CN105826992A - 一种锂离子电池的主动均衡系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池的主动均衡系统。通过实时采集串联的锂离子电池组各电芯电压，在充电过程中当某一节电芯电压高于主动均衡上限电压时，将该节电芯的充电电流分流一部分出来通过DC/DC升压电路变换后对电压最低的那一节电芯进行充电，实现从最高电压电芯向最低电压电芯的能量输送，让整个电池包能充进更多的电量；在放电过程中当某一节电芯电压低于主动均衡下限电压时，通过DC/DC降压电路将整个电池组的能量变换后并联到最低电压的电芯上，这样可以分担该电芯的一部分放电电流以减缓该电芯的电压下降速度，让整个电池包能放出更多的电量；通过上述方法实现高达几十安培的主动均衡电流，大大的提高电池组的使用寿命。

Description

一种锂离子电池的主动均衡系统
技术领域
本发明属于锂离子电池管理系统领域，涉及一种锂离子电池的主动均衡系统。
背景技术
锂离子电池组在实际应用中一般采用串联方式连接以达到需要的工作电压,由于单体锂离子电池在生产过程中的个体差异使得其内阻、电压、初始容量等方面不可能完全相同，所以在使用过程中不可避免的会发生个别单体锂离子电池的容量比其他锂离子电池都高或低的情况，所以在充电过程中，当电量最高的单体电池电压上升到上限时为了保护该单体电池不发生过充情况必须停止整个电池组的充电，而在放电过程中,当电量最低的单体电池电压降到下限时为了保护该单体电池不发生过放情况必须停止整个电池组的放电；这样一来锂离子电池组实际放出的容量是就取决于容量最小的那块单体电池。因此在锂离子电池间的不均衡性严重影响到锂离子电池组的实际使用效果，如果不进行均衡控制则电池组无法工作在最佳状态，而一套高效的主动均衡系统可以在很大程度上提升锂离子电池组的荷电状态（SOC）。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池组的主动均衡系统，该方法实时采集锂离子电池组各电芯电压，在放电过程中当某一节电芯电压低于主动均衡下限电压时，通过DC/DC电路将整个电池组的能量变换后并联到需要均衡的电芯上，这样可以分担该电芯的一部分放电电流以减缓该电芯的电压下降速度，甚至可以对该电芯进行充电；在充电过程中当某一节电芯电压高于主动均衡上限电压时，将该节电芯的充电电流分流出来通过DC/DC电路变换后对整个电池组中电压最低的那节电芯进行充电以减缓该电芯的电压上升速度。
为实现上述的目的，本发明所采用的技术方案是：
一种锂离子电池的主动均衡系统，该主动均衡电路由电池组（1）、降压矩阵切换电路（2）、升压矩阵切换电路（3）、隔离的DC/DC降压电路（4）、隔离的升压DC/DC电路（5）组成；隔离的DC/DC降压电路（4）的输入端连接到电池组（1）总电压，输出端连接到降压矩阵切换电路（2），降压矩阵切换电路（2）的另一端连接到电池组（1）的每一节电芯；隔离的DC/DC升压电路（5）的输入端连接到升压矩阵切换电路（3），输出端连接到降压矩阵切换电路（2）；升压矩阵切换电路（3）一端跟隔离的DC/DC升压电路（5）相连，另一端跟隔离的DC/DC升压电路（5）相连；电池组（1）的每一节电芯既与降压矩阵切换电路（2）相连，同时又与升压矩阵切换电路（3）相连；
隔离的DC/DC降压电路在低压侧可以输出10A以上的电流，隔离的升压DC/DC电路在输入侧可以吸收10A以上的电流，通过矩阵电路切换可以实现放电主动均衡也就是将整个电池组的能量注入任意一节电芯，也可以实现充电主动均衡也就是将任意一节电芯的能量转移给整个电池组中电压最低的那节电芯。
其中放电主动均衡实现方法如下：
步骤1：电池组放电状态下检测到某一节电芯电压低于主动均衡下限电压，启动放电主动均衡程序；
步骤2：降压矩阵切换电路将隔离的DC/DC降压电路的输入端连接到电池组总电压，输出端连接到需均衡的电芯；
