专利名称：锂电池组主动均衡电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种锂电池组主动均衡电路，尤其涉及一种多单体串联动力锂电池组主动均衡电路。
背景技术：
锂离子电池，尤其是锂离子动力电池的应用越来越广泛，成为新能源技术发展的一个重要方向。单体电池的容量越大，单体电池的容量差异也就越大。大容量锂电子电池成组使用过程中存在两类不一致性，第一类不一致性由实际容量差异导致，第二类不一致性由初始电量差异导致。由于不一致性，充电过程中某个单体会最先充满，放电过程中又有
某个单体会最先放空，这些缺陷限制了整个电池组的充放电能力。随着循环次数的增加，电池不一致性会逐渐加剧，严重影响了电池组性能。这一难题给电池管理系统提出了新的挑战，即在电池组充放电时实现均衡。现有的电池管理系统很多具有均衡功能，但是均衡能力有限，无法完全解决电池的两类不一致性。最近，以DC/DC变换器为代表的主动均衡法得到了广泛的研究，主动均衡法也成为电池管理系统均衡的发展方向。该方法能够实现双向均衡，均衡电流大、效率高，能够有效缓解并解决电池成组使用过程中表现的不一致性。但是现有的主动均衡系统，其电路构成比较复杂、开关元件使用过多。如申请号为201020266091.0的中国实用新型专利，该装置采用MOS开关管实现均衡通道切换，单纯的MOS管容易导致电池组短路，实现困难；电池与MOS开关管连线太多，系统复杂；此外，该方案中的MOS开关管需要高频动作，对控制要求过高，影响可靠性。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种电路简单的电池组主动均衡电路，用以解决现有主动均衡电路结构复杂、控制要求高的问题。为实现上述目的，本实用新型的方案是一种锂电池组主动均衡电路，包括一个DC/DC变换器和开关阵列，开关阵列由与锂电池组中的各单体电池对应连接的四组开关构成；第一组开关一端分别连接各单体电池正极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输入正端(Vin+)，第二组开关一端分别连接各单体电池负极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输入负端(Vin-)，第三组开关一端分别连接各单体电池正极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输出正端(Vo+)，第四组开关一端分别连接各单体电池负极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输出负端(Vo-)。所述四组开关均为继电器。所述DC/DC变换器包含一个PWM控制端，能够动态调整均衡电流大小。本实用新型的电池组主动均衡电路，主要功能是实现任意两支单体电池之间的直接双向能量转移，最终达到所有单体电量均衡的目的，缓解单体容量的不一致性问题。而且本实用新型的电路结构简单，所采用的开关数量较少(4N，N为电池单体数量)；开关不需要高频率切换动作，电路容易实现；通过软件控制PWM占空比，进而动态调节均衡电流大小。当某电池单体电压过高，另一个电池单体电压过低时，通过闭合两电池单体对应的四组开关中的相应开关，第一组、第二组的开关构成输入回路，第三组、第四组开关构成输出回路。该均衡电路既可以用于充电均衡，又可以用于放电均衡，它能够实现多单体串联电池组内部任意两支单体电池之间的直接双向能量转移，通过合理的均衡策略达到各个单体电池之间能量平衡。该均衡属于无损均衡、均衡电流大、均衡效率高、可扩展性好、便于实现，能够提闻电池充放电能力和循环使用寿命。
图I是本实用新型的电路原理图；图2是本实用新型Celll2需要向CelllO均衡的原理图；图3是本实用新型CelllO需要向Celll2均衡的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。一种锂电池组主动均衡电路，包括一个DC/DC变换器和开关阵列，开关阵列由与锂电池组中的各单体电池对应连接的四组开关构成；第一组开关一端分别连接各单体电池正极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输入正端Vin+，第二组开关一端分别连接各单体电池负极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输入负端Vin-，第三组开关一端分别连接各单体电池正极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输出正端Vo+，第四组开关一端分别连接各单体电池负极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输出负端V0-。上述开关均为继电器。如图I的实施例，包括12 (N)支串联锂电池组、一个DC/DC变换器及由48 (4N)个开关组成的开关阵列。