CN102891519A - 一种电池组均衡电路 - Google Patents

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张翼
胡联庆
时兆娟
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SHANGHAI BALANCE POWER TECHNOLOGY CO LTD
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SHANGHAI BALANCE POWER TECHNOLOGY CO LTD
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Abstract

本发明属于电池组均衡技术领域,涉及一种电池组均衡电路,其特征在于:n个双向DC/DC模块与所述电池单元一一对应,并将均衡母线与电池组母线完全分离;电池组管理系统分别通过控制信号电路与每一个双向DC/DC模块连接,并控制相应的双向DC/DC模块,实现对应的电池单元和均衡母线之间的电能双向转移操作,及电池单元的充电或放电。优点在于:均衡母线与电池组直流母线完全分离,因此均衡母线的电压完全不受电池组工作电压的影响,双向DC/DC模块能够工作在固定的电压差别倍数条件下,实现系统的效率、可靠性、成本的综合最优;系统通用性非常强,有利于批量化、规模化生产,降低产品成本,提高可靠性。

Description

—种电池组均衡电路
技术领域
[0001] 本发明属于电池组均衡技术领域,具体涉及一种用于串联电池组电量均衡的电路,特别涉及动力电池组的非能耗实时均衡电路。
背景技术
[0002] 随着大容量密度、高功率密度蓄电池的应用越来越普遍,电池组的均衡技术成为电池管理系统的主要任务。目前应用最多的铅酸蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子蓄电池,由于生产过程的差异,使用过程的性能变化和其他一些因素,都存在无法完全消除的单元电池之间的不一致现象。 [0003] 当电池组应用于像电动车辆等需要频繁充放电循环的场合时,为了得到足够的系统电压,需要通过电池组的串联提高供电电压。串联连接的电池单元之间的不均衡,会降低整个电池组的有效容量,放电时只能放到容量最小的电池单元的下限,否则容量最小的电池单元会出现极性反转。串联充电时,电池组中单元容量最小的电池首先充满。如果此时停止充电,则整个电池组无法充满,电池组的容量不能得到有效利用;如果继续充电则部分电池单元会出现过充。铅酸蓄电池虽然可以允许一定范围的过充,但必然产生能量浪费,降低充电效率。锂离子电池不允许过充,因此电池组的均衡更为重要。
[0004]目前,串联蓄电池组的均衡主要分为被动均衡和主动均衡。被动均衡是将电量高的电池单元的电量通过电阻转换成热量消耗掉,达到电池组均衡的目的。这种方法结构简单、成本低,在小容量、低功率的场合应用较多。但在大容量电池组的均衡场合,均衡时产生大量热量的同时,会降低电池组的充电效率。
[0005] 主动均衡的工作原理是通过合理转移电池单元的电能,实现电池组的均衡。很明显,主动均衡理论上只是转移电能,不产生或产生很少热量,具有均衡速度快,效率高的优点。目前,电池单元的电能转移一般采用两种方法:一是直流母线转移法,通过隔离型DC/ DC模块,将电池组直流母线的电压降压泵入电池单元或将电池单元的电能升压后泵入电池组直流母线,通过电池单元与电池组直流母线之间的电能交换实现均衡,其主要缺点是电池单元电压与电池组母线电压相差过大,特别是对于工作电压几百伏的高压电池组,上述电压相差几百倍,使得两者之间的电能转移电路的设计难度非常大,效率和成本也很难满足要求。同时,不同电压等级的电池组,需要设计不同的电路参数,降低了主动均衡电路的通用性,不利于批量生产,降低成本。二是通过电池单元间的电能平衡电路逐级转移。逐级转移法虽然相邻电池单元之间的电能转移不受总电压的影响,但是电池组串联级数多时,电能转换次数多,能量损失大,均衡效率低。同时由于电能是逐级传递,如果一个模块出现故障,则整个系统的均衡效果会显著降低,系统的可靠性差。因此,为有效解决锂电池组的一致性问题,有力推动锂电池在电动汽车、大容量储能等领域的应用,寻求一种大容量串联锂电池组通用性强、快速、高效、结构简单、成本低廉的均衡电路是业内科技人员努力的目标。发明内容
[0006] 本发明的目的是:为有效解决大容量串联锂电池组的一致性问题,提供一种通用性强、快速、高效、结构简单、成本低廉的电池组均衡电路。
[0007] 为达到上述目的,釆用的技术方案是:一种电池组均衡电路,包括电池管理系统、正极均衡母线、负极均衡母线、正极电池组母线、负极电池组母线、η个电池单元和η个双向DC/DC模块,其特征在于:所述η个电池单元相互串联连接构成的电池组,每个所述双向DC/DC模块与所述电池单元一一对应,所述双向DC/DC模块的一端分别 连接对应电池单元的正极和负极,另一端分别连接所述正极均衡母线和负极均衡母线;电池组管理系统分别通过控制信号电路与每一个双向DC/DC模块连接,并控制相应的双向DC/DC模块,实现电池组的非能耗均衡。
