专利名称：可调电流电池组均衡电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电池组均衡电路，尤其涉及一种应用于串联电池组的可调电流的主动均衡电路。
背景技术：
单体电池由于生产工艺等原因导致各电池容量与性能的差异，在对电池组进行充放电的过程中，必然会扩大这种差异，充电时，容量小性能差的电池会出现过充现象；放电时，容量小性能差的电池又会有过放现象；电池组容量利用率会越来越低，长此以往，这种恶性循环过程将加速电池的损坏。因此，动力电池组需要采用均衡电路以延长电池组寿命是国内外学者和业界的共识。现在的均衡电路及方法一般可以分为有损均衡和无损均衡；下面对各种不同的均衡方式进行简要介绍:1、并联分流电阻均衡法:每个单体电池上并联一个可通断的电阻，它可以起到分流的作用。系统采集各单体电池的电压，若发现其中有单体电池电压超过平均电压一定阈值后，导通该单体电池并接的电阻而进行分流。缺点是过大的能量损耗，显然不适合高容量、高电压的应用场合。2、电容穿梭充电均衡法:电容穿梭充电均衡法采用两种实现电路:级联电容穿 梭均衡法和快速电容穿梭均衡法。级联电容穿梭均衡法利用串联电容在电池组间来回切换来实现电压均衡充放电，通过单刀双掷的双向开关切换，每个电容都可与两个相邻的电池相连。这种电路如果高电量电池与低电量电池分布在电池组的不同端，则电量从一端传到另一端需要耗费很长的时间。快速电容穿梭均衡法是电容能被高电量的单体充电以获得电量，然后选择低电量的单体进行充电以转送电量。这种电路可大大减少均衡所需时间，尤其是当高电量单体与低电量单体处于电池组的不同端时更为有效。电容穿梭充电均衡法由于引进电容使得电路的均衡频率受到限制，同时单刀双掷开关的寿命和可靠性是致命的问题，同时此电路需要电池测量监控系统的支持，系统会变得比较复杂。3、能量转换充电均衡法:用能量转换进行单体均衡是采用电感线圈或变压器来将能量从一节或一组电池转移到另一节或一组电池。该电路均衡耗时长，成本较高。综上所述，现有的各种均衡技术都存在各自的不足，均衡效果较差，很难在较短的时间内改善电池组的一致性，因而不适用于对均衡效果要求较高的储能电站等大型应用领域。
发明内容为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种效果明显、控制简便的电池组均衡电路，在电池组运行过程中都允许对电池组中任意一个或多个电池单元进行均衡，同时均衡电流可控，控制灵活，有效的保证电池组的一致性；该电路满足了储能电站等大型系统的应用需求。为解决上述问题，本实用新型的技术方案是:一种可调电流电池组均衡电路，所述电池组由两个以上电池单元构成，所述电池单元为一个单体电池或由两个以上单体电池串联或并联组成，其特征在于，所述均衡电路由均衡控制器和若干个可调均衡子电路组成，每个单体电池两端并联一个可调均衡子电路，所述可调均衡子电路分别与均衡控制器连接。优选的，所述的可调均衡子电路包括均衡电源、两个差分放大器、两个比较器、采样电阻、两个负载开关、三个控制开关、一个二极管、以及两个电压基准源，所述均衡电源VS、采样电阻RS、负载开关K2与单体电池串联，其中均衡电源VS正极与单体电池正极连接，第一负载开关Kl与均衡电源VS并联；比较器U4输出端与负载开关K2控制端连接，比较器U4正向输入端连接电压基准源V2，比较器U4反向输入端连接差分放大器U3输出端；差分放大器U3的正向输入端接米样电阻与单体电池负极连接的一端,差分放大器U3的反向输入端接采样电阻与均衡电源负极连接的一端；比较器Ul输出端与负载开关Kl控制端连接，第一比较器正向输入端连接电压基准源VI，反向输入端连接第一差分放大器输出端；差分放大器U2的反向输入端接米样电阻与单体电池负极连接的一端,差分放大器U2的正向输入端接采样电阻与均衡电源负极连接的一端；负载开关K2两端连接一个二极管，二极管阴极与第二负载开关靠近单体电池负极的一端连接，阳极与另一端相连；控制开关Snl —端接电压基准源Vl，一端接电压初始端，一端接电压参考端；控制开关Sn2 —端接电压基准源V2，一端接电压初始端，一端接电压参考端；控制开关Sn3 —端接压参考端，一端接2A恒流源，一端接5A恒流源；控制开关Snl、Sn2、Sn3的控制端接均衡控制器,η为单体电池在电池组中的序列号。优选的，所述控制开关为电子开关或继电器。优选的，所述第一、第二负载开关为MOS管开关。 本实用新型所提供的可调电流电池组均衡电路可以应用于锂电池等各种电池组，该电路可以对容量过高或电压过高的电池单元进行充电均衡，对容量过高或电压过高的电池单元进行放电均衡，可以根据电池单元的属性调节均衡电流，同时允许对任意一节或多节电池单元进行均衡。本实用新型能有效的抑制串联电池组内电池单元的过充过放现象，使电池组在最短的时间内改善电池组的一致性，从而延长了电池组的使用寿命，具有均衡效果明显、应用范围广等特点。
