一种基于超级电容器的动力锂离子电池均衡电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种用于电动汽车中串联锂电池组的电路，具体地涉及一种基于超级电容器的动力锂离子电池均衡电路。
【背景技术】
[0002]聚合物锂离子电池是20世纪开发成功的一种高效的二次电池，与传统蓄电池相t匕，它具有比能量高、单体电池电压高3.2?3.7V、循环寿命长、充放电电流大、工作温度范围宽、安全可靠、绿色无污染等优点，近年来在电动汽车、航空、船舶等场合得到广泛应用。
[0003]聚合物锂离子电池单个电芯电压低，储能少，不能直接应用于电动汽车上，实际中大多采用将多个电芯串并联组合使用。由于聚合物锂离子电池在加工、化成、筛选过程中技术水平和材料的的限制，锂电电芯存在着容量、自放电率、内阻、初始荷电状态等的不一致。在多次使用后，锂电的电芯容量的差别会越来越大。而锂电池组的容量遵循木桶原则，即总容量取决于串联电池中容量最低的一个。如果不采取一定的均衡措施，这种不均衡的状况将不断降低动力锂电池组的有效容量，同时增加了电池组充放电的次数，在一定程度上损害了其使用寿命。
[0004]针对电池组的不均衡问题，以往的专家学者提出了各种均衡策略。这些均衡策略可以分为两大类:一类是耗能型均衡，它将串联电池组中的电压或者荷电状态(S0C)高的电池的能量以热能的方式消散掉，如通过均衡电阻法、稳压二极管加开关电阻法等；另一类是非耗能型均衡，也称为主动均衡法。它的工作原理是将串联电池组中电压或者S0C高的电池的能量通过电感、电容、变压器、开关元件等组成的均衡电路转移到电压或者S0C低的电池上，从而实现整个电池组均衡的目的。也有的主动均衡是采用单独的均衡电源为电压或者S0C低的电池补充能量的方法，或者是利用电化学的方法，向容易发生过充的电池的电解液中添加一定比例的氧化一还原电对以提高该电池的抗过充的能力。这些均衡策略主要有电容器链路转移型、电感储能型、无源变压器回馈型、有源变压器型、DC/DC变换器型坐寸。
[0005]耗能型均衡存在均衡效果不明显、散热不及时等问题，而上述的主动均衡策略存在结构和控制线路复杂的问题。
【发明内容】
[0006]本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种基于超级电容器的动力锂离子电池均衡电路，本发明具有结构简单，控制方便，快速有效的特点；并具备优良的稳态和动态特性。
[0007]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0008]本发明一种基于超级电容器的动力锂离子电池均衡电路，其中包括均衡单元EU、开关矩阵SM、检测单元DU和控制器MCU ;其结构要点是:均衡单元EU的一端连接开关矩阵SM2，开关矩阵SM2的输出端并接到直流母线上，开关矩阵SM2的另一输出端引出分别连接到控制器MCU和开关矩阵SM1上；开关矩阵SM1与充放主电路连接，同时也都并接在直流母线上，控制器MCU再与检测单元DU相连接，最后检测单元的输出端与充放主电路连接构成闭合回路。
[0009]作为本发明的一种优选方案，本发明是以超级电容器为主的能量转移型电路，包括均衡单元EU、开关矩阵SM、检测单元DU和控制器MCU ;超级电容器容值大，通常为法拉，具有功率密度高、充放电速度快、工作温度范围宽和循环寿命长等优点，非常适合用作蓄电池的均衡。
[0010]作为本发明的另一种优选方案，所述检测单元DU检测每块电池的电压信号和充放电过程中电流信号。
[0011]作为本发明的又一种优选方案，所述控制器MCU判断当前电池组的EQ，电池组的平均电压和电池电压的标准差值，大于设定值，查询模糊控制表，控制SM工作，通过控制SM,对电压高的电池进行放电，对电压低的电池进行充电。
[0012]本发明的有益效果是。
