CN108599296A - 一种基于Buck-Boost的主动均衡电路 - Google Patents

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丁嘉辉
高明煜
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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

本发明公开了一种基于Buck‑Boost的主动均衡电路，本发明包括电池组、均衡电路和均衡控制电路；所述电池组由n+1个单体电池串联而成；所述均衡电路包括n+1个与单体电池一一对应的MOS管、n+1个与MOS管串联的二极管、n个与相邻单体电池连接点一一对应的电感，以及与每个电感相对应的两个二极管；本发明所述的电路中不包含耗能元件，能量转移效率较高；与常见的基于Buck‑Boost的主动均衡电路相比，本发明所述电路在进行均衡时，同时有两路电感参与能量转移，整体均衡效果更佳，但不包括第一级或最后一级单体电池SOC为最高的情况。

Description

一种基于Buck-Boost的主动均衡电路
技术领域
本发明属于电池管理技术领域，具体设计到一种基于Buck-Boost的主动均衡电路。
技术背景
在锂离子电池组中，电池管理系统需要尽可能保持所有单体电池SOC的一致性，目的是延长电池组寿命，提高能量利用率。均衡电路可以实现这一功能。将SOC较高的单体电池的能量通过热能耗散掉，称之为被动均衡；将SOC较高的单体电池的能量转移到SOC较低的单体电池，称之为主动均衡。
被动均衡电路简单，成本较低，但是会带来额外的能量损失，同时还会造成温度的上升。主动均衡通常以电容或电感作为能量传递的媒介，电路复杂，成本较高，但是能量损失较少，对散热的需求更低，是当下主流的研究方向。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于Buck-Boost的主动均衡电路，能将电池组中SOC最高的单体电池的能量转移给其他单体电池。
一种基于Buck-Boost的主动均衡电路，包括电池组、均衡电路和均衡控制电路；所述电池组由n+1个单体电池串联而成；所述均衡电路包括n+1个与单体电池一一对应的MOS管、n+1个与MOS管串联的二极管、n个与相邻单体电池连接点一一对应的电感，以及与每个电感相对应的两个二极管；所述均衡控制电路以单片机为核心，能够检测每一级单体电池的SOC，并输出多路PWM控制信号。
每个电感的一端与两相邻单体电池的连接点相连，电感的另一端与上一级单体电池对应的MOS管的源极、下一级与MOS管串联的二极管的阳极相连；与MOS管串联的二极管的阴极与同一级单体电池对应的MOS管的漏极相连；按照上述方式层层相连，第一个单体电池的正极直接与对应的二极管的阳极相连，最后一个单体电池的负极直接与对应的MOS管的源极相连；每个电感另有两个二极管与之对应，每个电感的另一端与其中一个二极管的阳极连接，与另一个二极管的阴极连接，其中一个二极管的阴极与第一个单体电池的正极连接，另一个二极管的阳极与最后一个单体电池的负极。
均衡电路的控制算法，是对电池组中SOC最高的两个单体电池进行交替放电，控制信号为占空比为50％的PWM调制脉冲，当其中一个单体电池开始放电时，另一个单体电池放电结束且两端或一端的电感开始给其他单体电池充电，再交替进行。
本发明所述的电路中不包含耗能元件，能量转移效率较高；与常见的基于Buck-Boost的主动均衡电路相比，本发明所述电路在进行均衡时，同时有两路电感参与能量转移，整体均衡效果更佳，但不包括第一级或最后一级单体电池SOC为最高的情况。
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电池组、能量均衡电路。本实施例所述电池组由n+1个单体电池串联而成，分为单体电池B0、B1、……Bn。所述能量均衡电路包括包括n+1个与单体电池一一对应的MOS管、n+1个与MOS管串联的二极管、n个与相邻单体电池连接点一一对应的电感，以及与每个电感相对应的两个二极管。
进一步地，本实施例均衡电感L1的一端与单体电池B0和B1的连接点相连，电感L1的另一端既与上一级单体电池B0对应的MOS管M0的源极相连，也与下一级单体电池B1对应的二极管D1的阳极相连；二极管D0的阴极与同一级单体电池对应的MOS管M0的漏极相连，同样地，二极管D1的阴极与MOS管M1的漏极相连；按照上述方式层层相连，第一个单体电池B0的正极直接与对应的二极管D0的阳极相连，最后一个单体电池Bn的负极直接与对应的MOS管Mn的源极相连；每个电感另有两个二极管与之相连，二极管D1T的阳极连接到电感L1与MOS管M0相连的一端，阴极连接到第一个单体电池B0的正极，也就是电池组的最高电位，二极管D1B的阴极连接到电感L1与MOS管M0相连的一端，阳极连接到最后一个单体电池Bn的负极，也就是电池组的最低电位。
本实施例中，均衡控制电路能准确读取每一个单体电池的SOC值。
本实施例中，均衡控制电路能对每一个MOS管输出PWM调制脉冲。
本发明通过均衡控制电路输出PWM调制脉冲，控制单体电池之间的能量转移，通过控制MOS管的导通时间从而控制均衡电流的大小。
本发明可以将SOC较高的单体电池的能量转移给其他所有的单体电池，多次循环最终可以实现电池组的SOC平衡。当均衡控制电路检测到某一个单体电池的SOC值偏高时，导通所对应的MOS管对其进行放电，同时对其两端或者一端的电感进行充电。当MOS管关断后，电感保持瞬时电流不变，经过二极管与其他单体电池构成回路，给其他电池充电，从而实现单体电池间能量的转移。
本发明可以实现电池组的主动均衡，举例说明如下。若均衡控制电路检测到单体电池B2的SOC值偏高，则控制MOS管M2导通，于是单体电池B2、电感L2、二极管D2、MOS管M2、电感L3构成回路，单体电池B2放电，此时对电感L2和L3充电，回路中的电流不断上升。当均衡控制电路使MOS管M2关断后，单体电池B2不再放电，而电感L2和L3的瞬时电流保持不变；然后电感L2与二极管D2T、单体电池B0和B1构成放电回路，此时电感L2向单体电池B0和B1充电，同时电感L3与单体电池B3……Bn、二极管D3B构成放电回路，此时电感L3向单体电池B3……Bn充电。同样可以通过控制MOS管M3的的导通时间，来控制单体电池放电末端的电流大小，从而实现对均衡电流大小的控制。对于本实施例所述电路，其最优的控制算法是对电池组中SOC最高的两个单体电池进行交替放电，控制信号为占空比50％的PWM调制脉冲，当其中一个单体电池开始放电时，另一个单体电池放电后两端或一端的电感开始给其他单体电池充电，再交替进行。
本发明优化了基于Buck-Boost的主动均衡电路，使其整体均衡速度更快，能够快速实现电池组的SOC平衡。
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 (2)

