[發(fā)明專利]一種電池單體與電池組間均衡電路結(jié)構(gòu)與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710612960.7
• 申請(qǐng)日: 2017-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN107294174B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐俊;李玉;梅雪松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種電池單體與電池組間均衡電路結(jié)構(gòu)與方法，結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)以上的電池單體，所有電池單體串聯(lián)連接，每個(gè)電池單體均并聯(lián)一個(gè)開關(guān)，每相鄰m個(gè)電池單體組成一組，采用變壓器正激耦合，每一組與整體電池組采用變壓器反激連接，形成一個(gè)模組；方法是利用變壓器反激原理將能量在電池模組與整體電池組間進(jìn)行轉(zhuǎn)移，同時(shí)，同一模組內(nèi)m個(gè)電池在變壓器正激作用下實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移；本發(fā)明在保證很好的均衡效果的同時(shí)，減少開關(guān)管和線圈繞組的數(shù)量，降低結(jié)構(gòu)成本；同時(shí)實(shí)現(xiàn)正反激原理的結(jié)合，提高均衡速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池均衡技術(shù)領(lǐng)域，特別提出一種電池單體與電池組間均衡電路結(jié)構(gòu)與方法。

背景技術(shù)

隨著環(huán)境污染和能源危機(jī)的不斷加劇，電動(dòng)汽車以其環(huán)境污染小、能源利用率高等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。電池作為電動(dòng)車的能量源，在電動(dòng)汽車運(yùn)行過程中起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)電池問題一直是電動(dòng)汽車的瓶頸之一，短期內(nèi)難有較大突破。如何在現(xiàn)有技術(shù)條件下，盡可能較大程度地發(fā)揮電池的作用成為電池技術(shù)研究的重點(diǎn)。

生產(chǎn)過程中，電池單體存在生產(chǎn)工藝、材料等差異；放置過程中，電池單體的自放電率存在有不同；使用過程中，電池受工作環(huán)境溫度和電路等影響而存在差異。在上述因素的影響下，長(zhǎng)時(shí)間充放電情況下，電池單體將處于不均衡狀態(tài)。電池的不均衡狀態(tài)將導(dǎo)致電池組整體容量下降、電池組中單體過充或過放，損害電池壽命。

電池均衡技術(shù)就是使用一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法消除電池間的差異，使電池處于均衡狀態(tài)。現(xiàn)有的均衡技術(shù)或多或少存在一定的缺陷。被動(dòng)均衡使用耗散元件將電池多余的能量用熱能的形式耗散，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但易引起較大的能量損耗，均衡效率較低，熱管理難度大；與buck-boost均衡原理只能在相鄰電池單體間實(shí)現(xiàn)能量流動(dòng)，在不相鄰電池間需要均衡時(shí)，需經(jīng)多次中間轉(zhuǎn)換，影響均衡效率和速度；變壓器正反激原理實(shí)現(xiàn)電池與電池組間的均衡，其中，單繞組變壓器同一時(shí)刻只有一個(gè)單體電池進(jìn)行均衡，均衡時(shí)間較長(zhǎng)，且開光管數(shù)量較多，成本相應(yīng)增加；多繞組變壓器所有線圈均耦合在一起，變壓器尺寸巨大，設(shè)計(jì)復(fù)雜；多個(gè)變壓器給每個(gè)電池設(shè)置一個(gè)專用變壓器，與電池組間進(jìn)行均衡，變壓器數(shù)量較多，磁損失增加，成本增加。

綜上所述，主動(dòng)均衡較被動(dòng)均衡更加節(jié)能。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，主動(dòng)均衡由于大量元器件、復(fù)雜的控制等原因，并未得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)如今，如何降低主動(dòng)均衡使用成本成為研究的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提出一種電池單體與電池組間均衡電路結(jié)構(gòu)與方法，在保證很好的均衡效果的同時(shí)，減少開關(guān)管和線圈繞組的數(shù)量，降低結(jié)構(gòu)成本；同時(shí)實(shí)現(xiàn)正反激原理的結(jié)合，提高均衡速度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種電池單體與電池組間均衡電路結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)以上的電池單體C、變壓器T、開關(guān)MOSFETM，所有電池單體C_ij串聯(lián)連接，i＝1～n，j＝1～m，每個(gè)電池單體C均并聯(lián)一個(gè)開關(guān)MOSFET M_ij，每相鄰m個(gè)電池單體組成一組，m＝2、3、…，采用變壓器T正激耦合，每一組與整體電池組采用變壓器T反激連接，形成一個(gè)模組。

所述的變壓器T由m+1股繞組繞制而成，其中m股同向繞制，實(shí)現(xiàn)正激功能；剩余一股反向繞制，實(shí)現(xiàn)反激功能。

所述的開關(guān)MOSFET M_ij為N溝道MOSFET，或?yàn)镻溝道MOSFET。

所述的電池單體與電池組間均衡電路結(jié)構(gòu)的均衡方法，包括以下步驟：

第一步，將電池組內(nèi)相鄰m個(gè)電池組成一個(gè)模組，共分為n組；

第二步，利用電壓傳感器、電流傳感器對(duì)每一模組的電壓、電流進(jìn)行檢測(cè)；

第三步，估計(jì)每一電池模組與整個(gè)電池組的平均狀態(tài)；

第四步，獲取一組需要均衡的電池，在電池模組與整體電池組間進(jìn)行均衡；