電容器的單體電池間充放電主動均衡電路中，換向電路的兩個輸出端分別連接到超級電容器的正極和負(fù)極。在電池模塊、單體電池和外部電源間充放電主動均衡電路中，換向電路的兩個輸出端與電壓均衡電路的一個副邊電路相連。電壓均衡電路的副邊電路是由一個MOSFET和變壓器的副邊繞組串聯(lián)組成。電池管理系統(tǒng)的控制單元通過控制相應(yīng)MOSFET的通斷，通過單體電池選擇電路選擇需要均衡的單體電池，通過換向電路使需要均衡的單體電池的正負(fù)極與超級電容器或電壓均衡電路的正負(fù)極極性相同。電壓均衡電路包括變壓器和MOSFET，電壓均衡電路的原邊電路由外部電源或電池模塊與一個MOSFET和變壓器的一個繞組串聯(lián)組成，副邊電路由對應(yīng)的變壓器繞組和一個MOSFET串聯(lián)組成，超級電容器的兩端就是均衡電路輸出端。電壓均衡電路可以實現(xiàn)能量的雙向交換，即可以實現(xiàn)電池單體的充放電雙向均衡。所述的MOSFET均由電池管理系統(tǒng)的控制單元控制開斷。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)的優(yōu)點和積極效果在于：1)本專利技術(shù)提供的鋰離子動力電池充放電主動均衡電路均衡過程簡單可靠，易于控制；2)本專利技術(shù)提供的鋰離子動力電池充放電主動均衡電路利用既可以用外部電源或電池模塊對單體電池進行均衡，也可以是同一電池模塊的單體電池間利用超級電容進行充放電均衡；3)本專利技術(shù)提供的鋰離子動力電池充放電主動均衡電路可以實現(xiàn)外部電源對電池模塊進行充放電主動均衡管理；4)本專利技術(shù)提供的鋰離子動力電池充放電主動均衡電路的主動均衡過程快速、高效，能夠有效管理電池充放電狀態(tài)，進而延長電池壽命。附圖說明圖1是基于超級電容器的單體電池間充放電主動均衡電路；圖2是電池模塊、單體電池和外部電源間充放電主動均衡電路；圖3是本專利技術(shù)均衡電路單體電池向超級電容器放電時的等效電路圖；圖4是本專利技術(shù)均衡電路超級電容器向單體電池充電時的等效電路圖；圖5是本專利技術(shù)均衡電路單體電池向電池模塊放電時的等效電路圖；圖6是本專利技術(shù)均衡電路電池模塊向單體電池充電時的等效電路圖；圖7是本專利技術(shù)均衡電路單體電池向外部電源放電時的等效電路圖；圖8是本專利技術(shù)均衡電路外部電源向單體電池充電時的等效電路圖；圖9是本專利技術(shù)均衡電路外部電源向電池模塊充電時的等效電路圖；圖10是本專利技術(shù)均衡電路電池模塊向外部電源放電時的等效電路圖。圖中：101-超級電容器；102-換向電路；103-單體電池選擇電路；104-電池模塊；105-電壓采集模塊；106-單體電池；107-電壓均衡電路；108-外部電源；109-變壓器；2-MOSFET具體實施方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的技術(shù)方案進行詳細(xì)說明。本專利技術(shù)提供一種鋰離子動力電池充放電主動均衡電路，包括基于超級電容器的單體電池間充放電主動均衡電路和電池模塊、單體電池和外部電源間充放電主動均衡電路兩部分。基于超級電容器的單體電池間充放電主動均衡電路，如圖1所示，包括超級電容器101、換向電路102、單體電池選擇電路103、電池模塊104和電壓采集模塊105。電池模塊、單體電池和外部電源間充放電主動均衡電路如圖2所示，包括換向電路102、單體電池選擇電路103、電壓采集模塊105、電壓均衡電路107、電池模塊104以及外部電源108。圖1中，電壓采集模塊105用于實時采集某電池模塊104中各單體電池的電壓，與各個單體電池106相連接，將采集得到的電壓數(shù)據(jù)發(fā)送給電池管理系統(tǒng)的控制單元。單體電池選擇電路103用于選擇將要進行電壓均衡的單體電池106，換向電路102使單體電池選擇電路103的輸出端極性與超級電容器101的極性一致，從而進行單體電池106的電壓均衡管理。