一種多單體串聯動力鋰電池組充放電均衡電路制造技術

本發明專利技術涉及一種多單體串聯動力鋰電池組充放電均衡電路，包括一個主控制模塊及與其通信連接的用于與一組串聯相接順次設置的單體電池對應連接的一組均衡模塊組；各均衡模塊均包括一個反激變壓器、兩個開關和一個或兩個以上并聯實現的電容組，每個均衡模塊反激變壓器的一個繞組用于與對應該單體電池的正負極連接，該均衡模塊的電容組與該繞組并聯，另一個繞組用于與順次連接的相鄰下一單體電池的正負極連接，每個繞組回路上串聯有一個開關。該均衡電路實現所有單體電池間的能量平衡，屬于無損均衡、均衡電流大、均衡效率高、可擴展性好、便于實現，能夠達到大電流快速充電、增強電池安全性能、提高電池放電能力和使用壽命等目的。

Charging and discharging balance circuit of multi monomer series power lithium battery set

The invention relates to a single serial power lithium battery charge discharge equalizing circuit includes a main control module and the communication connection for a group of a group of group and the equalization module in series with single cells arranged in sequence connected; the equalization module includes a flyback transformer capacitor group, two a switch and one or more than two parallel implementation, each winding of a flyback transformer for equalization module is connected with the positive and negative to the single battery, the capacitor equalization module in parallel with the winding, a winding for positive and negative cell adjacent and sequentially connected with the next pole the connection, each winding loop is connected in series with a switch. The balance circuit to achieve energy balance of all cells, which belongs to a nondestructive equilibrium current, balance of high efficiency, good scalability, easy to realize, can achieve high current fast charging, enhanced safety performance, battery to improve battery discharge capacity and service life etc..

