[實用新型]基于電感儲能的串聯電池組雙向無損均衡電路

有效

• 申請號: 201520710324.4
• 申請日: 2015-09-14
• 公開（公告）號: CN204947672U
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 康龍云;郭向偉;陳凌宇;黃志臻;楊會州;郭紅霞
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本實用新型涉及串聯電池組均衡技術，具體涉及適用于混合動力電動汽車、純電動汽車或蓄能電站中的蓄能裝置的基于電感儲能的串聯電池組雙向無損均衡電路。

背景技術

串聯電池組在經過多個充放電循環后，各電池單體的剩余容量的分布大致會出現三種情況：個別電池單體的剩余容量偏高；個別電池單體的剩余容量偏低；個別電池單體的剩余容量偏高和個別電池單體的剩余容量偏低。

針對上述三種情況，國內外學者均提出了自己的解決方案。如針對個別電池單體的剩余容量偏高的情況，有研究者提出了并聯電阻分流法，它通過控制相應的開關器件將剩余容量偏高的電池模塊的能量通過電阻消耗掉，該方法將能量白白浪費掉，并且在均衡過程中產生了大量的熱，增加了電池熱管理的負荷。也有研究者提出了雙向DC-DC均衡法、同軸變壓器均衡法等均衡電路，這些電路都采用了變壓器，增加了均衡電路的成本。

目前鋰離子電池組均衡控制的方法，根據均衡過程中電路對能量的消耗情況，可分為能量耗散型和能量非耗散型兩大類；按照均衡功能分類，可分為充電均衡、放電均衡和動態均衡。充電均衡是指在充電過程中的均衡，一般是在電池組單體電壓達到設定值時開始均衡，通過減小充電電流防止過充電；放電均衡是指在放電過程中的均衡，通過向剩余能量低的電池單體補充能量來防止過放電；動態均衡方式結合了充電均衡和放電均衡的優點，是指在整個充放電過程中對電池組進行的均衡。

實用新型內容

本實用新型的目的是在串聯電池組的電池管理系統中采用基于電感儲能的串聯電池組雙向無損均衡電路，以克服現有技術存在的上述不足。

為了實現上述目的，本實用新型通過下述技術方案予以實現。

基于電感儲能的串聯電池組雙向充放電均衡電路，其中串聯電池組均分為上、下兩部分，上半部分的所有電池單體組成上電池組，下半部分的所有電池單體組成下電池組；當電池單體總數n為偶數時，上下部分的電池單體數均為n/2，當電池單體總數n為奇數時，上電池組的單體數為(n+1)/2，下電池組的單體數為(n-1)/2；所有電池單體由上至下分別依次命名為B₁、B₂、B₃、……B_n，B₁的正極接電源，B_n的負極接地；每個電池單體均與一個均衡子電路相連接；均衡子電路的數量為n+1，其中n均衡子電路相應的與n個電池單體連接，另一個均衡子電路作為總均衡子電路，總均衡子電路與上電池組和下電池組的分界點即公共點連接；每個均衡子電路由兩個帶續流二極管的MOSFET以及儲能電感構成。

進一步優化地，每個均衡子電路均各自包括上橋臂MOSFET和下橋臂MOSFET，上橋臂MOSFET的源極與下橋臂MOSFET的漏極均和儲能電感的一端相連；上橋臂MOSFET的漏極作為第一輸出端，上橋臂MOSFET的柵極作為第二輸出端，下橋臂MOSFET的柵極作為第三輸出端，下橋臂MOSFET的源極作為第四輸出端，L的另一端作為第五輸出端；第二輸出端、第三輸出端與控制電路相連接，MOSFET的開通和關斷由控制電路控制；與上電池組的電池單體連接的均衡子電路中，第一輸出端與該對應的電池單體正極相連，第五輸出端與對應電池單體負極相連，第四輸出端接地；與下電池組的電池單體連接的均衡子電路中，第五輸出端與該對應電池單體正極相連，第四輸出端與對應電池單體負極相連，第一輸出端接電源；總均衡子電路的第一輸出端接電源，第四輸出端接地，第五輸出端接上電池組與下電池組的公共點。

進一步優化地，所述電池單體為電池模塊，電池模塊為鉛酸電池、鋰離子電池、鎳氫電池或超級電容器。

進一步優化地，所述控制電路的控制信號頻率的大小根據所控制的電路儲能電感的電感值、MOSFET的開關損耗、電池單體電壓、電池單體容量而定。

進一步優化地，所述控制電路的輸出驅動信號的占空比滿足使儲能電感在每個信號周期內復位，即儲能電感的電流先從零開始上升，最后又下降到零。

均衡子電路的工作原理如下。