专利名称：多储能体串联充放电均衡装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及多储能体串联充放电均衡装置，属于锂离子电池充放电均衡技术 领域。
背景技术：
随着锂离子动力电池技术的进步，电池的一致性得到很大提高。尽管如此，各个单 体之间的差异依然存在，有些电池容量偏大，有些偏小，容量偏小的电池电压变化比较快， 充电时最先达到充电截止电压，放电时最先达到放电截止电压，随着循环次数的增加，容量 偏小的电池会产生过充过放现象，导致电池不一致性加剧。类似于木桶短板效应，容量偏小 的电池决定了电池组的整体性能，这一难题给BMS提出了新的挑战，即在电池组工作时实 现各个单体电池之间的充放电均衡。一个好的均衡电路可以充分发挥电池性能，延长电池使用寿命。均衡分为能量耗 散型和非能量耗散型均衡。能量耗散型以电阻均衡法为代表，其结构简单、实现方便，然而 会导致能量损失、温升大、不适合大电流充电；非能量耗散型包含开关电容法、共享变压器 法和双向可逆DC/DC。开关电容法结构简单、成本低廉，然而均衡过程缓慢，效率低；共享变 压器法损耗大，成本高，实现困难；申请号为200810063915. 1的中国发明专利申请公开了 一种“串联储能电源三单体直接均衡器”，该均衡器采取Boost和Flyback两种工作模式组 合的均衡电路，能够实现相邻三个串联储能单体中的任意两个单体间直接双向传递能量， 然而该均衡器只能实现相邻三个串联储能单体间直接双向传递能量，并且电路结构复杂。 综上所述，现有均衡技术都存在各种各样的不足，实现多单体串联电池系统任意两个单体 之间实现高效率充放电均衡仍然是BMS研发中面临的难题。
发明内容本实用新型的目的是提供一种多储能体串联充放电均衡装置，以解决多储能体串 联储能电源中任意两个储能体间不能直接进行能量转移的问题。本实用新型的另一目的是提供一种多储能体串联充放电均衡装置，以解决多储能 体串联储能电源中任意两个储能包之间、储能包中任意两个储能单体之间不能直接进行能 量转移的问题。为实现上述目的，本实用新型的多储能体串联充放电均衡装置包括开关变换电路 Flyback和MOS开关管，所述开关变换电路Flyback的变压器副边异名端连接二极管阳极， 电容连接二极管阴极与变压器副边同名端；变压器原边同名端和二极管阴极分别经由不同 的支路通过MOS开关管构成正极连接端，变压器原边异名端和变压器副边同名端分别经由 不同的支路通过MOS开关管构成负极连接端。所述正极连接端或负极连接端的个数为n，则MOS开关管的个数为4η。本实用新型的充放电均衡装置包括一个主均衡模块，所述主均衡模块包括主开关 变换电路Flyback和主MOS开关管，所述主开关变换电路Flyback的主变压器副边异名端
3连接主二极管阳极，主电容连接主二极管阴极与主变压器副边同名端，主变压器原边同名 端和主二极管阴极分别经由不同的支路通过主MOS开关管构成储能体正极连接端，主变压 器原边异名端和主变压器副边同名端分别经由不同的支路通过主MOS开关管构成储能体 负极连接端。进一步的，还包括M个子均衡模块，每个子均衡模块包括子开关变换电路Flyback 和子MOS开关管，所述子开关变换电路Flyback的子变压器副边异名端连接子二极管阳极， 子电容连接子二极管阴极与子变压器副边同名端，子变压器原边同名端和子二极管阴极分 别经由不同的支路构成储能单体正极连接端，子变压器原边异名端和子变压器副边同名 端分别经由不同的支路通过主MOS构成储能单体负极连接端。进一步的，所述子均衡模块的个数为M，每个子均衡模块中储能单体正极连接端或 储能单体负极连接端的个数为N，则共需主MOS开关管和子MOS开关管的个数为4M (N+1 )。本实用新型的多储能体串联充放电均衡装置只需一个开关变换电路Flyback，通 过MOS开关管挑选需要动作的储能体，整个装置采用非能耗型均衡技术使得储能体工作环 境温升小，装置不仅能够实现任意两储能体之间充电均衡和放电均衡，而且结构简单、可扩 展性好。本实用新型的另一充放电均衡装置包括一个主均衡模块和M个子均衡模块，每个 均衡模块均只需一个开关变换电路Flyback，通过MOS开关管挑选需要动作的储能单体或 储能包，装置采用非能耗型均衡技术使得储能单体工作环境温升小，整个装置不仅能够实 现任意两储能包之间充电均衡和放电均衡，而且能够实现储能包中任意两储能单体之间充 电均衡和放电均衡，两极均衡模式彻底实现所有单体之间的均衡，并且装置的结构简单、可 扩展性好。
