CN108134428A - 一种主被动结合升压电池均衡电路 - Google Patents

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高明裕
叶健
田丽永
何志伟
苏开宇
邓邹超
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits

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Abstract

本发明公开了一种主被动结合升压电池均衡电路；均衡电路包括m个串联的电池组和m个与之对应的电池均衡单元。所述电池均衡单元包括组内被动均衡电路和主动均衡变压器。本发明在被动均衡的基础上增加了电池组间主动均衡电路。可以对电量较高的电池组进行快速的能量调整。在面对多节电池串联的电池均衡场景下，也能达到较高的均衡效率。有效提升了均衡时间、节约了电池能量。

Description

一种主被动结合升压电池均衡电路
技术领域
本发明属于电池管理技术领域，具体设计到一种主被动结合升压电池均衡电路。
技术背景
在电池管理系统中，需要对串联的电池组能量进行管理。电池均衡电路通过对电池能量的干预实现电池能量的均衡，可以提高电池组的可用容量。通过能量耗散实现串联电池间能量均衡的电路称为电池主动均衡电路。被动均衡通常使用电阻对多能量较高的电池进行放电。通过能量转移实现串联电池间能量均衡的电路称为电池主动均衡电路。主动均衡电路通过电容或电感等器件作为中间能量载体，从而实现能量搬移功能。
电池主动均衡将能量直接通过电阻放掉，结构简单但造成了能量的浪费。主动均衡电路结构较为复杂、成本较高，但可以实现电池能量的回收利用。因此电池均衡电路需要在控制系统复杂度、节约成本的同时提高电池能量的回收比例。
发明内容
本发明结合主动均衡和被动均衡，提出了一种主被动结合升压电池均衡电路。
一种主被动结合升压电池均衡电路,其特征在于：包括串联电池包和均衡单元；所述串联电池包由m*n个电池串联而成，包括m个电池组，每个电池组由n节电池串联而成；所述均衡单元与m个电池组一一对应；所述每个均衡单元包括n个均衡电阻、n个MOS管、1个DC/DC变换器和均衡控制电路；每个DC/DC变换器包括一个变压器、一个二极管和一个MOS管；
一个均衡单元中每个电池正极与一个均衡电阻的一端连接，均衡电阻另一端与第一MOS管的漏极连接，第一MOS管的源极与电池的负极连接；每个变压器的原边的一端与一个二极管的正极连接，二极管的负极与电池包母线的正极连接，变压器原边的另一端与电池包母线的负极连接，变压器副边的一端与该均衡单元对应的电池组的正极连接，变压器副边的另一端与第二MOS管源极连接，第二MOS管的漏极与该均衡单元对应的电池组负极连接；所有MOS管的栅极接均衡控制电路。
进一步地，所述DC/DC变换器采用隔离反激式升压电路。
进一步地，所述均衡单元内设有PWM调制脉冲输出模块。
与现有电池均衡电路相比，本发明的有益效果如下：本发明在现有被动均衡的基础上添加了主动均衡电路。本发明不仅可以完成电量差异较小的被动均衡，当电池电量差异较大的时候，也可以实现大功率主动均衡。有效地提高了电池均衡的灵活性、提高电池均衡的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示的电池均衡电路分为串联电池包、均衡单元。本实施例串联电池包由m*n个电池组串联而成，分为电池组1、电池组2、……、电池组m，所述电池组由n节电池串联而成。所述均衡单元与m个电池组一一对应。所述均衡单元包括n个均衡电阻、1个DC/DC变换器、及均衡控制电路。n个均衡电阻分别与电池组n个电池一一对应。DC/DC变换器原边与电池组并联，副边与电池包母线正负端相连接。
进一步地，本实施例均衡电阻R1_1与MOS管Q1_1漏极相连接，Q1_1源极连接到单体电池之间的节点处，栅极与PWM1_1控制信号相连接，R1_n与Q1_n采用类似连接方式。所述变压器T1与MOS管Qt_1漏极相连接，源极与电池包串联节点相连接，Qt_1栅极与PWMt_1控制信号相连接。变压器T1副边输出与二极管D1串联后连接到电池母线。
本实施例中，DC/DC变换器采用隔离反激式电路。
本实施例中，均衡单元内设有PWM调制脉冲输出模块。
本发明通过电池管理芯片输出PWM调制脉冲驱动Qt_1导通和关闭从而控制电池被动均衡电流的大小。
本发明使用MCU控制器通过其内部的PWM调制脉冲输出模块输出PWM波，通过MOS驱动芯片驱动Qt_1的导通和截止，从而实现电池组向整个电池包充电。
本发明不仅可以实现单体电池的被动均衡。当电池组之间电量差异较大的时候，对应的管理单元的主动均衡电路可以开启对较高电量的电池组进行大电流放电。电池组放出的能量通过变压器副边给整个电池包充电。其中可以通过控制MOS管Qt_1的导通时间从而控制主动均衡电流的大小。
本发明可以实现电池组的主被动混合均衡。当单体能量差异较小的时候，均衡单元内控制电路输出PWM波驱动能量较高电池对应的MOS导通，电池能量通过电阻释放，从而实现电池组能量的被动均衡。如：当电池B1_1能量较高的时候，驱动电路输出PWM波PWM1_1驱动MOS管Q1_1导通，电池能量通过电阻R1_1释放。本发明不仅可以对电池进行被动均衡，而且可以对能量较高的电池组进行主动均衡。当存在能量较高的电池组的时候，电池组对应均衡单元内的控制电路输出PWM驱动MOS管使升压变压器工作。电池组通过升压变压器给整个电池包充电，从而实现高效率的主动均衡。如：当电池组1能量较高的时候，均衡单元1内控制电路输出PWMt_1驱动变压器工作。电池组1的能量通过变压器升压后给整个电池包充电。
本发明突破了主动均衡电路结构复杂，难以应用于大量单体电池串联的场景的限制。提高了多电池串联电池组的均衡效率，能够快速地达到均衡的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种主被动结合升压电池均衡电路,其特征在于：包括串联电池包和均衡单元；所述串联电池包由m*n个电池串联而成，包括m个电池组，每个电池组由n节电池串联而成；所述均衡单元与m个电池组一一对应；所述每个均衡单元包括n个均衡电阻、n个MOS管、1个DC/DC变换器和均衡控制电路；每个DC/DC变换器包括一个变压器、一个二极管和一个MOS管；
一个均衡单元中每个电池正极与一个均衡电阻的一端连接，均衡电阻另一端与第一MOS管的漏极连接，第一MOS管的源极与电池的负极连接；每个变压器的原边的一端与一个二极管的正极连接，二极管的负极与电池包母线的正极连接，变压器原边的另一端与电池包母线的负极连接，变压器副边的一端与该均衡单元对应的电池组的正极连接，变压器副边的另一端与第二MOS管源极连接，第二MOS管的漏极与该均衡单元对应的电池组负极连接；所有MOS管的栅极接均衡控制电路。
2.如权利要求1所述一种主被动结合升压电池均衡电路，其特征在于：所述DC/DC变换器采用隔离升压反激式电路。
3.如权利要求1如权利要求1所述一种主被动结合升压电池均衡电路，其特征在于：所述的均衡单元内设有PWM调制脉冲输出模块。
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