一种用于储能电池BMS的补电型主动均衡控制电路

本技术涉及动力电池管理，尤其涉及一种用于储能电池bms的补电型主动均衡控制电路。

背景技术：

1、新能源汽车开发是现今汽车制造业的主流研究方向。与传统燃油动力相比，新能源电动汽车的动力来源是电，电能具有污染小，能二次利用等多种优点。纯电动汽车的动力来源是车载动力电池，对动力电池状态参数的正确评估、处理很大程度地影响电动汽车整体的能量分配以及工作能力等方面。然而，电池在制作过程中由于原材料的性能差异，设备工艺参数和制作过程等方面难以做到完全相同，使得即使是同一批次的单体间也会存在较大差异。同时，电池组的环境温度，充放电工作电流等工作过程中的相应参数不一致也会使得单体电池出现明显不一致性。而单体间的不一致性会导致电池出现“过充”“过放”现象，严重影响电池使用次数及安全，大幅度缩短电池寿命，甚至发生短路等危险情况。

2、针对单体电池的不一致问题，常用的方法是在电池充放电场景中增加均衡电路，即bms电池管理系统中的均衡部分，对单体的电量进行调节管理，最大程度上弥补单体电池在充放电过程中的不一致性。现有的均衡研究可分为被动均衡和主动均衡两大类，按照能量损耗方式可分为能量耗散型、能量转移型和能量补充型，其中被动均衡电路是通过在单体电池间并联电阻分流，将多余能量消耗掉来实现均衡，虽然成本小，电路搭建比较简单，但是该均衡方式在使用中会产生大量热量，会影响原本对温度参数要求较高的单体电池，同时造成的热量损失会大幅度降低能量利用率，这些缺点导致被动均衡不适用于新能源电动汽车的使用。

3、主动均衡电路则很好的改进了这些缺点，和被动均衡耗散能量不同，主动均衡电路采用的是先将单体间的能量暂时存储于电容电感等中间元件内，之后再根据实际情况将能量分配给需要均衡的单体电池，因此主动均衡属于能量无损型电路，很大程度削减了被动均衡对能量的浪费。随着人们对新能源电动汽车的不断研究，对主动均衡高效性、高能量转换率的实现也是当前研究的热点问题，现有的主动均衡电路存在制作成本较高，结构相对复杂，性能有待提升等不足之处。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本申请提出了一种用于储能电池bms的补电型主动均衡控制电路，以便弥补单体电池间的不一致性，实现对电池组的单体电池主动均衡，有效延长电池的使用寿命，保证电池组的健康工作。

2、为了实现上述目的，本申请提出了一种用于储能电池bms的补电型主动均衡控制电路，包括依次相连接的反激式开关电源单元、恒流输出源单元、均衡控制单元，三部分电路相互配合；其中所述反激式开关电源单元用于将外置电源电压转化为n路互相隔离的直流电源，为各个恒流输出源单元供电，其中n≥1，且n为正整数；所述恒流输出源单元采用n个，各个恒流输出源单元用于将所述反激式开关电源单元输出的各路直流电源转化为可控恒压、恒流输出，各个恒流输出源单元的输出供给至所述均衡控制单元，用于给各个单体电池均衡补电；所述均衡控制单元用于监测电池组中各个单体电池，当单体电池的电压不在预设范围内时，所述均衡控制单元利用所述恒流输出源单元的输出对相应的单体电池进行均衡补电。

3、在一些实施例中，所述反激式开关电源单元包括供电电源单元、变压器以及ic脉宽调制控制单元，其中所述供电电源单元与所述变压器的原边输入端相连接，所述供电电源单元用于为所述变压器的原边提供输入电压，所述供电电源单元还与所述ic脉宽调制控制单元相连接，为其提供起始供电电压；所述变压器包括(n+1)个副边输出端，其中n个副边输出端与n个恒流输出源单元对应相连接，且该n个副边输出端的输出电压相同，分别为n个恒流输出源单元供电，另一个副边输出端与所述ic脉宽调制控制单元相连接，为其供电，n个副边输出端中的一个副边输出端也与所述ic脉宽调制控制单元相连接，所述ic脉宽调制控制单元用于检测n个副边输出端的输出电压高低，根据检测结果来调整所述ic脉宽调制控制单元中mos管的开关频率，以控制变压器的原边电压输入。

4、在一些实施例中，每个恒流输出源单元均包括稳压输出单元、信号处理及反馈单元以及信号采集及显示单元，其中所述稳压输出单元的输入端与所述变压器的n个副边输出端中的一个相连接，所述稳压输出单元的输出端与所述均衡控制单元相连接，所述稳压输出单元用于将所述反激式开关电源单元输出的电压进行稳压输出；所述稳压输出单元还分别与所述信号处理及反馈单元以及信号采集及显示单元相连接，所述信号处理及反馈单元用于采集所述稳压输出单元的输出信号，并将该输出信号进行运放处理，之后将处理后的信号反馈至所述稳压输出单元，以调节所述稳压输出单元的输出；所述信号采集及显示单元用于采集所述稳压输出单元的输入以及输出参数，并将上述参数进行显示。