图1是本实用新型实施例一均衡模块的电路原理图；图2是本实用新型实施二主均衡模块的电路原理图；图3是实施例二 Packl中子均衡模块的电路原理图。
具体实施方式
实施例一本实用新型的多储能单体串联充放电均衡装置以四个单体电池Bi、B2、B3、B4串 联的电池包为例，来实现电池包内部各串联单体电池间的均衡，如图1所示。Flyback电路 变压器原边线圈的两个端子定义为原边同名端a点和原边异名端b点；变压器副边线圈的 两个端子定义为副边异名端c点和副边同名端d点；副边异名端c点连接二极管Dl的阳 极，副边同名端d点连接电容Cl，电容Cl另外一端与二极管Dl的阴极连接且交点定义为 e点。原边同名端a点分别经由M1、M2、M4、M6四个MOS开关管构成正极连接端，以连接单 体电池B1、B2、B3、B4正极(用实线标示)；原边异名端b点分别经由M3、M5、M7、M8四个MOS 管构成负极连接端，以连接单体电池B1、B2、B3、B4的负极(用虚线标示);e点分别经由M9、 Mil、M13、M15四个MOS开关管构成正极连接端，以连接单体电池Bi、B2、B3、B4的正极(用 实线标示)；副边同名端d点分别经由M10、M12、M14、M16四个MOS开关管构成负极连接端，以连接单体电池B1、B2、B3、B4的负极(用虚线标示)。本实用新型中单体电池有四个，相应 的MOS开关管共有16个。假设四个单体电池中Bl的电压最高，B4的电压最低，则Bl需要向B4转移部分能 量。首先令分别与B1、B4相连的M1、M3、M15和M16四个MOS开关管导通，电池Bl的正负 极分别通过M1、M3两个MOS开关管与原边同名端a点和原边异名端b点连接，电池B4的正 负极分别通过M15、M16两个MOS开关管与交点e、副边同名端d点连接，此时，各点电压情 况如下a点和d点为正，b点和c点为负，二极管Dl反向截止；断开Ml和M3后，c点变为 正、d点变为负，Dl正向导通。副边向电池B4转移能量，实现均衡，在下一周期到来的同时 关闭M15和M16。如果将单体电池Bi、B2串联作为整体命名为电池B12，将单体电池B3、B4串联作 为整体命名为电池B34，则通过控制Ml、M5、M13和M16的通断可以实现B12与B34之间的
能量均衡。本实用新型中的储能单体个数可以是3个、4个或更多，储能单体可以是单体电 池，也可以是相同数目的单体电池串联组成的电池包，都能够实现所有储能单体之间的均实施例二本实用新型的充放电均衡装置以三个电池包PaCkl、PaCk2、PaCk3串联为例，来实 现各电池包间的均衡，以及电池包内各单体电池之间的均衡，电池包内包含的单体电池数 量不限，但是三个电池包必须包含相同数目的单体，如图2所示。该充放电均衡装置包括一个主均衡模块及三个子均衡模块，主均衡模块中主开关 变换电路Flyback的主变压器原边线圈的两个端子定义为原边同名端A点和原边异名端B 点；主变压器副边线圈的两个端子定义为副边异名端C点和副边同名端D点；副边异名端 C点连接二极管D2的阳极，副边同名端D点连接电容C2，电容C2另外一端与二极管D2的 阴极连接且交点定义为E点。原边同名端A点分别经由M17、M18、M20三个MOS开关管构 成储能包正极连接端，以连接电池包Packl、Pack2、Pack3正极(用实线标示)；原边异名端B 点分别经由M19、M21、M22三个MOS管构成储能包负极连接端，以连接电池包Packl、Pack2、 Pack3的负极(用虚线标示)；E点分别经由M23、M25、M27三个MOS开关管构成储能包正极 连接端，以连接电池包Packl、Pack2、Pack3的正极(用实线标示);副边同名端D点分别经由 M24、M26、M28三个MOS开关管构成储能包负极连接端，以连接电池包Packl、Pack2、Pack3 的负极(用虚线标示)。