CN108275012A - 带有均衡电源的主动均衡电路 - Google Patents

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纪锋
廖力
徐元中
常春
王鹿军
谢建武
石肖
高媚
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Abstract

本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种带有均衡电源的主动均衡电路，包括：电动汽车能量母线、储能电池组、开关阵列、双向DC‑DC变换器、均衡电源、均衡电池组和升压变换器，储能电池组与电动汽车能量母线相连，各储能电池组与对应的开关阵列相连，开关阵列与双向DC‑DC变换器相连，双向DC‑DC变换器与均衡电池组相连，各均衡电池组串联组成均衡电源，均衡电源通过升压变换器与电动汽车能量母线相连。利用开关阵列与双向DC‑DC变换器的能量双向流动，配合均衡电池组，可以实现电池组内任意电池均衡，而且由于元器件的减少，还可以提高均衡效率，延长储能电池组使用寿命，提高电动汽车运行可靠性，实现均衡电源的多重利用。

Description

带有均衡电源的主动均衡电路
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种带有均衡电源的主动均衡电路。
背景技术
在电动汽车电池组中，需要将大量单体电池串并联以提高电池组电压和容量，满足电动汽车需求。但是电池在生产过程中无法保证其参数的一致性，而且在使用过程中各单体电池工作环境有所差异，这会导致单体电池之间差异越来越大，以至于减少电池组的可用容量，降低其使用寿命。使用均衡电路可以很好地解决这一问题。
目前均衡电路分为能量耗散型的被动均衡和能量转移型的主动均衡，由于采用主动均衡电路能够实现电池组容量的最大化利用，故其是未来电池均衡电路的主要发展方向。但是主动均衡电路有成本高，控制麻烦等亟待解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种带有均衡电源的主动均衡电路，在实现主动均衡电路功能的同时，减少元器件的数目，从而降低成本，增加系统的可靠性。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：带有均衡电源的主动均衡电路，其特征在于，包括：电动汽车能量母线、储能电池组、开关阵列、双向DC-DC变换器、均衡电源、均衡电池组和升压变换器，储能电池组与电动汽车能量母线相连，各储能电池组与对应的开关阵列相连，开关阵列与双向DC-DC变换器相连，双向DC-DC变换器与均衡电池组相连，各均衡电池组串联组成均衡电源，均衡电源通过升压变换器与电动汽车能量母线相连。
进一步地，所述开关阵列：对于N节电池，需要使用N+5个开关：分为两组，第一组有N+1个开关，除首尾开关外，其余开关分别与对应的单体电池负极以及下一节单体电池正极相连；第二组中四个开关分为两组，每组两个开关，分别与双向DC-DC变换器相连，每组开关与双向DC-DC变换器所连极性相反。
进一步地，所述双向DC-DC变换器能够实现能量在均衡电池组与该组储能电池组中单体电池之间双向流动。
进一步地，当储能电池组中奇数号的单体电池电量过高，开关阵列中控制对应单体电池正负极的开关以及第二组四个开关中的其中一组的两个开关闭合，双向DC-DC变换器收到相应控制信号工作于升压模式，将储能电池组中对应的单体电池电量转移到均衡电池组中；当储能电池组中偶数号的单体电池电量过低时，开关阵列中控制对应单体电池的正负极开关以及第二组四个开关中的另外一组的两个开关闭合，双向DC-DC变换器收到相应信号工作于降压模式，将均衡电源中的电量转移到储能电池组中对应的单体电池中。
进一步地，所述均衡电池组为与储能电池组同型号或相似型号的单体电池串联组成。
进一步地，所述均衡电池组为两节与所述储能电池组单体电池相似或相同型号的单体电池串联组成。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
(1)利用开关阵列与双向DC-DC变换器的能量双向流动，配合均衡电池组，可以实现电池组内任意电池均衡；
(2)而且由于元器件的减少，还可以提高均衡效率；
(3)所附带的均衡电源还可以在当电动汽车处于爬坡，加速等需要大功率情形时，或其中某组储能电池组因损坏退出运行时，通过升压变换器为能量母线提供电量，这有利于延长储能电池组使用寿命，提高电动汽车运行可靠性，实现均衡电源的多重利用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1是本发明的主动均衡电路的整体结构示意图。
图2是储能电池组均衡示意图。
