一种用于电动汽车动力电池的无损均衡电路的制作方法

本发明涉及电动汽车或大功率储能电站电池管理系统技术领域，具体是一种用于电动汽车动力电池的无损均衡电路。

背景技术：

电动汽车或大功率储能系统由大量电池模块串联组成，由于锂离子电池单体性能上存在不一致性，在电池组充放电时，会出现单体电压的不一致性。在电池组充电或放电的过程中，只要有一个电池单体达到电池的充放电电压极限，整个电池组就要停止充放电，否则该单体就会被过充或过放，严重影响电池寿命，这种现象严重制约了电池的充放电能力。

目前的均衡方式分两种。一种是有损均衡，又称为被动均衡，通常采用与电池单体并联电阻的方法，旁路掉多余的电能。有损均衡方式将电能转化成了热量，效率低下的同时，转化成的热量又给电池组的热管理带来较大的负担。另一种是无损均衡，又称为主动均衡，通常采用电容或电感的方法进行能量转移。也有用变压器进行底端或顶端均衡的做法，将电压高的单体能量放出后，给整个电池模块进行充电，效率和均衡效果普遍不高，且控制开关结构设计复杂，系统可靠性不高。

技术实现要素：

本发明提出一种用于电动汽车动力电池的无损均衡电路，解决了现有技术中的均衡方式效率低、均衡效果差、系统可靠性不高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于电动汽车动力电池的无损均衡电路，包括：

串联电池组，包括若干串联的电池单体；

电压检测电路，用于实时采集各电池单体的电压信息；

微处理器，接收电压检测电路采集到的电压信息、判断是否进行均衡，并发送均衡控制信号；

开关驱动电路，接收微处理器发送的均衡控制信号，转化成开关控制信号并发送；

均衡开关电路，接收开关驱动电路发送的开关控制信号并动作；

双绕组变压器；通过均衡开关电路与串联电池组相连。

进一步地，所述双绕组变压器为反激式双绕组变压器，包括第一绕组和第二绕组。

进一步地，所述均衡开关电路包括：

与第n个电池单体的负极相连的负极开关sn1，

与第n个电池单体的正极相连的正极开关sn2，

各负极开关sn1与第一绕组的一端相连，各正极开关sn2与第一绕组的另一端相连，

各负极开关sn1与第二绕组的一端相连，各正极开关sn2与第二绕组的另一端相连。

进一步地，所述第一绕组和第二绕组分别串联有电流方向控制二极管。

进一步地，所述第一绕组和第二绕组分别串联有控制开关。

进一步地，所述负极开关sn1和正极开关sn2为n沟道mos场效应管。

进一步地，所述n沟道mos场效应管配设有场效应管保护电路。

本发明的有益效果为：

本发明结构设计简单，使用方便；均衡开关电路连接着串联电池组和双绕组变压器，实施开关动作，控制着电池单体的能量通过双绕组变压器在不均衡的电池单体之间流动。开关驱动电路负责控制均衡开关电路中开关的导通和断开。本发明提高了以往基于耗散式均衡系统发热量大，均衡效果不明显的缺点，使电池能量直接由电压高的电池单体流向电压低的电池单体，具有高效率，低成本，变压器控制结构简单的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的原理框图；

图2是均衡开关电路、双绕组变压器和串联电池组的连接电路图；

图3是一个实施例中放电过程的控制波形图；

图4是一个实施例中放电过程中第一绕组l1的理论电流波形图；

图5是一个实施例中充电过程的控制波形图；

图6是一个实施例中充电过程中第二绕组l2的理论电流波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例中的用于电动汽车动力电池的无损均衡电路，包括：

串联电池组，包括6个串联的电池单体c1-c6；

电压检测电路，用于实时采集各电池单体的电压信息；

微处理器，接收电压检测电路采集到的电压信息、判断是否进行均衡，并发送均衡控制信号；

开关驱动电路，接收微处理器发送的均衡控制信号，转化成开关控制信号并发送；

均衡开关电路，接收开关驱动电路发送的开关控制信号并动作；

双绕组变压器；通过均衡开关电路与串联电池组相连。

如图2所示，本实施例中，所述双绕组变压器为反激式双绕组变压器，包括第一绕组l1和第二绕组l2。

其中，所述均衡开关电路包括：

与第n个电池单体的负极相连的负极开关sn1，

与第n个电池单体的正极相连的正极开关sn2，

各负极开关sn1与第一绕组的一端相连，各正极开关sn2与第一绕组的另一端相连，

各负极开关sn1与第二绕组的一端相连，各正极开关sn2与第二绕组的另一端相连。

本实施例中，所述第一绕组串联有电流方向控制二极管d1和控制开关k1、k2。

所述第二绕组串联有电流方向控制二极管d2和控制开关k3、k4。

这里，所述负极开关sn1和正极开关sn2为n沟道mos场效应管，并配设有场效应管保护电路。

下面以一个均衡过程为例说明本实施例的工作过程，电压检测电路实时采集各电池单体的电压信息，当检测到c5电压最高、c2电压最低时，微处理器接收电压检测电路采集到的电压信息、判断需要进行均衡，并发送均衡控制信号；开关驱动电路接收微处理器发送的均衡控制信号，转化成开关控制信号并发送；均衡开关电路接收开关驱动电路发送的开关控制信号并动作：

首先s51，s52，k1、k2吸合，c5通过第一绕组l1放电，s51，s52，k1、k2的控制波形如图3所示，第一绕组l1的理论电流波形如图4所示；

然后，s51，s52，k1、k2断开，s21，s22，k3、k4吸合，根据反激变压器原理，第二绕组l2给电池单体c2充电，s21，s22，k3、k4的控制波形如图5所示，第二绕组l2的理论电流波形如图6所示。

经过上述过程，将c5中的能量传递给c2，完成一次均衡过程。反复该种均衡过程，便可以保证串联电池组中的电池单体之间能量均衡。

微处理器在判断是否进行均衡时，判断条件取决于电池特性和系统均衡能力，实际为综合考虑电池和系统因素的电池不均衡条件的限值，预先以程序的方式写入微处理器。当需要进行均衡时，启动均衡步骤，当不需要均衡时，电压检测电路继续实时采集各电池单体的电压信息。在均衡条件判断过程中，可以包含一定的延时过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。