[0008] 所述双向DC/DC模块受电池组管理系统控制,电能选择性地从一端到另一端或反方向的DC/DC变换,实现对应的电池单元和均衡母线之间的电能双向转移操作,及电池单元的充电或放电。
[0009] 与现有其他电池组主动均衡技术相比,本发明所公开的电路具有以下明显优点:由于均衡母线与电池组直流母线完全分离,因此均衡母线的电压完全不受电池组工作电压的影响,可以根据双向DC/DC模块的需要进行最优化确定均衡母线电压,使得双向DC/DC模块的两端工作电压更好满足特定电能转移电路的需求,双向DC/DC模块能够工作在固定的电压差别倍数条件下,实现系统的效率、可靠性、成本的综合最优化。同时,均衡母线与电池组直流母线完全分离后,均衡系统的主要设计参数不再受到电池组工作电压或串联级数的影响,使得电池组均衡系统可更好地实现通用化设计,有利于批量化、规模化生产,降低产品成本,提闻可罪性。
附图说明
[0010] 以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
[0011] 图I是本发明的原理方框图;
具体实施方式
[0012] 图I是本发明的原理方框图,由图I所示可见,本发明一种电池组均衡电路,包括电池管理系统、正极均衡母线、负极均衡母线、正极电池组母线、负极电池组母线、η个电池单元、η个双向DC/DC模块,其特征在于所述η个电池单元(BI、Bn_x、Bn)相互串联连接构
成的电池组,每个所述双向DC/DC模块(ΜΙ、Μη-χ、Mn)与所述电池单元(BI、Bn_x、Bn)--
对应,所述双向DC/DC模块的一端分别连接对应电池单元的正极和负极,另一端分别连接所述正极均衡母线和负极均衡母线;双向DC/DC模块将均衡母线与电池组母线完全分离;电池组管理系统分别通过控制信号电路控制每一个双向DC/DC模块,实现对应的电池单元和均衡母线之间的电能双向转移操作,及电池单元的充电或放电。
[0013] 均衡模式I :电池组管理系统根据电池组状态数据和预订算法确定每个电池单元的均衡策略。例如图I中,电池单元BI需要放电,电池单元Bn-X保持不变,电池单元Bn需要充电。则电池管理系统分别通过控制信号电路给双向DC/DC模块Ml发出放电指令,双向DC/DC模块Μη-χ发出停止指令,双向DC/DC模块Mn发出充电指令。双向DC/DC模块Ml、Μη-χ、Mn分别执行放电、停止、充电操作。电能的转移状态是电池单元BI的电能通过双向DC/DC模块Ml转移到均衡母线上,然后通过均衡母线转移到双向DC/DC模块Mn,通过双向DC/DC模块Mn转移到电池单元Bn。电池单元Bn_x的电能保持不动。则三个电池单元逐渐
趋于一致。
[0014] 均衡模式2 :电池组管理系统根据电池组状态数据和预订算法确定每个电池单元的均衡策略。例如图I中,电池单元BI、Bn状态一致,电池单元Bn-x需要放电。由于本发明中,均衡母线与电池组直流母线完全隔离,电池电元的电能不能直接与电池组直流母线交换,因此电池管理系统分别通过控制信号电路给双向DC/DC模块Ml、Mn发出充电指令,双向DC/DC模块Μη-χ发出放电指令。双向DC/DC模块Ml、Mn_x、Mn分别执行充电、放电、充电操作。电能的转移状态是电池单元Bn-x的电能通过双向DC/DC模块Μη-χ转移到均衡母线上,然后通过均衡母线转移到双向DC/DC模块Ml、Mn,通过双向DC/DC模块Ml、Mn转移到电池单元BI、Bn。则三个电池单元逐渐趋于一致。
[0015] 上述两种均衡模式仅是举例,电池组的其他均衡模式可以以此类推。尽管本发明已经结合附图和实施例进行了详细描述,但是应当理解本发明不受在此公开的具体说明的限制,对于本领域的专业技术人员任何显而易见的改变或者等同替代都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1. 一种电池组均衡电路,包括电池管理系统、正极均衡母线、负极均衡母线、正极电池组母线、负极电池组母线、η个电池单元和η个双向DC/DC模块,其特征在于:所述η个电池单元相互串联连接构成的电池组,每个所述双向DC/DC模块与所述电池单元--对应,所述双向DC/DC模块的一端分别连接对应电池单元的正极和负极,另一端分别连接所述正极均衡母线和负极均衡母线;电池组管理系统分别通过控制信号电路与每一个双向DC/DC模块连接,并控制相应的双向DC/DC模块,实现电池组的非能耗均衡。
2.根据权利要求I所述一种电池组均衡电路,其特征在于:所述双向DC/DC模块受电池组管理系统控制,电能选择性地从一端到另一端或反方向的DC/DC变换,实现对应的电池单元和均衡母线之间的电能双向转移操作,及电池单元的充电或放电。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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