在本專利技術(shù)電路中，MOSFE本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種鋰離子動力電池組充放電主動均衡電路，其特征在于，包括基于超級電容器的單體電池間充放電主動均衡電路，以及電池模塊、單體電池和外部電源間充放電主動均衡電路；基于超級電容器的單體電池間充放電主動均衡電路包括電壓采集模塊、單體電池選擇電路、換向電路和超級電容器；電池模塊、單體電池和外部電源間充放電主動均衡電路包括電壓采集模塊、單體電池選擇電路、換向電路和電壓均衡電路；電壓采集模塊連接各個單體電池，實時采集單體電池電壓，發(fā)送給電池管理系統(tǒng)的控制單元；單體電池選擇電路包括N+1條并聯(lián)的支路，其中，奇數(shù)支路的輸出端并聯(lián)一起作為一個公共輸出端，偶數(shù)支路的輸出端并聯(lián)一起作為一個公共輸出端；每條支路上串聯(lián)兩個MOSFET，且兩個MOSFET并聯(lián)的二極管反向串聯(lián)，每個單體電池的正極和負(fù)極均串聯(lián)有一條支路，N為單體電池的個數(shù)；換向電路包括4個MOSFET，2個MOSFET分為一組；第一組的兩個MOSFET的漏極并聯(lián)一起作為一個輸出端，兩個MOSFET的源極分別連接到單體選擇電路的兩個公共輸出端上；第二組的兩個MOSFET的源極并聯(lián)一起作為一個輸出端，兩個MOSFET的漏極分別連接到單體選擇電路的兩個公共輸出端；在基于超級電容器的單體電池間充放電主動均衡電路中，換向電路的兩個輸出端分別連接到超級電容器的正極和負(fù)極；在電池模塊、單體電池和外部電源間充放電主動均衡電路中，換向電路的兩個輸出端與電壓均衡電路的一個副邊電路相連；電壓均衡電路包括變壓器和MOSFET，電壓均衡電路的原邊電路由外部電源或電池模塊與一個MOSFET和變壓器的一個繞組串聯(lián)組成，副邊電路由對應(yīng)的變壓器繞組和一個MOSFET串聯(lián)組成；超級電容器的兩端就是電壓均衡電路的輸出端；電池管理系統(tǒng)的控制單元通過控制相應(yīng)MOSFET的通斷，通過單體電池選擇電路選擇需要均衡的單體電池，通過換向電路使需要均衡的單體電池的正負(fù)極與超級電容器或電壓均衡電路的正負(fù)極極性相同。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋰離子動力電池組充放電主動均衡電路，其特征在于，包括基于超級電容器的
單體電池間充放電主動均衡電路，以及電池模塊、單體電池和外部電源間充放電主動均衡
電路；
基于超級電容器的單體電池間充放電主動均衡電路包括電壓采集模塊、單體電池選擇
電路、換向電路和超級電容器；電池模塊、單體電池和外部電源間充放電主動均衡電路包括
電壓采集模塊、單體電池選擇電路、換向電路和電壓均衡電路；
電壓采集模塊連接各個單體電池，實時采集單體電池電壓，發(fā)送給電池管理系統(tǒng)的控
制單元；單體電池選擇電路包括N+1條并聯(lián)的支路，其中，奇數(shù)支路的輸出端并聯(lián)一起作為
一個公共輸出端，偶數(shù)支路的輸出端并聯(lián)一起作為一個公共輸出端；每條支路上串聯(lián)兩個
MOSFET，且兩個MOSFET并聯(lián)的二極管反向串聯(lián)，每個單體電池的正極和負(fù)極均串聯(lián)有一條
支路，N為單體電池的個數(shù)；
換向電路包括4個MOSFET，2個MOSFET分為一組；第一組的兩個MOSFET的漏極并聯(lián)一起
作為一個輸出端，兩個MOSFET的源極分別連接到單體選擇電路的兩個公共輸出端上；第二
組的兩個MOSFET的源極并聯(lián)一起作為一個輸出端，兩個MOSFET的漏極分別連接到單體選擇
電路的兩個公共輸出端；在基于超級電容器的單體電池間充放電主動均衡電路中，換向電
路的兩個輸出端分別連接到超級電容器的正極和負(fù)極；在電池模塊、單體電池和外部電源
間充放電主動均衡電路中，換向電路的兩個輸出端與電壓均衡電路的一個副邊電路相連；
電壓均衡電路包括變壓器和MOSFET，電壓均衡電路的原邊電路由外部電源或電池模塊
與一個MOSFET和變壓器的一個繞組串聯(lián)組成，副邊電路由對應(yīng)的變壓器繞組和一個MOSFET
串聯(lián)組成；超級電容器的兩端就是電壓均衡電路的輸出端；
電池管理系統(tǒng)的控制單...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊世春，楊海圣，崔海港，石金蓬，孫康風(fēng)，
申請(專利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11