12支单体电池的正极依次串接12个开关(第一组开关SlD S12D)后进行短接，之后与Vin+连接(粗实线所示)；12支单体电池的负极依次串接12个开关(第二组开关SlB S12B)后进行短接，之后与Vin-连接(细实线所示)；12支单体电池的正极依次串接12个开关(第三组开关SlC S12C)后进行短接，之后与Vo+连接(粗虚线所示)；12支单体电池的负极依次串接12个开关(第四组开关SlA S12A)后进行短接，之后与Vo-连接(细虚线所示)。经过合并，开关阵列与各单体电池的连接仅仅需要13 (N+1)根均衡线即可实现。每次选通四个开关即可建立起两个单体电池与DC/DC变换器之间的连接回路。通过PWM控制单体电池与单体电池之间能量转移，启动均衡。关于DC/DC变换器，本实 施例采用PWM型变换器，由于是现有产品，所以不再赘述。具体实施过程如下Celll2 需要向 CelllO 均衡。假设Celll2电量过高、CelllO电量过低，Celll2需要向CelllO转移能量，则闭合继电器S12B、S12D、SlOA和S10C。此时，Celll2正负极分别与DC/DC变换器的Vin+和Vin-连接，CelllO的正负极分别与DC/DC变换器的Vo+和Vo-连接。使能PWM信号，均衡启动，Celll2的能量通过DC/DC转移给Cel110。该情况下的均衡原理图及电流流向如图2所示。CelllO 需要向 Celll2 均衡。假设CelllO电量过高、Cel112电量过低，CelllO需要向Cel112转移能量，则闭合继电器S12A、S12C、SlOB和S10D。此时，CelllO正负极分别与DC/DC变换器的Vin+和Vin-连接，Cel112的正负极分别与DC/DC变换器的Vo+和Vo-连接，使能PWM信号，均衡启动，CelllO的能量通过DC/DC转移给Celll2。该情况下的电路原理图及电流流向如图3所
/Jn o 该主动均衡电路既可以实现电池组充电均衡，又可以实现电池组放电均衡，通过单体电池与单体电池之间的直接双向能量转移，最终达到所有单体电量均衡的目的。本实用新型属于无损均衡、均衡电流大、均衡效率高、可扩展性好、便于实现，能够达到电池组充放电均衡、提高电池充放电能力和使用寿命等目的。 由于上述技术方案运用，该主动均衡方法与现有其他方法相比具有以下优点(I)无损均衡技术(或低损耗)，均衡时能量损失很小，实现节能。(2)大电流均衡技术,均衡能力可达IOA以上。(3)双向均衡技术，可以实现电池组内任意两支单体电池之间的直接双向能量转移，并且用于控制的开关不需要高频切换，可靠性及稳定性大大提升。(4)集散式设计，拓扑结构简单实用，连接方便，可扩展性极好。
权利要求1.一种锂电池组主动均衡电路，其特征在于，包括一个DC/DC变换器和开关阵列，开关阵列由与锂电池组中的各单体电池对应连接的四组开关构成；第一组开关一端分别连接各单体电池正极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输入正端(Vin+)，第二组开关一端分别连接各单体电池负极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输入负端(Vin-)，第三组开关一端分别连接各单体电池正极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输出正端(Vo+)，第四组开关一端分别连接各单体电池负极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输出负端(Vo-)。
2.根据权利要求I所述的锂电池组主动均衡电路，其特征在于，所述四组开关均为继电器。
3.根据权利要求I所述的锂电池组主动均衡电路，其特征在于，所述DC/DC变换器包含一个PWM控制端，能够动态调整均衡电流大小。
专利摘要本实用新型涉及一种锂电池组主动均衡电路，包括一个DC/DC变换器和开关阵列，开关阵列由与锂电池组中的各单体电池对应连接的四组开关构成；第一组开关一端分别连接各单体电池正极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输入正端，第二组开关一端分别连接各单体电池负极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输入负端，第三组开关一端分别连接各单体电池正极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输出正端，第四组开关一端分别连接各单体电池负极，另一端短接并连接所述DC/DC变换器的输出负端。主要功能是实现任意两支单体电池之间的直接双向能量转移，最终达到所有单体电量均衡的目的。
文档编号H02J7/00GK202435081SQ201120564630
公开日2012年9月12日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者吕少锋 申请人:中航锂电(洛阳)有限公司