[發明專利]一種極性自動切換的鋰離子電池組均衡電路

無效

• 申請號: 201110385592.X
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN102496979A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 朱建新;王磊
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 祖志翔

技術領域

本發明涉及動力鋰離子電池組的充放電管理裝置，特別涉及一種用于電動汽車的極性自動切換的鋰離子電池組均衡電路，屬于汽車能源技術領域。

背景技術

目前電動汽車的發展是推動節能減排和實現汽車綠色化的重要措施。作為混合動力汽車的關鍵部件，動力蓄電池對整車的動力性、經濟性和安全性都有重大影響，因此，深入研究動力蓄電池管理和均衡技術對于提高混合動力汽車的性能、保證電池的安全運行、延長電池使用壽命等都具有重要的理論意義和工程應用價值。電池單體的電壓與容量都有限，所以混合動力汽車的動力電池一般采用若干單體電池串聯而成。由于制造誤差等因素的存在，使得各單體電池之間必然存在內阻、端電壓、容量等參數的差異；而在使用過程中各單體電池之間的通風散熱差異、電能化學能的轉換差異以及電池的過充電、過放電更進一步加劇了各單體電池之間的不一致性。為了解決這種不一致對電池組整體功能的影響，在電池組的使用過程中就需要采用電池均衡技術措施。電池均衡方法一般分為以下兩種：

傳統的被動平衡法——在電池管理系統中，每個電池單元都通過一個開關連接到一個負載電阻上，這種電路可以對個別被選中的電池單元被動放電。但該方法只適用于在充電模式下抑制個別電池單元的電壓攀升，且放電只能在該單體電池電壓達到某固定的限制值時才能進行被動的開啟。此類電路雖然簡單易于實現，但為了限制功耗，一般只允許以100mA左右的小電流進行放電，從而導致充電平衡耗時可高達幾小時，而且由于均衡是將高電壓單體電池的能量通過電阻釋放，因此能量損失很大。

主動平衡法——相關資料介紹過很多種主動平衡法，它們均需要一個用于轉移能量的存儲元件。如果用電容來做存儲元件，將其與所有電池單元相連就需要一個龐大的開關陣列；若將能量存儲在一個磁場中，則該電路中的關鍵元件是一個變壓器，但是電磁能的轉化總是不能夠像理論那樣完全，電磁的各種損耗是非常大的，而且其存在電路復雜、可靠性低的缺陷；至于使用電阻放電結合電源充電的主動均衡電路，因為在均衡充電時極性必須根據電池單體的不同需要進行切換，所以一旦設計不當，會造成電路過于復雜、安全性差的不足。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對上述現有技術中的不足，提供一種安全可靠、結構簡單、成本低廉、便于大規模生產的極性自動切換的鋰離子電池組均衡電路，其通過硬件實現均衡充電電源的極性與母線極性的相應自動切換，克服單純依靠軟件控制時，軟件跑飛所帶來的安全隱患，保證電路的正常安全工作，從而實現根據電池組的電壓情況并結合電池的荷電狀態進行主動充電或放電均衡，達到電動汽車電池組性能一致的目的。

本發明是通過以下技術方案來解決其技術問題的：

一種極性自動切換的鋰離子電池組均衡電路，包括：

兩母線，采樣與均衡分時復用的通道；

繼電器網絡，一端與鋰離子電池組的各電池單體連接，另一端與兩母線連接，實現對不同電池單體的選通；

采樣模塊，連接于兩母線上，掃描采集各電池單體的電壓；

均衡模塊，連接于兩母線上，自動進行極性切換以與兩母線極性匹配，并且對各電池單體進行均衡充電或均衡放電；

計算控制模塊，分別與繼電器網絡、采樣模塊和均衡模塊連接，實時接收并處理來自采樣模塊的數據，再把處理結果的均衡指令發送給繼電器網絡和均衡模塊。

本發明所述的極性自動切換的鋰離子電池組均衡電路，其均衡模塊包括均衡充電電源、均衡放電電阻和均衡用繼電器網絡，該均衡用繼電器網絡由若干通道開關組成，其分別連接均衡充電電源、均衡放電電阻和兩母線，該兩母線之間反向地并聯有兩二極管和電阻，所述若干通道開關由分別連接于兩電平端的控制線圈控制，該兩電平端的電平分別由連接于計算控制模塊電平輸出端且受兩二極管控制導通的兩線圈控制；所述繼電器網絡由若干繼電器開關組成；所述計算控制模塊為單片機。