各电池包分别由N个子均衡模块与对应的单体电池连接组成，以电池包Packl为 例如图3所示，子均衡模块包括子开关变换电路Flyback和子MOS开关管，所述子开关变换 电路Flyback的子变压器副边异名端cl连接子二极管Dll阳极，子电容Cll连接子二极管 Dll阴极与子变压器副边同名端d，子变压器原边同名端a和子二极管Dll阴极分别经由不 同的支路通过子MOS开关管构成储能单体正极连接端，与每个单体电池的正极相连，子变 压器原边异名端b和子变压器副边同名端d分别经由不同的支路通过主MOS开关管构成储 能单体负极连接端，与每个单体电池的负极相连。本实施例电池包的个数为3，每个电池包中有4节单体电池，则共有12节单体电 池，共需主MOS开关管和子MOS开关管的个数为60。[0026]如图2中所示任意两个电池包之间都可以实现能量转移。设电池包Packl的电 压最高，电池包Pack3的电压最低，电池包Packl需要向Pack3转移能量。首先令MOS开关 管M17、M19、M27、M28导通，电池包Packl的正负极分别与A、B连接，电池包Pack3的正负 极分别与E、D连接。此时，A点和D点为正，B点和C点为负，二极管D2反向截止，断开MOS 开关管M17和M19后，C点变为正、D点变为负，D2正向导通，实现电池包Packl向Pack3转 移言旨量。本实用新型作为一种两级均衡模式，同时具备电池包内部各单体电池间均衡和电 池包之间的均衡，它均衡效率高、可扩展性好、便于实现，能够实现各个单体电池间的均
权利要求一种多储能体串联充放电均衡装置，其特征在于该装置包括开关变换电路Flyback和MOS开关管，所述开关变换电路Flyback的变压器副边异名端连接二极管阳极，电容连接二极管阴极与变压器副边同名端；变压器原边同名端和二极管阴极分别经由不同的支路通过MOS开关管构成正极连接端,变压器原边异名端和变压器副边同名端分别经由不同的支路通过MOS开关管构成负极连接端。
2.根据权利要求1所述的多储能单体串联充放电均衡装置，其特征在于所述正极连 接端或负极连接端的个数为n，则MOS开关管的个数为4η。
3.一种充放电均衡装置，其特征在于该装置包括一个主均衡模块，所述主均衡模块 包括主开关变换电路Flyback和主MOS开关管，所述主开关变换电路Flyback的主变压器 副边异名端连接主二极管阳极，主电容连接主二极管阴极与主变压器副边同名端，主变压 器原边同名端和主二极管阴极分别经由不同的支路通过主MOS开关管构成储能体正极连 接端，主变压器原边异名端和主变压器副边同名端分别经由不同的支路通过主MOS开关管 构成储能体负极连接端。
4.根据权利要求3所述的充放电均衡装置，其特征在于还包括M个子均衡模块，每个 子均衡模块包括子开关变换电路Flyback和子MOS开关管，所述子开关变换电路Flyback 的子变压器副边异名端连接子二极管阳极，子电容连接子二极管阴极与子变压器副边同名 端，子变压器原边同名端和子二极管阴极分别经由不同的支路构成储能单体正极连接端， 子变压器原边异名端和子变压器副边同名端分别经由不同的支路通过主MOS构成储能单 体负极连接端。
5.根据权利要求4所述的充放电均衡装置，其特征在于所述子均衡模块的个数为M， 每个子均衡模块中储能单体正极连接端或储能单体负极连接端的个数为N，则共需主MOS 开关管和子MOS开关管的个数为4M (N+1)。
专利摘要本实用新型涉及多储能体串联充放电均衡装置，属于锂离子电池充放电均衡技术领域，本实用新型的多储能体串联充放电均衡装置只需一个开关变换电路Flyback，通过MOS开关管挑选需要动作的储能体，整个装置采用非能耗型均衡技术使得储能体工作环境温升小，装置不仅能够实现任意两储能体之间充电均衡和放电均衡，而且结构简单、可扩展性好。
文档编号H02J7/10GK201742141SQ20102026609
公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者刘忠, 吕少锋 申请人:中航锂电(洛阳)有限公司