图中：1.电动汽车能量母线，2.储能电池组，3.开关阵列，4.双向DC-DC变换器，5.均衡电源，6.均衡电池组，7.升压变换器。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所采用的带有均衡电源的主动均衡电路，包含电动汽车能量母线1，储能电池组2，开关阵列3，双向DC-DC变换器4，均衡电源5，均衡电池组6，升压变换器7。
所述各储能电池组2与电动汽车能量母线1相连，为电动汽车提供能量，各储能电池组2分别与其对应的开关阵列3相连，受开关阵列3控制，进行具有针对性地均衡。
所述开关阵列3包含N+5个开关，其中N为与所述开关阵列3相连的储能电池组2中单体电池数目。所述开关阵列3中开关分为两组，第一组有N+1个开关，第二组有四个开关，第一组开关中，除首尾开关与单个电池相连外，其余开关分别与某节单体电池负极以及下节单体电池正极相连接。第二组开关分为两组，每组两个，与双向DC-DC变换器4相连，每组开关与双向DC-DC变换器所连极性相反。
所述双向DC-DC变换器4与均衡电池组6相连，能够实现能量在均衡电池组6与该组储能电池组2中单体电池之间双向流动。
所述均衡电池组6与其余各组均衡电池组相连，组合成均衡电源5。均衡电池组6由与所述储能电池组单体电池相同或相似的单体电池组成。
由此带来的技术效果是：可以在使用N+5个开关和一个双向DC-DC电路与均衡电池组的情况下，实现储能电池组中任意单体电池的充放电均衡。
所述均衡电源5通过升压变换器7与电动汽车能量母线1相连。
图1中，正常情况下，各储能电池组2为电动汽车能量母线1提供电量，均衡电源5并不为电动汽车能量母线1供电。但当电动汽车处于爬坡，加速等需要大功率情形时，或其中某组储能电池组2因损坏退出运行时，均衡电源5通过升压变换器7为能量母线提供电量，这不仅仅可以延长储能电池组使用寿命，还可以提高电动汽车运行的可靠性。
图2中，假设储能电池组2中奇数号的单体电池电量过高，开关阵列3中控制对应单体电池正负极的开关以及开关S1和S4闭合，双向DC-DC变换器4收到相应控制信号工作于升压模式，将储能电池组2中对应的单体电池电量转移到均衡电池组6中。当储能电池组2中偶数号的单体电池电量过低时，开关阵列3中控制对应单体电池的正负极开关以及开关S2和S3闭合，双向DC-DC变换器收到相应信号工作于降压模式，将均衡电源6中的电量转移到储能电池组2中对应的单体电池中。
图2中均衡电池组6为与储能电池组2同型号或相似型号的单体电池串联组成。由于在一个循环周期内电池组所需均衡电量并不大，而且为防止双向DC-DC变换器4控制信号占空比处于过大或过小两个极端，推荐均衡电池组6为两节单体电池串联。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.带有均衡电源的主动均衡电路，其特征在于，包括：电动汽车能量母线、储能电池组、开关阵列、双向DC-DC变换器、均衡电源、均衡电池组和升压变换器，储能电池组与电动汽车能量母线相连，各储能电池组与对应的开关阵列相连，开关阵列与双向DC-DC变换器相连，双向DC-DC变换器与均衡电池组相连，各均衡电池组串联组成均衡电源，均衡电源通过升压变换器与电动汽车能量母线相连。
2.根据权利要求1所述的带有均衡电源的主动均衡电路，其特征在于，所述开关阵列：对于N节电池，需要使用N+5个开关：分为两组，第一组有N+1个开关，除首尾开关外，其余开关分别与对应的单体电池负极以及下一节单体电池正极相连；第二组中四个开关分为两组，每组两个开关，分别与双向DC-DC变换器相连，每组开关与双向DC-DC变换器所连极性相反。
3.根据权利要求1或2所述的带有均衡电源的主动均衡电路，其特征在于，所述双向DC-DC变换器能够实现能量在均衡电池组与该组储能电池组中单体电池之间双向流动。
4.根据权利要求3所述的带有均衡电源的主动均衡电路，其特征在于，当储能电池组中奇数号的单体电池电量过高，开关阵列中控制对应单体电池正负极的开关以及第二组四个开关中的其中一组的两个开关闭合，双向DC-DC变换器收到相应控制信号工作于升压模式，将储能电池组中对应的单体电池电量转移到均衡电池组中；当储能电池组中偶数号的单体电池电量过低时，开关阵列中控制对应单体电池的正负极开关以及第二组四个开关中的另外一组的两个开关闭合，双向DC-DC变换器收到相应信号工作于降压模式，将均衡电源中的电量转移到储能电池组中对应的单体电池中。
5.根据权利要求1所述的带有均衡电源的主动均衡电路，其特征在于，所述均衡电池组为与储能电池组同型号或相似型号的单体电池串联组成。
6.根据权利要求5所述的带有均衡电源的主动均衡电路，其特征在于，所述均衡电池组为两节与所述储能电池组单体电池相似或相同型号的单体电池串联组成。
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