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種鋰電池組充放電均衡電路，尤其涉及一種多單體串聯動力鋰電池組充放電均衡電路。
技術介紹
隨著鋰離子動力電池技術的進步，電池的一致性得到很大提高。盡管如此，各個單體之間的差異依然存在，有些電池容量偏大，有些偏小。容量偏小的電池電壓變化比較快， 充電時最先達到充電截止電壓，放電時最先達到放電截止電壓。類似于木桶短板效應，容量偏小的電池限制了整個電池組的性能。隨著循環次數的增加，個別電池的過沖過放以及老化程度的差異，導致電池不一致性加劇，嚴重影響了電池性能。這一難題給BMS提出了新的挑戰，即在電池組工作時實現各個單體電池之間的充放電均衡。一個好的均衡電路可以充分發揮電池性能，延長電池使用壽命。均衡分為能量耗散型和非能量耗散型均衡。能量耗散型以電阻均衡法為代表，其損耗大、溫升大、不適合大電流充電，無法實現放電均衡；非能量耗散型包含開關電容法、共享變壓器法和雙向可逆DC/DC。開關電容法時間常數大、均衡過程緩慢，效率低；共享變壓器法損耗大，成本高，實現困難；中國公開號CN101222149A公開了一種名稱為“串聯儲能電源三單體直接均衡器”的專利，該專利公開了一種采取Boost和Flyback兩種工作模式組合的均衡電路，然而它只能實現相鄰三個串聯儲能單體間直接雙向能量傳遞，并且電路結構復雜，實現困難。綜上，現有均衡技術都存在各種各樣的不足，多單體串聯電池系統任意兩個單體之間實現高效率、大電流充放電均衡仍然是BMS研發中面臨的難題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種多單體串聯動力鋰電池組充放電均衡電路，以解決現有均衡電路無法實現任意兩個單體之間實現高效率、大電流充放電均衡的問題。為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案一種多單體串聯動力鋰電池組充放電均衡電路，包括一個主控制模塊及與其通信連接的用于與一組串聯相接順次設置的單體電池對應連接的一組均衡模塊組，每個均衡模塊用于與一個單體電池一一對應；各均衡模塊均包括一個反激變壓器、兩個開關和一個或兩個以上并聯實現的電容組，每個均衡模塊反激變壓器的一個繞組用于與對應該單體電池的正負極連接，該均衡模塊的電容組與該繞組并聯，另一個繞組用于與順次連接的相鄰下一單體電池的正負極連接，每個繞組回路上串聯有一個開關，用于與每個反激變壓器的同名端對應連接的單體電池相應極端的極性相反。所述開關為開關管。每個均衡模塊反激變壓器的原邊繞組用于與對應該單體電池的正負極連接，且該均衡模塊的電容與該原邊繞組并聯，副邊繞組用于與順次連接的相鄰下一單體電池的對應負正極連接。所述原邊繞組回路上串聯的開關管串接在原邊繞組的同名端；所述副邊繞組回路上串聯的開關管串接在副邊繞組的非同名端。所述反激變壓器為雙向可逆DC/DC平面反激變壓器。所述開關管為MOSFET開關管。本專利技術的多單體串聯動力鋰電池組充放電均衡電路的均衡模塊由反激變壓器、兩個開關管和一個或兩個以上并聯實現的電容組組成，同時集成了其他功能電路，通過PWM 信號控制連接反激變壓器原副邊繞組的兩個開關管互補導通，通過控制反激變壓器原邊繞組和副邊繞組的導通順序，一方面實現電流旁路，另一方面實現能量在兩個相鄰電池之間向上轉移或向下轉移。N個單體電池之間通過直接或間接能量轉移，最終實現N個單體之間的能量均衡。該均衡電路可以實現向上均衡和向下均衡、充電均衡和放電均衡等功能，最終能夠實現所有單體電池間的能量平衡，屬于無損均衡、均衡電流大、均衡效率高、可擴展性好、便于實現，能夠達到大電流快速充電、增強電池安全性能、提高電池放電能力和使用壽命等目的。附圖說明圖1所示為本專利技術的結構示意圖2所示為充電或放電模式下，多單體串聯均衡拓撲結構示意圖； 圖3所示為恒流充電模式下，三單體串聯均衡拓撲結構示意圖； 圖4所示為向上均衡模式下，開關管SlO閉合、Sll斷開時的電流流向示意圖； 圖5所示為向上均衡模式下，開關管SlO斷開、Sll閉合時的電流流向示意圖； 圖6所示為向下均衡模式下，開關管S20斷開、S21閉合時的電流流向示意圖； 圖7所示為向下均衡模式下，開關管S20閉合、S21斷開時的電流流向示意圖。具體實施例方式下面結合具體的實施例對本專利技術進行進一步介紹。如圖1 圖2所示為本新型多單體串聯動力鋰電池組充放電均衡電路，由圖可知， 包括一個主控制模塊及與其通信連接的用于與一組串聯相接順次設置的單體電池對應連接的一組均衡模塊組，每個均衡模塊用于與一個單體電池一一對應；各均衡模塊均包括一個反激變壓器、兩個開關和一個或兩個以上并聯實現的電容組，每個均衡模塊反激變壓器的一個繞組用于與對應該單體電池的正負極連接，該均衡模塊的電容組與該繞組并聯，另一個繞組用于與順次連接的相鄰下一單體電池的正負極連接，每個繞組回路上串聯有一個開關，用于與每個反激變壓器的同名端對應連接的單體電池相應極端的極性相反。主控制模塊負責信息處理、對各個均衡模塊控制以及均衡策略的管理等；均衡模塊同時集成了其他功能電路，負責單體電池的電壓采集、溫度采集以及實現均衡等功能。本實施例中的反激變壓器為雙向可逆DC/DC平面反激變壓器；開關管為MOSFET開關管，均衡模塊中的單體電容可以用多個電容并聯實現。以N節單體串聯成組為例，其均衡拓撲結構示意圖如圖2所示最下方電池為 Celll，最上方電池為CellN，串聯的電池個數不限。每個均衡模塊主要由一個雙向可逆DC/ DC平面反激變壓器、兩個開關管以及一個電容組成。反激變壓器原邊繞組經由一個開關管連接當前電池正極和負極，反激變壓器副邊繞組經由另外一個開關管連接當前電池的正極 (也即上節電池的負極)和上一節電池的正極，電容與單體電池并聯。第N節電池(末端電池) 的均衡模塊并不參與均衡，僅實現電壓采集、溫度采集及通信等功能。各均衡模塊之間以及與控制模塊之間通過總線進行通信。本實施例中原邊繞組回路上串聯的開關管串接在原邊繞組的同名端，副邊繞組回路上串聯的開關管串接在副邊繞組的非同名端。通過PWM信號控制連接反激變壓器原副邊繞組的兩個開關管互補導通。通過控制反激變壓器原邊繞組和副邊繞組的導通順序，一方面實現電流旁路，另一方面實現能量在兩個相鄰電池之間向上轉移或向下轉移。N個單體電池之間通過直接或間接能量轉移，最終實現N個單體之間的能量均衡。通過選取合適的開關管、PWM控制信號、變壓器尺寸以及繞組方式等參數，可以實現大電流均衡，理論均衡電流可達數百安培。如圖3 圖7所示為三單體串聯均衡的拓撲結構示意圖，以三個單體鋰電池 CellU Cell2和Cell3串聯成組為例說明均衡模塊在充電時的工作情況充電機對電池組實施恒流充電，充電電流為Ic。根據示意圖3，兩個DC/DC反激變壓器T1、T2(虛線框部分) 分別并聯至Celll和Cell2兩端，Tl、T2的原邊繞組定義為P，副邊繞組定義為S。反激變壓器Tl原邊繞組上端定義為a，原邊繞組下端定義為c，副邊繞組上端定義為b，副邊繞組下端定義為d。a連接至Celll正極，c經由開關管SlO連接至Celll負極，b經由開關管 Sll連接至Celll正極，d則連接至上節電池Cell2的正極。反激變壓器T2原邊繞組上端定義為e，原邊繞組下端定義為g，副邊繞組上端定義為f，副邊繞組下端定義為h。e連接至 Cell2正極，g經由開關管本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種多單體串聯動力鋰電池組充放電均衡電路，其特征在于：包括一個主控制模塊及與其通信連接的用于與一組串聯相接順次設置的單體電池對應連接的一組均衡模塊組，每個均衡模塊用于與一個單體電池一一對應；各均衡模塊均包括一個反激變壓器、兩個開關和一個或兩個以上并聯實現的電容組，每個均衡模塊反激變壓器的一個繞組用于與對應該單體電池的正負極連接，該均衡模塊的電容組與該繞組并聯，另一個繞組用于與順次連接的相鄰下一單體電池的正負極連接，每個繞組回路上串聯有一個開關，用于與每個反激變壓器的同名端對應連接的單體電池相應極端的極性相反。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：呂少鋒，
申請(專利權)人：中航鋰電洛陽有限公司，
類型：發明
國別省市：41