基于H桥串联结构的电池组充电控制电路及其控制方法与流程

本发明涉及电池领域。

背景技术：

新能源技术快速发展，特别是锂电池在后备储能和电动汽车等领域的广泛应用，对关键的电池储能和电池管理技术提出更高要求，需要提升对电池组充电的有效性和均衡能力，使电池组的储能特性发挥到最佳。

电池组包技术对单体电池的一致性具有较高要求，否则因电池一致性问题严重影响电池组整体性能的发挥。但受电池技术限制，需要通过更好的电池管理技术解决电池一致性问题，降低电池组包对单体电池的一致性要求。

目前的被动均衡和主动均衡技术均存在效率低，实际应用效果不理想等问题。特别是主动均衡技术，包括电容飞度法、电压转换法，电路极为复杂、硬件体积大、应用成本高等缺陷。需要有更好的电池管理技术提升应用水平。

整个电池组的性能受制于单体电池失效或质量问题的影响。需要有更好的电池管理技术提高电池应用的可靠性和安全性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是实现一种电池组h桥串联结构，具备电池保护和主动均衡功能的充电控制电路。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：基于h桥串联结构的电池组充电控制电路，电池组由相互串联的电池单元构成，其特征在于：每个电池单元设有一个h桥组件，所述h桥组件由第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件依次首尾相连构成，所述电池单元的正极接入到第二开关元件和第四开关元件之间，所述电池单元的负极接入到第一开关元件和第三开关元件之间，所述第三开关元件和第四开关元件之间引出电源线作为该电池单元的第一电极与其他电池单元串联，所述第一开关元件和第二开关元件之间引出电源线作为该电池单元的第二电极与其他电池单元串联。

所述电池组充电控制电路包括电池管理单元，所述电池管理单元获取每个电池单元的参数信号，并输出控制信号至每个开关元件。

每个电池单元的第一电极和第二电极与电压采集单元连接，所述电压采集单元输出所采集电池单元的电压值信号至电池管理单元。

每个电池单元的第一电极与另一个电池单元的第二电极连接，其中位于首端的电池单元的第一电极连接电池组的第一充电接口，位于末端的电池单元的第二电极连接电池组的第二充电接口。

当第一开关元件和第四开关元件闭合，第二开关元件和第三开关元件断开，则第一电极为正极，第二电极为负极；当第一开关元件和第四开关元件断开，第二开关元件和第三开关元件闭合，则第一电极为负极，第二电极为正极。

所述电池组的充电接口设有输入电流正负极单元，所述输入电流正负极单元输出当前充电接口的正负极接入状况信号至电池管理单元。

所述充电接口与电池单元连接的导线上设有充电开关，所述电池管理单元输出通断信号至充电开关。

利用所述基于h桥串联结构的电池组充电控制电路的控制方法；开始充电时，判断第一充电接口和第二充电接口输入电流的正负极；

若第一充电连接正极，第二充电接口连接负极，则控制每个电池单元的第一开关元件和第四开关元件闭合，第二开关元件和第三开关元件断开；

若第一充电连接负极，第二充电接口连接正极，则控制每个电池单元的第一开关元件和第四开关元件断开，第二开关元件和第三开关元件闭合。

开始充电前，充电开关常开，当感应到第一充电接口和第二充电接接入电源且执行完每个电池单元的开关元件通断任务后，闭合充电开关，当感应到第一充电接口和第二充电接与电源断开后，恢复充电开关常开。

当检测到某一个或多个电池单元电压偏高或状态异常时，则控制该电池单元的第一开关元件和第三开关元件闭合，第二开关元件和第四开关元件断开；或者控制该电池单元的第一开关元件和第三开关元件断开，第二开关元件和第四开关元件闭合；

当检测到某一个或多个电池单元电压偏高时，若第一充电连接正极，第二充电接口连接负极，则控制该电池单元的第一开关元件和第四开关元件断开，第二开关元件和第三开关元件闭合；

若第一充电连接负极，第二充电接口连接正极，则控制该电池单元的第一开关元件和第四开关元件闭合，第二开关元件和第三开关元件断开。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、可将单体电池(或单体电池组)加入串联组合，也可完全旁路出串联组合，可以控制充电电流经过或不经过任意单体电池(或单体电池组)，即可达到均衡电流等于充电电流的高效率均衡。

