[發(fā)明專利]動(dòng)力電池組有源鉗位均衡電路

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110644151.0
• 申請(qǐng)日: 2021-06-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113422406A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮永瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 馮永瑞
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00;H02M3/156;B60L58/22
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本申請(qǐng)涉及動(dòng)力電池組有源鉗位均衡電路，包括運(yùn)放采集信號(hào)輸入電路、有源鉗位雙向反激變換器處理電路、開(kāi)關(guān)陣列均衡電路。本申請(qǐng)的動(dòng)力電池組有源鉗位均衡電路，運(yùn)放采集信號(hào)輸入電路通過(guò)高精度運(yùn)算放大器進(jìn)行電池電壓信號(hào)采集，由于高共模電壓對(duì)動(dòng)力電池性能有較大影響，運(yùn)放采集通過(guò)差分形式輸入高精度運(yùn)放，有效降低了電壓信號(hào)誤差率。有源鉗位雙向反激變換器處理電路通過(guò)勵(lì)磁電感儲(chǔ)能，使通過(guò)電流線性增長(zhǎng)，電流增長(zhǎng)使主開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，降低了電池電路信號(hào)損耗。開(kāi)關(guān)陣列均衡電路利用電池選擇及能量傳遞實(shí)現(xiàn)雙向開(kāi)關(guān)，進(jìn)而切換極性保持電池接入均衡主電路二次側(cè)時(shí)電壓方向的極性開(kāi)關(guān)，由此達(dá)到均衡電池性能的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及動(dòng)力電池以及電池組領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)一種動(dòng)力電池組有源鉗位均衡電路。

背景技術(shù)

鋰離子電池被廣泛的使用在電動(dòng)汽車(chē)上作為動(dòng)力來(lái)源。但由于單節(jié)電池的各項(xiàng)性能指標(biāo)都無(wú)法滿足電動(dòng)汽車(chē)的使用需求,通常需要將多節(jié)單體電池通過(guò)串并聯(lián)構(gòu)成電池組以獲得更高的輸出電壓及輸出功率。但是,受制于現(xiàn)有的鋰電池制造技術(shù),各單體電池間的性能差異是不可避免的。隨著環(huán)境變化和使用時(shí)間增加,這種性能差異會(huì)被放大最終影響電池組的正常工作。為了降低這種差異帶來(lái)的影響，充分利用電池能量,提高均衡效率,設(shè)計(jì)了一種基于有源鉗位技術(shù)的雙向反激變換器作為主電路的均衡系統(tǒng)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于集中式主動(dòng)均衡技術(shù),使得能量能夠在任意一個(gè)單體電池與電池組之間進(jìn)行雙向流動(dòng)。它是一個(gè)完整的主動(dòng)式均衡系統(tǒng),包括主要的信號(hào)采集電路及輸出均衡電路等。制定了清晰的均衡流程與策略,能夠幫助整個(gè)系統(tǒng)提高主動(dòng)均衡的速度與效率。均衡系統(tǒng)對(duì)單體電池不一致性問(wèn)題能起到顯著改善作用。

如圖1所示，為頂層均衡電路的現(xiàn)有技術(shù)方案，利用電感L實(shí)現(xiàn)均衡作用，當(dāng)模塊M1電壓值與其他模塊不一致時(shí)，以電壓值高于其他模塊為例，電感L通過(guò)電磁感應(yīng)，對(duì)其他模塊充電，直到各個(gè)模塊電壓一致，一次才實(shí)現(xiàn)均衡操作，然而，現(xiàn)有技術(shù)的方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在大功率應(yīng)用下，電感L容易擊穿，整體安全性不高。

如圖2所示，為雙向反激式均衡電路的現(xiàn)有技術(shù)方案，Cell 1電量最高時(shí)，晶體管M12導(dǎo)通，再通過(guò)變壓器N11：N12使二極管D11導(dǎo)通，再通過(guò)另外兩個(gè)變壓器N21：N22，變壓器N31：N32，使Cell 2、Cell 3電量上升。然而，該技術(shù)方案，變壓器個(gè)數(shù)多，容易發(fā)生電磁串?dāng)_，同時(shí)變壓器體積大，發(fā)熱量高，不利于集成。

發(fā)明內(nèi)容

（一）技術(shù)問(wèn)題

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，動(dòng)力電池存在如下缺陷：

1. 動(dòng)力電池組各單元之間不匹配，造成電能損失。

2. 動(dòng)力電池各單元之間不匹配，造成電流信號(hào)不穩(wěn)定，降低了電能的轉(zhuǎn)換效率。

（二）技術(shù)方案

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢鰟?dòng)力電池組有源鉗位均衡電路，包括運(yùn)放采集信號(hào)輸入電路、有源鉗位雙向反激變換器處理電路、開(kāi)關(guān)陣列均衡電路。

運(yùn)放采集信號(hào)輸入電路，動(dòng)力電池電壓信號(hào)首先流入變壓器T1，二極管D3、二極管D4、二極管D6、二極管D7，穩(wěn)壓二極管D2、穩(wěn)壓二極管D5以得到穩(wěn)定電壓電流信號(hào)的作用，經(jīng)過(guò)處理的電壓電流信號(hào)流過(guò)三個(gè)高精度采樣電阻R3、電阻R11、電阻R18，通過(guò)滑動(dòng)變阻器R6調(diào)節(jié)信號(hào)大小，經(jīng)過(guò)電阻R4、電阻R7后輸入高精度運(yùn)算放大器U1，輸出后經(jīng)過(guò)雙級(jí)聯(lián)三極管Q7反饋到輸入端負(fù)極。并且通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q4反饋到輸入端正極。通過(guò)以上一系列采集電路流程，可以得到精度更高、速度更快的、均衡效果更好的識(shí)別出不同動(dòng)力電池傳入的有細(xì)微程度差異性能力的電壓電流信號(hào)。