[實(shí)用新型]一種動(dòng)力鋰離子電池模塊的主動(dòng)均衡電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320028336.X
• 申請(qǐng)日: 2013-01-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203071614U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫澤昌;王代壯;戴海峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02J7/00
• 分類(lèi)號(hào): H02J7/00
• 代理公司: 上海智信專(zhuān)利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于電動(dòng)汽車(chē)電池管理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種動(dòng)力鋰離子電池模塊充放電均衡電路。

背景技術(shù)

電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力電池模塊由單體鋰離子電池串聯(lián)而成，由于單體鋰離子電池性能存在不一致性，在充放電時(shí)會(huì)出現(xiàn)單體電壓不一致，從而影響和制約著整個(gè)電池模塊的充放電能力。在工作中只要有一個(gè)單體電池達(dá)到充放電電壓極限，整個(gè)電池模塊就要停止充放電，否則單體電池會(huì)發(fā)生過(guò)充或過(guò)放，嚴(yán)重影響其壽命。對(duì)單體電池進(jìn)行均衡是解決上述問(wèn)題的重要途徑，這種方法能夠更好地發(fā)揮電池性能，延長(zhǎng)其使用壽命。

現(xiàn)有的均衡電路分為兩種：一種是被動(dòng)均衡電路，也稱(chēng)為能耗型均衡電路，通常采用在單體電池兩端并聯(lián)電阻的方式，通過(guò)電阻將電能轉(zhuǎn)換成熱能，來(lái)達(dá)到電壓平衡。既消耗了電池模塊的能量，又給電池?zé)峁芾韼?lái)了困難，而且效率低下。另一種是主動(dòng)均衡電路，也即非能耗性均衡電路，按能量轉(zhuǎn)換元件類(lèi)型可以分為電容均衡電路，電感均衡電路，變壓器均衡電路，雙向DC-DC均衡電路等四種。電容均衡電路中電流不易控制，開(kāi)關(guān)管分壓也造成均衡效果不明顯；電感均衡電路只能在相鄰的單體電池間進(jìn)行均衡，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，均衡速度受限制；變壓器均衡電路有磁飽和和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題；現(xiàn)有雙向DC-DC均衡電路也存在各種設(shè)計(jì)和效率上的缺陷。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力鋰離子電池模塊充放電非耗能型均衡電路，以克服現(xiàn)有均衡電路存在的上述不足。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種動(dòng)力鋰離子電池模塊的主動(dòng)均衡電路，包括鋰離子電池組、充放電開(kāi)關(guān)組單元，充放電總線單元，能量轉(zhuǎn)移電路和均衡控制器；所述鋰離子電池組包含一個(gè)以上的鋰離子單體電池，通過(guò)所述充放電開(kāi)關(guān)組單元連接到所述充放電總線單元上；所述能量轉(zhuǎn)移電路兩側(cè)分別與所述充放電總線單元相連；所述均衡控制器分別與所述能量轉(zhuǎn)移單元、所述開(kāi)關(guān)組單元及所述鋰離子電池組相連，以控制所述開(kāi)關(guān)組單元選通所需充放電的鋰離子單體電池到所述能量轉(zhuǎn)移電路中并進(jìn)行充放電。

所述充放電開(kāi)關(guān)組單元包含開(kāi)關(guān)數(shù)目均等于所述鋰離子電池組中鋰離子單體電池?cái)?shù)目的充電選通開(kāi)關(guān)組和放電選通開(kāi)關(guān)組，且所述充電選通開(kāi)關(guān)組和所述放電選通開(kāi)關(guān)組中的開(kāi)關(guān)均與所述鋰離子單體電池一一對(duì)應(yīng)連接。

所述充放電總線單元包括充電總線和放電總線；所述能量轉(zhuǎn)移電路包括電容C、二極管D1和D2、電感L1和L2、以及控制開(kāi)關(guān)SW1、SW2、SW3和SW4；所述電容C通過(guò)所述二極管D1后與所述電感L1并聯(lián)，所述二極管D1的正極與所述電容C相連；所述控制開(kāi)關(guān)SW1和SW2的一端分別與所述電感L1的兩端相連，另一端與所述放電總線相連；所述控制開(kāi)關(guān)SW3和SW4的一端分別連接到所述電容C的兩端，另一端分別連接到所述電感L2的兩端；所述電感L2通過(guò)所述二極管D2后連接到所述充電總線上，所述二極管D2的正極與所述電感L2相連。

所述充放電開(kāi)關(guān)組單元、所述充放電總線單元、所述能量轉(zhuǎn)移電路和所述均衡控制器集成在一個(gè)IC微處理器中。

所述能量轉(zhuǎn)移電路中的控制開(kāi)關(guān)均由一個(gè)MOSFET管和一個(gè)導(dǎo)通電壓為0.2~0.3V的二極管組成，所述二極管與所述MOSFET管內(nèi)寄生二極管的極性相反。

所述MOSFET管采用高側(cè)驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)。

所述MOSFET管的柵極驅(qū)動(dòng)器為專(zhuān)有芯片或者分立元件電路。

所述均衡控制器包含脈沖控制模塊，以通過(guò)脈沖控制所述控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟和關(guān)斷。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果：（1）通過(guò)電感作為充放電儲(chǔ)能元件，通過(guò)電容作為能量緩沖元件，有效的克服了電感均衡在開(kāi)關(guān)開(kāi)啟和關(guān)斷瞬間感生高壓電動(dòng)勢(shì)的缺點(diǎn)。（2）通過(guò)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)啟關(guān)斷順序來(lái)實(shí)現(xiàn)兩單體電池的有效隔離，對(duì)比常見(jiàn)的變壓器隔離的DC-DC方案和變壓器方案，省去了復(fù)雜的變壓器，從而克服了漏磁，磁飽和帶來(lái)的效率問(wèn)題，大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，提高了效率。（3）對(duì)比電容均衡方案，利用電感的自感來(lái)給電池充放電，克服了電容均衡時(shí)開(kāi)關(guān)管分壓造成的效率問(wèn)題。（4）本實(shí)用新型可以只使用一套均衡電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，允許大電流均衡，均衡時(shí)間短，均衡效率高，大大降低均衡系統(tǒng)的成本，易于產(chǎn)業(yè)化，有著良好的社會(huì)應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1本實(shí)用新型實(shí)施例中主動(dòng)均衡電路的整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2本實(shí)用新型實(shí)施例中均衡第一階段，開(kāi)關(guān)管SW1、SW2開(kāi)啟，SW3、SW4關(guān)斷時(shí)的電流流向示意圖；

圖3本實(shí)用新型實(shí)施例中均衡第二階段，開(kāi)關(guān)管SW1、SW2關(guān)斷，SW3、SW4開(kāi)啟時(shí)的電流流向示意圖；