[發明專利]一種鋰電池電感式均衡電路

有效

• 申請號: 201710873544.2
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107528371B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 劉欣博;孟慶海;劉叢偉
• 申請（專利權）人: 北方工業大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02H9/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種鋰電池電感式均衡電路，屬于防爆電氣安全技術領域。電路由均衡主電路、均衡控制電路、電感保護電路和線路開路保護電路組成。所述均衡主電路由第二鋰電池、第一鋰電池、第一限流電阻、第一晶體管、第二晶體管、第二限流電阻依次串聯構成回路；兩個鋰電池的公共端與兩個晶體管的公共端之間并接電感；鋰電池和限流電阻串聯反并聯二極管。所述均衡控制電路采用公知的PWM控制電路。電感保護電路由并聯在電感兩端的第一雙向穩壓管和第二雙向穩壓管組成。線路開路保護電路是在六條線路上的端點之間正反并聯二極管。本發明在實現鋰電池均衡功能基礎上，同時實現本質安全功能，并且保護功能齊全，保護形式簡單。

技術領域

本發明涉及電池管理技術領域，特別涉及一種鋰電池電感式均衡電路。

背景技術

目前鋰電池被廣泛應用于電動汽車、智能儀表等領域。因為涉及多個鋰電池的串聯而存在電池均衡問題。鋰電池均衡技術目前采用多種方法，包括耗散均衡法、電感式均衡法、飛跨電容法、多繞組變壓器平衡法、DC-DC變換器平衡法、專用集成電路平衡法等。上述均衡方法各有各的優缺點，并在不同的場合被合理采用。其中電感式均衡法具有能量損耗小、雙向均衡、可以不間斷地進行電能均衡的優點，同時存在能量只能在相鄰單元之間進行轉移的缺點。但 對于能量限制場合，例如爆炸性氣體環境，由于鋰電池容量一般設計較小，僅需少量鋰電池的串聯，其中就包括兩組鋰電池的串聯，因此該場合的鋰電池均衡就適合使用電感式均衡電路。原有電感式均衡典型電路不能直接應用于爆炸性氣體環境，需要進行本質安全電路設計，以滿足防爆要求。因此需要設計適合爆炸性環境應用的一種鋰電池電感式均衡電路。

發明內容

為了解決爆炸性氣體環境鋰電池電感式均衡的適用性問題，本發明提供一種鋰電池電感式均衡電路，其技術方案是，所述鋰電池電感式均衡電路由均衡主電路、均衡控制電路、電感保護電路和線路開路保護電路四部分組成。

所述均衡主電路由第二鋰電池、第一鋰電池、第一限流電阻、第一晶體管、第二晶體管、第二限流電阻依次串聯構成回路。電感一端與第一鋰電池、第二鋰電池的公共端電連接，電感另一端與第一晶體管、第二晶體管的公共端電連接。第一晶體管反并聯第三二極管作為續流二極管；第二晶體管反并聯第四二極管作為續流二極管。第一鋰電池和第一限流電阻串聯后的兩端并聯第一二極管，并且第一二極管的陽極接在第一鋰電池的負極端；第二鋰電池和第二限流電阻串聯后的兩端并聯第二二極管，并且第二二極管的陰極接在第二鋰電池的正極端。限流電阻的作用是限制鋰電池出現的短路電流，反并聯二極管的作用是當本鋰電池開路時另一鋰電池繼續供電并通過該二極管構成通路。

均衡控制電路采用公知的PWM控制電路，控制第一晶體管和第二晶體管的導通與截止。

電感保護電路由并聯在電感兩端的第一雙向穩壓管和第二雙向穩壓管組成，并構成雙重保護。采用穩壓管而不采用二極管的原因是需要躲過鋰電池均衡時電感兩端的正常電壓。兩個穩壓管的穩壓值略大于鋰電池均衡所對應的電感電壓設計最大值，優選1.15倍。電感保護電路的作用是線路出現開路電弧時能有效抑制電感的剩余能量并滅弧。

線路開路保護電路是在第一線路、第二線路、第三線路、第四線路、第五線路、第六線路上的端點之間正反并聯二極管。所述第一線路指電連接第一鋰電池負極端、第二鋰電池正極端和電感一端的線路；所述第二線路指電連接第一晶體管發射極端、第二晶體管集電極端和電感一端的線路；所述第三線路是指電連接第一鋰電池正極端和第一限流電阻一端的線路；所述第四線路是指電連接第二鋰電池負極端和第二限流電阻一端的線路；所述第五線路是指電連接第一二極管陰極端和第一晶體管集電極端的線路；所述第六線路是指電連接第二二極管陽極端和第二晶體管發射極端的線路。不失一般性，所述第一線路所對應三個端點之間分別正反并聯二極管；所述第二線路與第一線路情況相同；所述第三線路所對應的兩個端點之間分別正反并聯二極管；所述第四線路、第五線路和第六線路情況與第三線路情況相同。當上述線路出現開路產生開路電弧時，均能通過二極管來鉗位電弧電壓，同時通過雙向穩壓管消耗電感儲能。