一种电池组能量均衡结构及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电池管理技术领域，具体是一种电池组均衡拓扑结构及其具体电路设计。
【背景技术】
[0002]由于电池单体电压较低的限制，在很多场合中需要将多个电池单体串联组成电池组，以获得较高的电压满足应用的需求。由于电池单体的制造过程和使用环境等因素的影响，串联使用的电池单体之间的性能存在一定的差异，造成无法最大化使用电池组性能以及降低电池组寿命，严重情况下还会造成电池组使用的安全问题。针对电池组中单体性能不一致的问题，设计简洁高效的电池组均衡结构成为了一个重要的研究方向。因此，人们提出了许多方法以期消除电池单体性能不一致对电池组造成的影响。
[0003]中国专利公开号为CN 103023107 A(申请号201210528624.1)的新型的锂电池组均衡电路公开了一种均衡结构，该结构需要通过一个电容作为能量临时存储器件，控制复杂，均衡速度较慢。
[0004]中国专利公开号为CN 102761165 A(申请号201210272662.5)的一种动态均衡管理系统公开了一种均衡结构，其未对能量传输电路和开关阵列的具体设计进行描述。
[0005]中国专利公开号为CN 103066665 A(申请号201310019905.9)的一种主动均衡电路及其均衡方法公开了一种均衡结构，该均衡结构中的能量传输电路的控制复杂，实现比较困难，同时未对开关阵列的驱动设计进行声明。
[0006]中国专利公开号为CN 102832652 A(申请号201110450896.X)的一种主动均衡电路公开了一种均衡结构，其开关阵列是由继电器组成的，体积重量大，成本高，能耗高，同时其未描述能量传输电路的具体实现方法。
[0007]中国专利公开号为CN 103401289 A(申请号201310341524.2)的一种用于电池管理系统的均衡切换控制电路公开了一种切换控制电路的控制方法，其使用固态继电器受到最大电压的限制，且成本高，功耗大。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种电路简洁，控制简单，能耗低，成本低的电池组均衡结构，避免上述现有技术中所存在的不足。
[0009]为实现上述目的，本发明的方案是:一种电池组均衡结构，包括一个能量隔离传输电路和开关阵列，能量隔离传输电路的输入和输出端电气隔离，开关阵列可以将电池组中的每个单体与能量隔离传输电路的输入和输出端相连，开关阵列包括两组，A侧开关阵列与能量隔离传输电路的输入端相连，B侧开关阵列与能量隔离传输电路的输出端相连。
[0010]所述开关阵列共有4n个开关，每个电池单体对应4个开关，每个开关由两个MOS管组成，采用电池组中各个电池单体之间的电势差实现MOS管的驱动。对于电池组中的单体Bn、Bn-1、Bn_2，使用PMOS开关管，将PMOS开关管的栅极经过一个光耦与电池组中相比开关管所对应的单体的电势更低的电势点相连，如，单体Bn对应的PMOS开关管KAn和KBn的栅极通过光耦与单体Bn-3的负极相连；对于单体B1、B2、...、Bn-3,使用NMOS开关管，NMOS开关管的栅极通过一个光耦与电池组中相比开关管所对应的单体的电势更高电势点相连，如，单体BI对应的NMOS开关管KAl和KBl的栅极通过光耦与单体B4的正极相连。
[0011]所述能量隔离传输电路以反激隔离DC/DC转换器为基本结构，并包括隔离电源B0505S，隔离驱动，电流检测以及关断缓冲电路。隔离电源B0505S为隔离驱动供电，隔离驱动的输入端用高速光耦OPT隔离，高速光耦的输入信号是控制开关管SI的PWM信号，高速光耦的输出端与两个MOS管的栅极相连，S2为NM0S，S3为PMOS，S2的源极和S3的源极相连，经过一个电阻R2与反激隔离DC/DC转换器的开关管SI的栅极相连。电流检测使用霍尔传感器检测电流，如ACS712，确保电流检测与反激隔离DC/DC转换器完全电气隔离。关断缓冲电路由一个电阻，一个电容和一个二极管串并联组成，吸收高频变压器漏感释放储能所引起的尖峰电压，保护开关管SI。反激隔离DC/DC转换器亦可由其它隔离DC/DC转换器替换，如正激隔离DC/DC转换器或变压器等。
[0012]本发明与现有电池组均衡电路相比，开关阵列采用电池组中各个电池单体之间的电势差实现MOS管的驱动，电路更加简洁、功耗低、成本低，能量隔离传输电路能够实现输入和输出侧的完全隔离，输入和输出侧可同时与电池单体相连并传递能量，控制简单。
【附图说明】
[0013]图1是本发明电池组能量均衡结构拓扑图
[0014]图2是实施例中开关阵列的电路原理图
[0015]图3是实施例中能量隔离传输电路的原理图
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0017]本发明提出的一种电池组均衡结构拓扑图如图1所示。用于组成电池组的电池单体的数量为n，分别为B1、B2.....Bn，每个电池单体对应四个开关，两个开关一组，A组和
B组，每组中的两个开关分别与其对应的电池单体的正极和负极相连，所有的A组开关组成A侧开关阵列ΚΑΙ、KA2、...、KAn,所有的B组开关组成B侧开关阵列KB1、KB2、...、KBn, A侧开关阵列中与电池单体正极连接的开关连接在一起，然后与能量隔离传输电路输入端的正极相连，负极连接在一起与其相应的负极输入端相连，B侧开关阵列采用相同的方式与能量隔离传输电路的输出端相连。能量隔离传输电路将A侧开关阵列所连通的电池单体中的能量传递到B侧开关阵列所连通的电池单体中，其输入端与输出端之间没有任何的电气连接。能量隔离传输电路以隔离DC/DC转换器作为基本的结构，并包括隔离电源B0505S，隔离驱动，电流检测以及关断缓冲电路组成。
[0018]图2所示为开关阵列的电路原理图。每个开关由两个MOS管组成，根据开关所处的位置使用不同类型的MOS管，处于电池组顶端的三个电池单体Bn、Bn-l、Bn-2所对应的开关使用PMOS管，其它电池单体对应的开关使用NMOS管。
[0019]每组开关的4个MOS管的栅极连接在一起与一个光耦相连，对于电池组顶端的三个电池单体对应的开关KAn、KAn-U KAn_2、KBn、KBn-U KBn_2，将每组开关中PMOS管的栅极连接在一起与光耦中光敏三极管的C极相连，然后光耦三极管的e极与