[發明專利]電池電量自動均衡電路及其實現方法

有效

• 申請號: 201110167491.5
• 申請日: 2011-06-21
• 公開（公告）號: CN102222957A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 夏必忠;呂永斌;和軍平;王明旺;孫威;鄭偉偉;賴勇智
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院;欣旺達電子股份有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 深圳匯智容達專利商標事務所(普通合伙) 44238
• 代理人: 王志強

技術領域

本發明屬于電池組管理技術領域，涉及電力電子技術、電池組電量管理技術、微處理器自動測控等多個技術，尤其涉及一種電池電量自動均衡電路及其實現方法。

背景技術

目前，在電動汽車、新能源發電儲能裝置、不間斷電源（UPS）等多種應用中，常使用由多節充電電池串、并聯而構成的電池組來提高儲能容量。然而，電池組在實際使用過程中，常出現壽命短于預期的現象，造成上述問題的主要原因有兩點。一是電池組中的各節電池的初始容量、內阻、自放電率等參數在制造上即存在一定的差異，沒有完全一致。此外，各節電池在電池組中的位置不同，其所處的溫度、濕度等環境因素也存在差異，因而電池組中的各節電池的老化速率是不同的。二是由于電池間多是串聯關系，在電池組充放電過程中會使個別電池加速老化。即在充電過程中，老化速率高的電池因容量減小，會提前達到滿電狀態，而其它電池尚未充滿，如果要保持其它電池滿電，就會對老化速率高的電池進行過度充電，進一步加速其老化、降低其壽命。在放電過程中，老化速率高的電池也類似地會發生電量提前耗盡或過度放電。因為上述個別電池加速老化，使得電池組壽命大大縮短。電池組中各節電池的差異不易避免，利用電池均衡電路可將各節電池不均等的電能量轉移給其它電池，從而避免電池過充和過放現象的發生。

目前，實現電池電量均衡的電路主要分為能量耗散型和能量非耗散型兩類。能量耗散型均衡電路的工作原理是將剩余電能較多的電池的電能轉化為熱量釋放掉，達到電能平衡的目的。能量非耗散型均衡電路的工作原理是將剩余電能較多的電池的電能轉移到能量較少的電池，從而達到電能平衡的目的。因此，能量非耗散型均衡電路具有效率高的優點。常見的能量非耗散型均衡電路包括電容式、電感式等類型。電容式均衡電路利用電容轉移不均衡的電能，具有結構簡單的優點，但均衡速度慢、效率偏低；傳統的電感式均衡電路利用電感電流不可突變的原理進行電能轉移，具有均衡速度較快的優點，但存在轉移控制不方便、使用器件多、成本和安全性差等缺點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種使用雙向反激式DC-DC隔離變換器作為電量均衡的主工作電路、利用繼電器組對各節電池進行選擇、由微處理器（MCU）實現各電池電量實時檢測和電量均衡控制的電池電量自動均衡電路及其實現方法，可實現易控制、速度快、效率高的電池電量自動均衡功能。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種電池電量自動均衡電路，應用于由N節電池串聯組成的串聯電池組，包括反激式雙向DC-DC變換器、繼電器組、MCU微處理器，所述MCU微處理器與串聯電池組、繼電器組和反激式雙向DC-DC變換器分別連接；

所述繼電器組由N個常開的繼電器組成，每個繼電器分別與所述串聯電池組中的一節電池相并聯；

所述串聯電池組中的N節電池分成高電位側和低電位側兩組，且高電位側的電池與低電位側的電池分別經過相應的繼電器連接至反激式雙向DC-DC變換器的原、副邊兩側。

優選地，所述反激式雙向DC-DC變換器包括主電路和控制電路；

所述主電路包括兩個開關管S₁、S₂及相應的反向并聯二極管D₁、D₂、隔離變壓器T和兩個小電容C₁、C₂；所述控制電路采用PWM控制芯片，其包括兩個PWM脈沖的輸出端且該兩輸出端分別經隔離驅動電路連接至開關管S₁和S₂的門極。

優選地，若所述N為偶數，則所述串聯電池組的高電位側和低電位側分別包括N/2節電池；若所述N為奇數，則所述串聯電池組的高電位側包括[N/2]節電池、低電位側包括[N/2]+1節電池。

一種如上所述電池電量自動均衡電路的實現方法，包括步驟：

MCU微處理器實時循環監測串聯電池組的各節電池，計算各節電池的當前電量SOC，得出當前時刻SOC最大的電池和SOC最小的電池，通過控制反激式雙向DC-DC變換器來對這兩節電池的SOC進行均衡處理。

優選地，上述方法中，若所述SOC最大的電池和SOC最小的電池分別屬于串聯電池組的高電位側和低電位側，則MCU微處理器控制反激式雙向DC-DC變換器對這兩節電池的SOC進行均衡處理的過程進一步包括：

通過閉合相應的繼電器將所述SOC最大的電池和SOC最小的電池分別連接在反激式雙向DC-DC變換器的兩端，利用該反激式雙向DC-DC變換器將SOC最大的電池作為輸入、對SOC最小的電池進行均衡充電。