一种锂离子动力电池组充放电主动均衡电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电池充放电技术领域，具体涉及一种锂离子动力电池组充放电主动均衡电路。
【背景技术】
[0002]现代电动汽车多采用串联式动力电池组，锂离子动力电池将会在未来一段时间内大量使用。动力电池的安全、高效使用对于电动汽车的正常运行具有重要的意义。
[0003]电池组在使用过程中，由于各单体电池之间存在不一致性，连续的充放电循环导致的差异，将使某些单体电池的容量加速衰减。由于在制作过程中的工艺等原因，即使是同批次、同型号的电池，也存在容量、内阻等方面的差异，并且在长期的使用过程中，这种差异会越来越大，进而导致动力电池组充放电时的不均衡。不均衡性对串联电池组的性能影响很大，将会降低电池组的整体容量，缩短使用寿命。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种锂离子动力电池充放电主动均衡电路，作为车载动力电池组电池管理系统的一部分，是对现有充放电均衡的一种改进，该均衡电路简单可靠，易于控制，对动力电池组进行均衡时，基本不消耗动力电池组电能，主动均衡过程快速、高效，能够有效管理电池充放电状态，进而延长电池寿命。
[0005]本发明提供的一种锂离子动力电池充放电主动均衡电路，包括基于超级电容器的单体电池间充放电主动均衡电路和电池模块、单体电池和外部电源间充放电主动均衡电路两部分。
[0006]基于超级电容器的单体电池间充放电主动均衡电路包括电压采集模块、单体电池选择电路、换向电路和超级电容器。单体电池选择电路用于选择将要进行电压均衡的单体电池，换向电路和超级电容器用于对选择的单体电池进行电压均衡管理。电池模块、单体电池和外部电源间充放电主动均衡电路包括电压采集模块、单体电池选择电路、换向电路和电压均衡电路。电压均衡电路连接有电池模块和外部电源，用于对选择的单体电池进行电压均衡管理，或对电池模块进行电压均衡管理。电池模块、单体电池和外部电源间充放电主动均衡电路能实现电池模块与单体电池间充放电主动均衡管理，外部电源与单体电池间充放电主动均衡管理和外部电源和电池模块间充放电主动均衡管理。
[0007]电压采集模块连接电池模块中的各个单体电池，实时采集各单体电池的电压，将采集得到的电压数据发送给电池管理系统的控制单元。
[0008]单体电池选择电路包括N+1条并联的支路，其中，奇数支路的输出端并联一起作为一个公共输出端，偶数支路的输出端并联一起作为一个公共输出端;每条支路上串联两个M0SFET，且两个MOSFET并联的二极管反向串联，每个单体电池的正极和负极均串联有一条支路，N为单体电池的个数。
[0009]换向电路包括4个MOSFET，2个MOSFET分为一组;第一组的两个MOSFET的漏极并联一起作为一个输出端，两个MOSFET的源极分别连接到单体选择电路的两个公共输出端上；第二组的两个MOSFET的源极并联一起作为一个输出端，两个MOSFET的漏极分别连接到单体选择电路的两个公共输出端。在基于超级电容器的单体电池间充放电主动均衡电路中，换向电路的两个输出端分别连接到超级电容器的正极和负极。在电池模块、单体电池和外部电源间充放电主动均衡电路中，换向电路的两个输出端与电压均衡电路的一个副边电路相连。电压均衡电路的副边电路是由一个MOSFET和变压器的副边绕组串联组成。电池管理系统的控制单元通过控制相应MOSFET的通断，通过单体电池选择电路选择需要均衡的单体电池，通过换向电路使需要均衡的单体电池的正负极与超级电容器或电压均衡电路的正负极极性相同。
[0010]电压均衡电路包括变压器和MOSFET，电压均衡电路的原边电路由外部电源或电池模块与一个MOSFET和变压器的一个绕组串联组成，副边电路由对应的变压器绕组和一个MOSFET串联组成，超级电容器的两端就是均衡电路输出端。电压均衡电路可以实现能量的双向交换，即可以实现电池单体的充放电双向均衡。
[0011 ] 所述的MOSFET均由电池管理系统的控制单元控制开断。
[0012]相对于现有技术，本发明的优点和积极效果在于:
[0013]I)本发明提供的锂离子动力电池充放电主动均衡电路均衡过程简单可靠，易于控制;
[0014]2)本发明提供的锂离子动力电池充放电主动均衡电路利用既可以用外部电源或电池模块对单体电池进行均衡，也可以是同一电池模块的单体电池间利用超级电容进行充放电均衡；
[0015]3)本发明提供的锂离子动力电池充放电主动均衡电路可以实现外部电源对电池模块进行充放电主动均衡管理；
[0016]4)本发明提供的锂离子动力电池充放电主动均衡电路的主动均衡过程快速、高效，能够有效管理电池充放电状态，进而延长电池寿命。
【附图说明】
[0017]图1是基于超级电容器的单体电池间充放电主动均衡电路；
[0018]图2是电池模块、单体电池和外部电源间充放电主动均衡电路；
[0019]图3是本发明均衡电路单体电池向超级电容器放电时的等效电路图；
[0020]图4是本发明均衡电路超级电容器向单体电池充电时的等效电路图；
[0021]图5是本发明均衡电路单体电池向电池模块放电时的等效电路图；
[0022]图6是本发明均衡电路电池模块向单体电池充电时的等效电路图；
[0023]图7是本发明均衡电路单体电池向外部电源放电时的等效电路图；
[0024]图8是本发明均衡电路外部电源向单体电池充电时的等效电路图；
[0025]图9是本发明均衡电路外部电源向电池模块充电时的等效电路图；
[0026]图1O是本发明均衡电路电池模块向外部电源放电时的等效电路图。
[0027]图中:
[0028]101-超级电容器； 102-换向电路；103-单体电池选择电路；104-电池模块；
[0029]105-电压采集模块；106-单体电池；107-电压均衡电路； 108-外部电源；
[0030] 109-变压器；2-M0SFET
【具体实施方式】
[0031 ]下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
[0032]本发明提供一种锂离子动力电池充放电主动均衡电路，包括基于超级电容器的单体电池间充放电主动均衡电路和电池模块、单体电池和外部电源间充放电主动均衡电路两部分。基于超级电容器的单体电池间充放电主动均衡电路，如图1所示，包括超级电容器101、换向电路102、单体电池选择电路103、电池模块104和电压采集模块105。电池模块、单体电池和外部电源间充放电主动均衡电路如图2所示，包括换向电路1 2、单体电池选择电路103、电压采集模块105、电压均衡电路107、电池模块104以及外部电源108。
[0033]图1中，电压采集模块105用于实时采集某电池模块104中各单体电池的电压，与各个单体电池106相连接，将采集得到的电压数据发送给电池管理系统的控制单元。单体电池选择电路103用于选择将要进行电压均衡的单体电池106，换向电路102使单体电池选择电路103的输出端极性与超级电容器101的极性一致，从而进行单体电池106的电压均衡管理。在本发明电路中，MOSFET(金属-氧化层半导体场效晶体管)可以采用如下任意一种器件或者任意两种器件的组合替换:W0S管、PMOS管、DUAL匪OS管或DUAL PMOS管。图1和图2中标号2指代MOSFET。
[0034]单体电池选择电路103由多个MOSFET组成，如图1所示，单体电池选择电路103包括N+1条并联的支路，其中奇数支路的输出端并联在一起作为单体电池选择电路103的一个公共输出端，偶数支路的输出端并联在一起作为单体电池选择电路103