步骤3：启动隔离的DC/DC降压电路，使其工作在恒流工况，将整个电池组的能量以一定的均衡电流值并联至被均衡电芯两端；
步骤4：当整个电池组的电芯电压都降至主动均衡下限电压，停止放电主动均衡程序，此时保护板也切断了放电回路。
充电主动均衡实现方法如下：
步骤1：电池组充电状态下检测到某一节电芯电压高于主动均衡上限电压，启动充电主动均衡程序；
步骤2：升压矩阵切换电路将隔离的DC/DC升压电路的输入端连接到需均衡的电芯，输出端连接到降压矩阵切换电路，并通过降压矩阵切换电路连接到电池组中电压最低的那节电芯；
步骤3：启动隔离的DC/DC升压电路，使其工作在恒流工况，将被均衡电芯的能量以一定的均衡电流值注入到整个电池组中电压最低的那节电芯；
步骤4：当整个电池组的电芯电压都升至主动均衡上限电压，停止充电主动均衡程序，此时保护板也切断了充电回路。
这种锂离子电池的主动均衡系统在电池组正常充放电过程中只有当电芯电压达到主动均衡触发条件时主动均衡电路才会工作，否则主动均衡电路不工作。
本发明的有益效果是：
通过上述方法可以高效的实现对电池组的主动均衡，均衡电流的大小主要取决于DC/DC升压电路和DC/DC降压电路的最大工作电流，可以很容易做到几十安培，通过这种主动均衡系统可以很好的确保电池组的荷电状态（SOC）和电池健康度（SOH）,大大的提高电池组的使用寿命。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是本发明的原理结构图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
图1中可以看到该主动均衡电路由电池组（1）、降压矩阵切换电路（2）、升压矩阵切换电路（3）、隔离的DC/DC降压电路（4）、隔离的升压DC/DC电路（5）组成；隔离的DC/DC降压电路（4）的输入端连接到电池组（1）总电压，输出端连接到降压矩阵切换电路（2），降压矩阵切换电路（2）的另一端连接到电池组（1）的每一节电芯；隔离的DC/DC升压电路（5）的输入端连接到升压矩阵切换电路（3），输出端连接到降压矩阵切换电路（2）；升压矩阵切换电路（3）一端跟隔离的DC/DC升压电路（5）相连，另一端跟隔离的DC/DC升压电路（5）相连；电池组（1）的每一节电芯既与降压矩阵切换电路（2）相连，同时又与升压矩阵切换电路（3）相连。
隔离的DC/DC降压电路在低压侧可以输出10A以上的电流，隔离的升压DC/DC电路在输入侧可以吸收10A以上的电流，通过矩阵电路切换可以实现放电主动均衡也就是将整个电池组的能量注入任意一节电芯，也可以实现充电主动均衡也就是将任意一节电芯的能量转移给整个电池组中电压最低的那节电芯。
其中放电主动均衡实现方法如下：
步骤1：电池组放电状态下检测到某一节电芯电压低于主动均衡下限电压，启动放电主动均衡程序；
步骤2：降压矩阵切换电路将隔离的DC/DC降压电路的输入端连接到电池组总电压，输出端连接到需均衡的电芯；
步骤3：启动隔离的DC/DC降压电路，使其工作在恒流工况，将整个电池组的能量以一定的均衡电流值并联至被均衡电芯两端；
步骤4：当整个电池组的电芯电压都降至主动均衡下限电压，停止放电主动均衡程序，此时保护板也切断了放电回路。
充电主动均衡实现方法如下：
步骤1：电池组充电状态下检测到某一节电芯电压高于主动均衡上限电压，启动充电主动均衡程序；
步骤2：升压矩阵切换电路将隔离的DC/DC升压电路的输入端连接到需均衡的电芯，输出端连接到降压矩阵切换电路，并通过降压矩阵切换电路连接到电池组中电压最低的那节电芯；
步骤3：启动隔离的DC/DC升压电路，使其工作在恒流工况，将被均衡电芯的能量以一定的均衡电流值注入到整个电池组中电压最低的那节电芯；
步骤4：当整个电池组的电芯电压都升至主动均衡上限电压，停止充电主动均衡程序，此时保护板也切断了充电回路。
这种锂离子电池的主动均衡系统在电池组正常充放电过程中只有当电芯电压达到主动均衡触发条件时主动均衡电路才会工作，否则主动均衡电路不工作。