1.一种基于Buck-Boost的主动均衡电路，其特征在于：包括电池组、均衡电路和均衡控制电路；所述电池组由n+1个单体电池串联而成；所述均衡电路包括n+1个与单体电池一一对应的MOS管、n+1个与MOS管串联的二极管、n个与相邻单体电池连接点一一对应的电感，以及与每个电感相对应的两个二极管；所述均衡控制电路以单片机为核心，能够检测每一级单体电池的SOC，并输出多路PWM控制信号；
每个电感的一端与两相邻单体电池的连接点相连，电感的另一端与上一级单体电池对应的MOS管的源极、下一级与MOS管串联的二极管的阳极相连；与MOS管串联的二极管的阴极与同一级单体电池对应的MOS管的漏极相连；按照上述方式层层相连，第一个单体电池的正极直接与对应的二极管的阳极相连，最后一个单体电池的负极直接与对应的MOS管的源极相连；每个电感另有两个二极管与之对应，每个电感的另一端与其中一个二极管的阳极连接，与另一个二极管的阴极连接，其中一个二极管的阴极与第一个单体电池的正极连接，另一个二极管的阳极与最后一个单体电池的负极。
2.如权利要求1所述的一种基于Buck-Boost的主动均衡电路，其特征在于：均衡电路的控制算法，是对电池组中SOC最高的两个单体电池进行交替放电，控制信号为占空比为50％的PWM调制脉冲，当其中一个单体电池开始放电时，另一个单体电池放电结束且两端或一端的电感开始给其他单体电池充电，再交替进行。
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US20140009092A1 (en) * 2011-03-23 2014-01-09 Rui Ma Battery system, equalizing apparatus, equalizing system, electric-powered vehicle, electric-powered movable equipment, power storage device, and power source apparatus
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