[發明專利]一種電池組的均壓電路及其控制方法

在審

• 申請號: 202011234912.7
• 申請日: 2020-11-08
• 公開（公告）號: CN112350407A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 馬東林
• 申請（專利權）人: 馬東林
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種電能搬運機制的電池組均壓控制電路及其控制方法，使電池在充電或放電過程中實現均壓。第一步，檢測并確定電池組中最高電壓的電池和最低電壓的電池；第二步，通過開關對用最高電壓的電池給儲能電容充電；第三步，將儲能電容的電能釋放到最低電壓的電池中；重復前述控制過程使串聯電池組中的各電池電壓最終趨于一致。根據冒泡排序的控制原理和結果，電池組中的所有電池電壓最終都會趨于一致。由于僅僅是在電池內部轉移電能，提升了充電效率、縮短充電時間、均壓電路發熱量小，相較旁路均壓方式可以提高電池的續航能力。

技術領域

本技術屬于電池電能應用領域，具體實現串聯電池組的充放電過程中的均壓控制。

背景技術

目前電池組均壓多采用旁路電流的方式，其優點是實時性好、可根據單體電池調壓等。但是旁路方式是將過剩的電流引流到充電回路，增加了充電損耗，而且功率越大、充電越快損耗越大。

發明內容

本發明提出了一種電池組的均壓控制方法，特征是采用一個電能搬運機制，將電壓高的電池電能搬運到電壓低的電池中去。這帶來的積極效果是提高了充電效率、減少充電時間、同時又是均壓充放電的控制過程。

電路如圖1所示是一個4個電池串聯的電池組的均壓電路結構。由電池組BT1-BT4、緩沖電容C1-C4、電能搬運電路的開關S1–S8和儲能電容Cbuf組成。

充電均壓和放電均壓控制原理是一樣的，都是用最高電壓的電池充電到儲能電容Cbuf，再用儲能電容給電池組中最低電壓的電池充電，然后檢測電池組中的最高電壓電池和最低電壓電池，重復前述步驟。根據冒泡排序法的控制結果，最終電池組中的所有電池電壓都會趨近于一致，均壓過程完成。

圖2是充電均壓過程波形示意圖，橫軸是時間軸，用t0–t7標記，縱軸是電壓軸，由上至下依次是：VIN——充電電壓，范圍是DC160V–DC320V，DC160V是充電起始電壓，DC320V是電池組理想的滿電電壓；(VC1–VC4)——電容C1–C4電壓，同時也表示電池BT1–BT4的電壓，因為它們是并聯關系；Vbuf——儲能電容Cbuf的電壓。

開關S1–S8沒有在波形圖中表示，因為VC1–VC4的充電或放電只能由唯一對應的一對開關完成。下面結合圖1用圖2的時間段順序進行均壓控制過程說明。

t0–t1時間內

充電起始電壓是160V，電容電壓VC1＝VC2＝VC3＝VC4＝40V，起始過程是平衡充電的。儲能電容Cbuf進行初始化充電，依次開通S1/S2、S3/S4、S5/S6、S7/S8四個開關對，則Cbuf上獲得初始電壓40V。

t1–t2時間內

由于恒流充電階段充電電流通常較大，因各電池的內阻、容量、損耗等差異很容易導致各電池的充電電壓不平衡，如圖中的VC1已經到60V了，但VC2、VC3、VC4都還在50V，均壓控制過程如下：

開通S1/S2使BT1給儲能電容Cbuf充電使其到60V；

按照預先設定的優先級順序，如BT2、BT3、BT4，則先開通S3/S4給BT2充電，然后返回上一步給Cbuf充電，再開通S5/S6給BT3充電，然后再返回上一步給Cbuf充電，再開通S7/S8給BT4充電；

重復上述兩步，直到VC1、VC2、VC3、VC4都趨近于相等，比如60V。

在這個過程中，充電電源是一直持續充電的，Cbuf其實是VIN的充電電流分流了一部分進行的充電，從而減少了對電池BT1的充電電流，使其電壓VC1上升變緩；然后將Cbuf的電能再充入BT2、BT3、BT4，使它們雖然串聯在VIN的充電回路中，卻因Cbuf的接入額外多了一部分充電電流，使VC2、VC3、VC4的上升加速，從而可以趨近于VC1的電壓。當電池壓差越大的時候，電能搬運的頻率和幅度都會越大，從而可以快速均壓的充電。