Claims (4)

1.一种锂离子电池的主动均衡系统，所述的主动均衡电路由电池组（1）、降压矩阵切换电路（2）和升压矩阵切换电路（3）、隔离的DC/DC降压电路（4）、隔离的升压DC/DC电路（5）组成；隔离的DC/DC降压电路（4）的输入端连接到电池组（1）总电压，输出端连接到降压矩阵切换电路（2），降压矩阵切换电路（2）的另一端连接到电池组（1）的每一节电芯；隔离的DC/DC升压电路（5）的输入端连接到升压矩阵切换电路（3），输出端连接到降压矩阵切换电路（2）；升压矩阵切换电路（3）一端跟隔离的DC/DC升压电路（5）相连，另一端跟隔离的DC/DC升压电路（5）相连；电池组（1）的每一节电芯既与降压矩阵切换电路（2）相连，同时又与升压矩阵切换电路（3）相连；
其特征在于：隔离的DC/DC降压电路（4）在低压侧可以输出10A以上的电流，隔离的升压DC/DC电路（5）在输入侧可以吸收10A以上的电流；通过降压矩阵切换电路（2）可以实现放电主动均衡也就是将整个电池组（1）的能量通过DC/DC降压电路（4）注入任意一节电芯；通过升压矩阵切换电路（2）和降压矩阵切换电路（3）也可以实现充电主动均衡也就是将任意一节电芯的能量转移给另一节电芯。
2.放电主动均衡实现
步骤1：电池组（1）放电状态下检测到某一节电芯电压低于主动均衡下限电压，启动放电主动均衡程序；
步骤2：降压矩阵切换电路（2）将隔离的DC/DC降压电路（4）的输入端连接到电池组（1）总电压，输出端连接到需均衡的电芯；
步骤3：启动隔离的DC/DC降压电路（4），使其工作在恒流工况，将整个电池组（1）的能量以一定的均衡电流值并联至被均衡电芯两端；
步骤4：当整个电池组（1）的电芯电压都降至主动均衡下限电压，停止放电主动均衡程序，此时保护板也切断了放电回路。
3.充电主动均衡实现
步骤1：电池组（1）充电状态下检测到某一节电芯电压高于主动均衡上限电压，启动充电主动均衡程序；
步骤2：升压矩阵切换电路（3）将隔离的DC/DC升压电路（5）的输入端连接到需均衡的电芯，输出端连接到降压矩阵切换电路（2），降压矩阵切换电路（2）将自身的输入端切换至电池组（1）中电压最低的电芯；
步骤3：启动隔离的DC/DC升压电路（5），使其工作在恒流工况，将被均衡电芯的能量以一定的均衡电流值注入到整个电池组（1）；
步骤4：当整个电池组（1）的电芯电压都升至主动均衡上限电压，停止充电主动均衡程序，此时保护板也切断了充电回路。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的主动均衡系统，其特征在于在电池组（1）正常充放电过程中只有当电芯电压达到主动均衡触发条件时主动均衡电路才会工作，否则主动均衡电路不工作。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110518667A (zh) * 2019-09-05 2019-11-29 山东省科学院自动化研究所 一种梯次利用电池并联系统及其控制方法
CN113650527A (zh) * 2021-08-26 2021-11-16 东风柳州汽车有限公司 动力电池电压均衡方法、装置、设备及存储介质

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