一种用于电池组多级电压调节主动均衡电路和方法与流程

本发明涉及电池主动均衡，尤其涉及一种用于电池组多级电压调节主动均衡电路和方法。

背景技术：

1、为了提升电池容量，电池组中的电池串并联数目不断增加，但电池组中单体电压的不一致性会严重影响到电池容量，同时也会影响到电池组的使用寿命。依据“木桶效应”，电池组在循环寿命和容量利用率等方面明显劣于单体性能。随着电池组的循环使用，单体不一致性将加剧，进一步恶化电池的成组特性，极易发生少数单体过充过放情况，从而导致电池组性能大幅衰减，极端情况下甚至可能燃烧、爆炸等恶性事故。

2、因此需要对电池组单体电压进行均衡，目前电池组单体电压均衡方式可分为主动均衡和被动均衡。被动均衡时高压电芯通过电阻消耗多余电能，其特点有：均衡电流小、均衡时间长、电能浪费严重、发热严重、无法补偿低压电芯。如图1所示，目前主动均衡控制逻辑与结构较为复杂，且只能进行单节电芯的均衡，均衡效率没有充分发挥，且无法自由选择低压电池簇进行充电。

技术实现思路

1、本发明针对目前只能进行单节电芯均衡，主动均衡效率过低的技术问题，设计了一种用于电池组多级电压调节主动均衡电路和方法。

2、本发明提供一种用于电池组多级电压调节主动均衡电路，应用于电池组，所述电池组包括若干节电池；

3、所述主动均衡电路包括：电池管理系统、buck-boost升降压电路、开关驱动电路；

4、所述电池管理系统，连接至每节所述电池的正负极，用于采集所述电池的电压和充放电电流，计算所述电池所需的输出电压；连接至所述开关驱动电路，用于控制所述开关驱动电路；

5、所述buck-boost升降压电路，包含若干buck-boost升降压子电路、母线电感l，每个buck-boost升降压子电路的输入端分别连接至所述电池的正负极，用于调节所述电池的单体电压；每个buck-boost升降压子电路的输出端连接至母线电感l；

6、所述开关驱动电路，连接至所述buck-boost升降压电路的驱动端，用于驱动所述buck-boost升降压电路通断。

7、进一步，所述buck-boost升降压子电路包括：可控开关元件q1、可控开关元件q2、可控开关元件q3、储能电感l1、二极管d1、二极管d2、电容c1；

8、所述电池正极依次连接有所述可控开关元件q1、二极管d1、可控开关元件q2、母线电感l、可控开关元件q3、二极管d2形成回路；

9、所述储能电感l1并联至所述电池的正负极，用于存储释放电能；

10、所述电容c1并联至所述储能电感l1两端，用于稳压；

11、所述开关驱动电路分别连接至所述可控开关元件q1、可控开关元件q2、可控开关元件q3的驱动端，用于选择充放电回路。

12、进一步，所述二极管d1的负极连接至所述可控开关元件q1，所述二极管d1的正极连接至所述可控开关元件q2，用于防止所述储能电感l1在储能过程中损失电能；

13、所述二极管d2的负极连接至所述可控开关元件q3，所述二极管d2的正极连接至所述电池的负极，用于防止均衡开启时短路。

14、本发明提供一种用于电池组多级电压调节主动均衡方法，包括：

15、当所述电池管理系统检测到任意所述电池的端电压≥3.55v，计算所述电池所需的输出电压，通过所述开关驱动电路驱动所述buck-boost升降压子电路的电池放电回路导通，通过所述电池对所述储能电感l1、母线电感l充电；

16、当所述电池管理系统检测到任意所述电池的端电压＜3.5v，计算所述电池所需的输入电压，通过所述开关驱动电路驱动所述buck-boost升降压子电路的电池充电回路导通，通过所述母线电感l对所述电池充电。

17、进一步，所述计算所述电池所需的输出电压包括：

18、通过所述电池的输入电压uin、正占空比周期ton、负占空比周期toff计算所述电池的所需的输出电压uout，计算公式为：uout＝uin*ton/toff。

19、进一步，所述计算所述电池所需的输入电压包括：

20、通过所述电池的输出电压uout、正占空比周期ton、负占空比周期toff计算所述电池的所需的输入电压uin，计算公式为：uin＝uout*toff/ton。

