[發明專利]一種鋰離子儲能電池電壓均衡方法及其電路

無效

• 申請號: 201410735114.0
• 申請日: 2014-12-04
• 公開（公告）號: CN104485703A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 吳昌宏;舒杰;戴志威;張繼元;張偉;王浩
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 黃培智;莫瑤江

技術領域

本發明涉及鋰離子儲能電池技術領域，具體涉及一種鋰離子儲能電池電壓均衡方法及其電路。

背景技術

鋰離子單體工作電壓為3.7V或3.2V，單體電壓較低，為了滿足儲能系統電壓和容量的要求，一般將電池單體串聯起來。但由于鋰離子單體在內阻、自放電率、荷電狀態、端電壓等方面存在個體差異，長時間運行會造成單體的容量不同，嚴重影響電池組的效率，因此對電池組各單體的容量均衡是保證電池組長期高效運行的關鍵技術。

現有技術中，鋰離子容量均衡的方法主要有電阻消耗法、開關電容法、多繞組變壓器法、開關電感法、多模塊開關均衡法、DC/DC變流器法等。如公開號為CN102593888A的申請文件公開的蓄電池均衡充放電控制系統，每個蓄電池單體通過一個開關與電阻連接，當檢測到某個蓄電池單體電壓過高，CPU控制開關導通使它對電阻放電，這種結構放電速度快、簡單、成本低，但缺點也很明顯，能量消耗大，效率低。公開號為CN102496976A的申請文件公開的串聯鋰電池均衡充電裝置，設計通過多繞組正激變壓器轉移單體電池過多能量的辦法，每個電池單體通過MOSFET開關管與變壓器一個繞組相連，當該電池單體電壓過高，單片機控制MOSFET管開關工作，通過正激變換器將過高的能量轉移到變換器與副邊繞組相連的能量低的單體中，實現能量的轉移。該均衡方法不消耗能量，但是也存在一些缺點，如設計多繞組正激變壓器難度大，變壓器原、副邊通過磁耦合來傳遞能量，在實際應用中過多的副邊繞組在無反饋控制下各自輸出電壓容易受到負載的影響，很難做到輸出電壓一致性，并且變壓器體積和重量較大，不利于集成，難以得到實質應用。公開號為CN102201682A的申請文件公開的電池管理系統，其中的電池均衡模塊采用了開關電感均衡法，兩節電池與開關電感電路相連接，通過控制開關管T11、T12，在開關周期內對電感L的充電以及放電的方法來實現電池多余能量的轉移。具體實現方法是，在開關周期中，開關導通時電池1向電感充電，電感儲能，開關關斷時，電感的能量通過二極管向電池2放電，該電路僅靠電感進行能量傳遞，并且只有在開關關斷狀態下才向負載輸出電流，因此電路工作效率不高。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種運用鋰離子電池組雙向DC/DC變流均衡法，電路拓撲機構簡單易于集成、能耗小、工作效率高、可快速實現電池組電壓均衡的電路及均衡方法。

為達到上述發明的目的，本發明通過以下技術方案實現：

本發明的一種鋰離子儲能電池電壓均衡電路，包括至少有第一單體電池和第二單體電池串聯的電池組、電性連接各單體電池的電壓采樣電路、可控制電壓采樣電路及接收其反饋數據的DSP電路和由DSP電路控制的雙向DC/DC變流電路，針對N節單體電池，雙向DC/DC變流電路包括有N-1個均衡單元，均衡單元包括第一單體電池、第二單體電池、第一N-MOS型場效應管、第二N-MOS場效應管、第一二極管、第二二極管、第一電感、第二電感和電容，第一單體電池的負極與第二單體電池的正極相連串接，第一單體電池的正極連接第一電感的一端，第一電感的另一端連接第一N-MOS型場效應管的漏極，第一N-MOS型場效應管的源極連接第一單體電池的負極，第二單體電池的負極連接第二電感的一端，第二電感的另一端連接第二場效應管的漏極，第二N-MOS型場效應管的源極連接第二單體電池的正極，第一二極管的負極和正極分別連接第一N-MOS型場效應管的源極和漏極，第二二極管的負極和正極分別連接第二N-MOS型場效應管的源極和漏極。電路結構簡單容易實現，開關頻率高，大大減小了儲能元件電感、電容的體積，減小了PCB板的面積，容易模塊化。采用上述均衡單元的雙向DC/DC變流電路可實現雙向電流流動控制，在鋰電池組充電或放電都可快速的實現電池電壓均衡。

所述均衡單元的電容，兩端分別連接第一N-MOS型場效應管的漏極和第二N-MOS型場效應管的源極。電容C起儲能，并且作為平波，保持輸出電壓的穩定。同時均衡單元通過電容C作為輸入和輸出電壓隔離，抑制電磁干擾。

進一步，所述第一N-MOS型場效應管內部集成上述第一二極管，第二N-MOS場效應管內部集成上述第二二極管，電子元件體積更小，容易集成于PCB電路中。

一種鋰離子儲能電池電壓均衡電路的均衡方法，應用于上述鋰離子儲能電池電壓均衡電路，包括如下步驟：

步驟S1：電壓采樣電路實時監測電池組的各單體電池信息；

步驟S2：DSP電路根據電壓采樣電路采集的電池信息確定需均衡的單體電池，即比較相鄰單體電池的電壓。