[發明專利]一種基于多副邊變壓器的電池組均衡電路及其實現方法

有效

• 申請號: 201410211996.0
• 申請日: 2014-05-19
• 公開（公告）號: CN103956799A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 崔納新;紀祥;張承慧;商云龍
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/42;H01M10/44
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種基于多副邊變壓器的電池組均衡電路及其實現方法。

背景技術

電動汽車擁有著節能環保、低排放等方面的優勢，已成為現在汽車行業中最有發展前景的一個領域。作為電動汽車的關鍵組成部分，動力電池單元的性能決定了電動汽車眾多方面的表現。由于擁有相對較高的能量密度以及較低的自放電率，鋰離子電池被廣泛應用于電動車、UPS等供電場合。但是由于鋰離子電池的單體電壓低、容量小，無法滿足電動汽車的驅動功率要求，因而一般都將大量的鋰離子電池進行串聯來使用。然而，在鋰離子電池單體的制作工程中，由于現代電池廠的制作工藝等方面的原因，造成了即使是同一批次的單體都會出現明顯的容量、內阻等方面的差異。在電池單元的使用過程中，單體自放電率的不同、使用環境的差異等，也都會導致電池單體的容量等出現不平衡。電動汽車的高頻率充放電環境，加速了這些不平衡電池單元中某些單體容量的衰減，而串聯電池單元的容量是由單體電池的最小容量決定，因此這些差異將使電池單元的使用壽命大幅度縮短。最壞的情況，在一個蓄電池單元中，如果有一個單體的剩余容量接近為100％，而另一個單體的剩余容量為0，那么這個蓄電池單元現在既不能充電也不能放電，完全不能使用。如果動力電池單元長期處于這樣一種不平衡狀態，除了電池單元的使用壽命會大大減少外，還容易引起電池損壞、泄露甚至發生爆炸起火，造成人員財產的損失。為了避免這些不安全事故的發生以及增強電動汽車動力電池的續航等方面的性能，需要有一種均衡方法來維持電池單元各單體性能的平衡。電池均衡方法有被動均衡和主動均衡兩大塊，但是被動均衡需要電池單元電池長期處在過充的狀態下，而鋰離子電池不能被過充，所以被動均衡只適用于鉛酸或者鎳基電池，主動均衡才是唯一適用于鋰離子電池的均衡方法。

目前主動均衡方法可分為能量耗散型和能量非耗散型兩大類：

能量消耗型均衡方法易于實現，本質上是將電壓高的單體的能量以熱或者其他能量形式消耗掉，以降低其電壓，達到均壓的目的。這樣就存在了熱管理和能量浪費的問題。

能量非耗散型均衡方法主要是采用電感、電容等作為能量傳遞媒介，實現能量在電池單體間的流動，最后實現均衡作用。

中國發明專利申請(申請號201010572115.X)公開了一種利用放電電阻對電池單體進行放電以實現電池單元均衡的電路，主要包括控制器、電池選擇電路和放電電阻。該發明根據采集的電壓值確定每個電池單體的剩余電量，然后控制電池選擇電路將電量較高的電池單體與放電電阻并聯，消耗該單體的電量，從而實現電池單元的電量均衡。很明顯的，這種方法存在能量浪費和熱管理的問題。

中國發明專利申請(申請號201120421053.2)公開了一種電感型電池均衡電路，該電路中相鄰兩節電池公用一個電感，這個電感存儲較高單體釋放的能量，然后傳遞給相鄰能量較低單體，以實現均衡作用。然而當電池單元電池單體數量較多時，由于這種均衡方法的能量傳遞必須是一個挨著一個的傳遞，因此均衡速度受到了很大的限制。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種基于多副邊變壓器的電池組均衡電路及其實現方法，該電路實現了均衡電路的模塊化以及模塊與模塊之間能量的傳遞，有效地平衡了鋰離子電池的電量，從而提高電池單元使用壽命及工作性能。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于多副邊變壓器的電池組均衡電路，包括微控制器，微控制器連接電壓采集模塊，電壓采集模塊連接均衡模塊，所述均衡模塊包括電池單元、逆變模塊、多副邊變壓器和電池選擇整流模塊，電池單元包括多個電池單體，各單體均連接在電壓采集模塊上；其中，電池單元兩端連接在逆變模塊上，逆變模塊連接多副邊變壓器的原邊，多副邊變壓器的至少一個副邊連接電池選擇整流模塊，電池選擇整流模塊連接電池單元中的各單體。

所述均衡模塊之間通過均衡母線連接，均衡母線通過開關與多副邊變壓器的一個副邊連接。

所述電池單元依次串聯形成電池組。

所述電池選擇整流模塊，包括電池選擇模塊和半橋整流模塊，所述半橋整流模塊的輸入端與多副邊變壓器的一個副邊連接，輸出端通過電池選擇模塊與各個電池單體連接。