[0013]本发明提出了一种基于超级电容器和模糊控制的能量转移型均衡电路，该均衡电路从串联电池组中电压高的电池汲取能量，并转移给电压低的电池，从而维护了电池组电压一致性，具有结构简单，控制方便，快速有效的优点；本发明均衡电路具备优良的稳态和动态特性。
[0014]本发明电池组使用寿命和可用容量都得到改善，该均衡电路的优点主要在于结构简单，比电容器链路的转移型均衡使用较少的电容，比电感和变压器回馈型使用更少功率器件，控制方便，快速有效；本发明均衡电路可以快速有效地实现串联蓄电池组的电压均衡，为聚合物锂电池等蓄电池在单元模块化串联场合的应用，如电动汽车、轨道交通、卫星储能、风光储能等提供方便。
【附图说明】
[0015]图1是本发明一种基于超级电容器的动力锂离子电池均衡电路的总体方案图。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，为本发明一种基于超级电容器的动力锂离子电池均衡电路的总体方案图。图中包括均衡单元EU、开关矩阵SM、检测单元DU和控制器MCU ;均衡单元EU的一端连接开关矩阵SM2，开关矩阵SM2的输出端并接到直流母线上，开关矩阵SM2的另一输出端引出分别连接到控制器MCU和开关矩阵SM1上；开关矩阵SM1与充放主电路连接，同时也都并接在直流母线上，控制器MCU再与检测单元DU相连接，最后检测单元的输出端与充放主电路连接构成闭合回路。
[0017]本发明是以超级电容器为主的能量转移型电路，包括均衡单元EU、开关矩阵SM、检测单元DU和控制器MCU ;超级电容器容值大，通常为法拉，具有功率密度高、充放电速度快、工作温度范围宽和循环寿命长等优点，非常适合用作蓄电池的均衡。所述检测单元DU检测每块电池的电压信号和充放电过程中电流信号。所述控制器MCU判断当前电池组的EQ，电池组的平均电压和电池电压的标准差值，大于设定值，查询模糊控制表，控制SM工作，通过控制SM，对电压高的电池进行放电，对电压低的电池进行充电。
【主权项】
1.一种基于超级电容器的动力锂离子电池均衡电路，其中包括均衡单元EU、开关矩阵SM、检测单元DU和控制器MCU ;其特征在于:均衡单元EU的一端连接开关矩阵SM2，开关矩阵SM2的输出端并接到直流母线上，开关矩阵SM2的另一输出端引出分别连接到控制器MCU和开关矩阵SM1上；开关矩阵SM1与充放主电路连接，同时也都并接在直流母线上，控制器MCU再与检测单元DU相连接，最后检测单元的输出端与充放主电路连接构成闭合回路。2.根据权利要求1所述的一种基于超级电容器的动力锂离子电池均衡电路，其特征在于:所述超级电容器为主的能量转移型电路，包括均衡单元EU、开关矩阵SM、检测单元DU和控制器MCU。3.根据权利要求1所述的一种基于超级电容器的动力锂离子电池均衡电路，其特征在于:所述检测单元DU检测每块电池的电压信号和充放电过程中电流信号。4.根据权利要求1所述的一种基于超级电容器的动力锂离子电池均衡电路，其特征在于:所述控制器MCU判断当前电池组的EQ，电池组的平均电压和电池电压的标准差值，大于设定值，查询模糊控制表，控制SM工作。
【专利摘要】一种基于超级电容器的动力锂离子电池均衡电路。本发明具有结构简单，控制方便，快速有效的特点；并具备优良的稳态和动态特性。其中包括均衡单元EU、开关矩阵SM、检测单元DU和控制器MCU；其结构要点是：均衡单元EU的一端连接开关矩阵SM2，开关矩阵SM2的输出端并接到直流母线上，开关矩阵SM2的另一输出端引出分别连接到控制器MCU和开关矩阵SM1上；开关矩阵SM1与充放主电路连接，同时也都并接在直流母线上，控制器MCU再与检测单元DU相连接，最后检测单元的输出端与充放主电路连接构成闭合回路。
【IPC分类】H02J7/00, H01M10/42
【公开号】CN105471012
【申请号】CN201410489374
【发明人】褚秀清
【申请人】褚秀清
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2014年9月24日