2、可将单体电池(或单体电池组)反向加入串联组合，做放电连接，进行更高效的主动均衡。

3、电池组中的每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分充电，使电池组的储能特性发挥到最佳，且不依赖于对单体电池的一致性要求。

4、每个单体电池(或单体电池组)仅使用场效应管、继电器或其它开关器件搭建的h桥电路作为导通和关断控制，即可实现串入或旁路控制，电路简洁，控制简单，成本低廉。

5、可通过控制h桥的导通桥臂自适应充电器的正、负极方向。

6、特别对单体电池(或单体电池组)发生失效或质量问题，可完全旁路在串联组合外，提供电池组应用的可靠性和安全性。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为基于h桥串联结构的电池组充电控制电路示意图；

图2为第一电极为正极，第二电极为负极时，开关元件状态示意图；

图3为第一电极为负极，第二电极为正极时，开关元件状态示意图；

图4为出现某个电池单元电压偏高或状态异常时，开关元件状态示意图；

图5为出现某个电池单元电压偏高时，开关元件状态示意图。

具体实施方式

如图1所示，是一种电池组h桥串联结构，具备电池保护和主动均衡功能的充电控制电路。该电路设计可兼容充电电压正向或反向连接，通过控制电流的导通路径对每个单体电池(或单体电池组)进行充电控制，可实现与母线电流大小相同的主动均衡能力。通过动态控制，电池组中的每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分充电。

电池组中的每个单体电池(或单体电池组)通过场效应管、继电器或其它开关器件搭建的h桥电路进行通断控制，h桥输出端连接电池组串联母线。通过h桥电路将单体电池(或单体电池组)串入母线，或将单体电池(或单体电池组)旁路出串联组合。

单体电池(或单体电池组)通过h桥输出端连接电池组串联母线，sx_4、sx_1开关导通实现电池电压正向输出，sx_2、sx_3开关导通实现电池电压反向输出，该级单体电池(或单体电池组)串入母线，通过母线电流。sx_2、sx_4开关导通或sx_1、sx_3开关导通，则短接串联母线，该级单体电池(或单体电池组)旁路出串联组合，不通过母线电流。

该充电控制电路可以大大降低电池组包对单体电池一致性的要求，可对电池组中的每个单体电池(或单体电池组)实现充电保护和主动均衡。每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分充电。通过该发明技术，可将存在问题的单体电池(或单体电池组)彻底排除在串联组合外，不会因个别单体电池(或单体电池组)的损坏影响电池组的使用，大大提高系统的安全性和可靠性。

如图2所示，根据充电器的正、负极方向，可导通合适桥臂进行充电连接。sx_4、sx_1开关导通，所有单体电池(或单体电池组)的正极通过sx_4接入串联母线，负极通过sx_1接入串联母线。充电电流经过电池组中的所有电池单元。

如图3所示，根据充电器的正、负极方向，可导通合适桥臂进行充电连接。sx_2、sx_3开关导通，所有单体电池(或单体电池组)的正极通过sx_2接入串联母线，负极通过sx_3接入串联母线。充电电流经过电池组中的所有电池单元。

如图4所示，1组或多组单体电池(或单体电池组)电压偏高或状态异常，旁路出串联组合的充电控制逻辑：可选择导通上桥臂或下桥臂短接串联母线，该级单体电池(或单体电池组)旁路出串联组合，不通过充电电流。

如存在异常的b2电池单元，控制该电池h桥电路上桥臂s2_2、s2_4开关导通，该级串联母线被短接，b2电池旁路出串联组合，不通过充电电流。如存在异常的b3电池单元，控制该电池h桥电路上桥臂s3_1、s3_3开关导通，该级串联母线被短接，b3电池旁路出串联组合，不通过充电电流。

如图5所示，1组或多组单体电池(或单体电池组)电压偏高，进行放电均衡的充电控制逻辑：电压偏高的单体电池(或单体电池组)也可通过h桥电路反向串入母线进行放电连接，更高效的进行主动均衡。

其它电池单元h桥电路sx_4、sx_1开关导通，相应的电池单元顺向接入串联母线，进行充电连接。但存在电压偏高的b2电池单元，h桥电路s2_2、s2_3开关导通，该级电池反向加入串联组合，做放电连接，进行更高效的主动均衡。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。