5、在一些实施例中，所述均衡控制单元包括控制单元、电池组监视单元以及均衡补电单元，其中所述电池组监视单元用于监测电池组中各个单体电池，并将监测结果实时传输至所述控制单元，所述控制单元用于根据所述电池组监视单元传送来的信号判断是否使所述均衡补电单元工作，所述均衡补电单元用于接收所述控制单元的控制信号利用恒流输出源单元的输出对相应的单体电池进行均衡补电。

6、本申请的该方案的有益效果在于上述用于储能电池bms的补电型主动均衡控制电路，能够实现对单体电池均衡条件的正确判断处理，实现各个单体电池主动均衡补电互不干扰，避免多电源共地时出现的短路等特殊情况，同时加强能量利用效率，能够安全、可靠地实现主动均衡，极大节省了开发的成本，提高电池充放电工作效率，为工作人员的使用和维修等都提供了便利。

技术特征：

1.一种用于储能电池bms的补电型主动均衡控制电路，其特征在于：包括依次相连接的反激式开关电源单元、恒流输出源单元、均衡控制单元，三部分电路相互配合；其中所述反激式开关电源单元用于将外置电源电压转化为n路互相隔离的直流电源，为各个恒流输出源单元供电，其中n≥1，且n为正整数；所述恒流输出源单元采用n个，各个恒流输出源单元用于将所述反激式开关电源单元输出的各路直流电源转化为可控恒压、恒流输出，各个恒流输出源单元的输出供给至所述均衡控制单元，用于给各个单体电池均衡补电；所述均衡控制单元用于监测电池组中各个单体电池，当单体电池的电压不在预设范围内时，所述均衡控制单元利用所述恒流输出源单元的输出对相应的单体电池进行均衡补电。

2.根据权利要求1所述的用于储能电池bms的补电型主动均衡控制电路，其特征在于：所述反激式开关电源单元包括供电电源单元、变压器以及ic脉宽调制控制单元，其中所述供电电源单元与所述变压器的原边输入端相连接，所述供电电源单元用于为所述变压器的原边提供输入电压，所述供电电源单元还与所述ic脉宽调制控制单元相连接，为其提供起始供电电压；所述变压器包括n+1个副边输出端，其中n个副边输出端与n个恒流输出源单元对应相连接，且该n个副边输出端的输出电压相同，分别为n个恒流输出源单元供电，另一个副边输出端与所述ic脉宽调制控制单元相连接，为其供电，n个副边输出端中的一个副边输出端也与所述ic脉宽调制控制单元相连接，所述ic脉宽调制控制单元用于检测n个副边输出端的输出电压高低，根据检测结果来调整所述ic脉宽调制控制单元中mos管的开关频率，以控制变压器的原边电压输入。

3.根据权利要求2所述的用于储能电池bms的补电型主动均衡控制电路，其特征在于：每个恒流输出源单元均包括稳压输出单元、信号处理及反馈单元以及信号采集及显示单元，其中所述稳压输出单元的输入端与所述变压器的n个副边输出端中的一个相连接，所述稳压输出单元的输出端与所述均衡控制单元相连接，所述稳压输出单元用于将所述反激式开关电源单元输出的电压进行稳压输出；所述稳压输出单元还分别与所述信号处理及反馈单元以及信号采集及显示单元相连接，所述信号处理及反馈单元用于采集所述稳压输出单元的输出信号，并将该输出信号进行运放处理，之后将处理后的信号反馈至所述稳压输出单元，以调节所述稳压输出单元的输出；所述信号采集及显示单元用于采集所述稳压输出单元的输入以及输出参数，并将上述参数进行显示。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的用于储能电池bms的补电型主动均衡控制电路，其特征在于：所述均衡控制单元包括控制单元、电池组监视单元以及均衡补电单元，其中所述电池组监视单元用于监测电池组中各个单体电池，并将监测结果实时传输至所述控制单元，所述控制单元用于根据所述电池组监视单元传送来的信号判断是否使所述均衡补电单元工作，所述均衡补电单元用于接收所述控制单元的控制信号利用恒流输出源单元的输出对相应的单体电池进行均衡补电。

技术总结
本技术提出一种用于储能电池BMS的补电型主动均衡控制电路，包括依次相连的反激式开关电源单元、恒流输出源单元、均衡控制单元；其中反激式开关电源单元用于将外置电源电压转化为N路互相隔离的直流电源，为各恒流输出源单元供电；恒流输出源单元采用N个，各恒流输出源单元用于将反激式开关电源单元输出的各路直流电源转化为可控恒压、恒流输出，各恒流输出源单元的输出供给至均衡控制单元，用于给各单体电池均衡补电；均衡控制单元用于监测电池组中各单体电池，当单体电池的电压不在预设范围内时，均衡控制单元利用恒流输出源单元的输出对相应的单体电池进行均衡补电。上述电路能弥补单体电池间的不一致性，实现对单体电池主动均衡。

技术研发人员：于全庆,徐超,周广辉,邓焕勇
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（威海）
技术研发日：20230531
技术公布日：2024/1/14