21、进一步，所述通过所述开关驱动电路驱动所述buck-boost升降压子电路的电池放电回路导通包括：

22、在正占空比周期内，通过所述开关驱动电路驱动储能电感充电回路导通；

23、在负占空比周期内，通过所述开关驱动电路驱动母线电感充电回路导通。

24、进一步，所述在正占空比周期内，通过所述开关驱动电路驱动储能电感充电回路导通包括：

25、所述开关驱动电路驱动所述可控开关元件q1闭合，所述可控开关元件q2和可控开关元件q3断开。

26、进一步，所述在负占空比周期内，通过所述开关驱动电路驱动母线电感充电回路导通包括：

27、所述开关驱动电路驱动所述可控开关元件q1断开，所述可控开关元件q2和可控开关元件q3闭合。

28、进一步，所述通过所述开关驱动电路驱动所述buck-boost升降压子电路的电池充电回路导通包括：

29、所述开关驱动电路驱动所述可控开关元件q1、可控开关元件q2、可控开关元件q3闭合。

30、本发明具有如下优点：

31、一是通过电池管理芯片对电池组的任意电池进行动态电压监测，并通过电压值和正负占空比进行计算任意电池的所需的电压，实现动态计算，确保均衡的准确性。

32、二是通过buck-boost升降压电路配合电池管理芯片控制任意电池回路的升降压，利用buck-boost升降压电路进行均衡通道的选择，实现动态均衡，不需要过于复杂的电路即可实现主动均衡。

33、三是通过干buck-boost升降压子电路结合母线电感l，可以同时对多节电池进行主动均衡，当其中某一节或者一组电池电压过高或者过低时，实现从高电压转移到低电压，利用buck-boost升降压子电路内的电感和电容存储电能，还利用母线电感l存储电能，实现电能存储再利用。

技术特征：

1.一种用于电池组多级电压调节主动均衡电路，其特征在于，

2.如权利要求1所述的用于电池组多级电压调节主动均衡电路，其特征在于，所述buck-boost升降压子电路包括：可控开关元件q1、可控开关元件q2、可控开关元件q3、储能电感l1、二极管d1、二极管d2、电容c1；

3.如权利要求2所述的用于电池组多级电压调节主动均衡电路，其特征在于，所述二极管d1的负极连接至所述可控开关元件q1，所述二极管d1的正极连接至所述可控开关元件q2，用于防止所述储能电感l1在储能过程中损失电能；

4.一种用于电池组多级电压调节主动均衡方法，如权利要求1-3所述任意一项的用于电池组多级电压调节主动均衡电路，其特征在于，包括：

5.如权利要求4所述的用于电池组多级电压调节主动均衡方法，其特征在于，所述计算所述电池所需的输出电压包括：

6.如权利要求4所述的用于电池组多级电压调节主动均衡方法，其特征在于，所述计算所述电池所需的输入电压包括：

7.如权利要求4所述的用于电池组多级电压调节主动均衡方法，其特征在于，所述通过所述开关驱动电路驱动所述buck-boost升降压子电路的电池放电回路导通包括：

8.如权利要求7所述的用于电池组多级电压调节主动均衡方法，其特征在于，所述在正占空比周期内，通过所述开关驱动电路驱动储能电感充电回路导通包括：

9.如权利要求7所述的用于电池组多级电压调节主动均衡方法，其特征在于，所述在负占空比周期内，通过所述开关驱动电路驱动母线电感充电回路导通包括：

10.如权利要求4所述的用于电池组多级电压调节主动均衡方法，其特征在于，所述通过所述开关驱动电路驱动所述buck-boost升降压子电路的电池充电回路导通包括：

技术总结
本发明公开了一种用于电池组多级电压调节主动均衡电路和方法，所述主动均衡电路包括：电池管理系统、BUCK‑BOOST升降压电路、开关驱动电路；所述BUCK‑BOOST升降压电路，包含若干BUCK‑BOOST升降压子电路、母线电感L，每个BUCK‑BOOST升降压子电路的输入端分别连接至所述电池的正负极，用于调节所述电池的单体电压；每个BUCK‑BOOST升降压子电路的输出端连接至母线电感L。所述方法包括：当电池的端电压较高时，计算电池所需的输出电压，BUCK‑BOOST升降压子电路的电池放电回路导通，通过电池对储能电感L1、母线电感L充电；当电池的端电压较低时，计算电池所需的输入电压，BUCK‑BOOST升降压子电路的电池充电回路导通，通过母线电感L对电池充电。实现整个电池组的充放电主动均衡。

技术研发人员：黄鑫,陈汝蓁,陈炜明,沈少武,孟超,陈文全
受保护的技术使用者：中航太克（厦门）电力技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14