图1是本实用新型可调电流电池组均衡电路的电路框图；图2是本实用新型单节电池的可调均衡子电路的电路图；图3是本实用新型可调电流电池组均衡电路实施例的电路图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步详细说明本实用新型。如图1和3，本实用新型的可调电流电池组均衡电路，所述电池组由若干个电池单元构成，电池单元由一个或多个单体电池并联或串联而成，且每个电池单元属性一致；所述电池基本属性包括电池类型、电池标称容量、电池标称电压；所述电池串并联结构包括电池并联数量及电池串联级数。本实施例中电池组由3个电池单元组成,所述电池单元为一节单体电池，下面以电池组充电过程中的某一时刻为基准，详细说明本实用新型。[0017]本实用新型的可调电流电池组均衡电路，所述均衡电路由一个均衡控制器U和3个可调均衡子电路组成；所述可调均衡子电路由均衡电源、两个差分放大器、两个比较器、采样电阻、两个负载开关、三个控制开关、一个二极管、以及两个电压基准源组成；该可调均衡电路并联在各个电池单元两端。如图2，所述的可调均衡子电路包括均衡电源、两个差分放大器、两个比较器、采样电阻、两个负载开关、三个控制开关、一个二极管、以及两个电压基准源，所述均衡电源VS、采样电阻RS、负载开关K2与单体电池串联，其中均衡电源VS正极与单体电池正极连接，第一负载开关Kl与均衡电源VS并联；比较器U4输出端与负载开关K2控制端连接，比较器U4正向输入端连接电压基准源V2，比较器U4反向输入端连接差分放大器U3输出端；差分放大器U3的正向输入端接米样电阻与单体电池负极连接的一端,差分放大器U3的反向输入端接采样电阻与均衡电源负极连接的一端；比较器Ul输出端与负载开关Kl控制端连接，第一比较器正向输入端连接电压基准源VI，反向输入端连接第一差分放大器输出端；差分放大器U2的反向输入端接米样电阻与单体电池负极连接的一端,差分放大器U2的正向输入端接采样电阻与均衡电源负极连接的一端；负载开关K2两端连接一个二极管，二极管阴极与第二负载开关靠近单体电池负极的一端连接，阳极与另一端相连；控制开关Snl —端接电压基准源Vl，一端接电压初始端，一端接电压参考端；控制开关Sn2 —端接电压基准源V2，一端接电压初始端，一端接电压参考端；控制开关Sn3 —端接压参考端，一端接2A恒流源，一端接5A恒流源；控制开关Snl、Sn2、Sn3的控制端接均衡控制器；n为单体电池在电池组中的序列号。控制开关Snl、Sn2、Sn3为继电器,第一负载开关Kl和第二负载开关K2为MOS管开关。本实用新型的可调电流电池组均衡电路是经过均衡控制器U对各电池单元均衡状态进行判断，并根据得到的均衡状态控制各个电池单元进行充电均衡或者放电均衡，工作过程中不含实时数据的采集和显示，该电路的工作过程如下所述:假设某一时刻均衡控制器U执行对BATl进行2A的充电均衡，对BAT3进行5A的放电均衡，本实用新型的可调电流电池组均衡电路的执行情况如下:1、BATl的可调均衡子电路运行如下:均衡控制器U控制S12切换，SlU S13不切换；均衡电流为2A，Vref=V_2A ;V12=Vref，通过U14输出为高电平，驱动K12导通；Vll=VO,Kll断开。充电均衡电流流向为:均衡电源VSl正极一BATl正极一BATl负极一K12 —采样电阻RSl —均衡电源VSl负极；采样电阻RSl将电流转变为电压，并通过差分放大器U13放大，放大后的电压接到比较器U14负端，当放大后的电压与V12 —致时，回路达到动态平衡；2、BAT2的可调均衡子电路运行如下:均衡控制器U控制S21、S22、S23不切换；V21=V22=V0，K21、K22断开，充放电回路均不通；3、BAT3的可调均衡子电路运行如下:均衡控制器U控制S31切换，S32、S33不切换；均衡电流为2A，Vref=V_2A ； V31=Vref，通过U31输出为高电平，驱动K31导通；V32=V0, K32断开。放电均衡电流流向为:BAT3正极一K31 —采样电阻RS3 — 二极管D3 — BAT3负极。采样电阻RS3将电流转变为电压，并通过差分放大器U32放大，放大后的电压接到比较器U32负端，当放大后的电压与V31 —致时，回路达到动态平衡。综上所述，本专利采用了一种全新的均衡方式。能通过可调的均衡电流对任意一个或多个电池单元进行充电均衡或者放电均衡，快速而有效的改善电池组的一致性。本实用新型适用于各种串联电池组，如应用于储能电站、电动汽车等大型领域。
权利要求1.一种可调电流电池组均衡电路，所述电池组由两个以上电池单元组成，所述电池单元为一个单体电池或由两个以上单体电池串联或并联组成，其特征在于，所述均衡电路由均衡控制器和若干个可调均衡子电路组成，每个单体电池两端并联一个可调均衡子电路，所述可调均衡子电路分别与均衡控制器连接。
2.根据权利要求1所述的可调电流电池组均衡电路，其特征在于，所述的可调均衡子电路包括均衡电源、两个差分放大器、两个比较器、采样电阻、两个负载开关、三个控制开关、一个二极管、以及两个电压基准源； 所述均衡电源VS、采样电阻RS、负载开关K2与单体电池串联，其中均衡电源VS正极与单体电池正极连接，第一负载开关Kl与均衡电源VS并联； 比较器U4输出端与负载开关K2控制端连接，比较器U4正向输入端连接电压基准源V2,比较器U4反向输入端连接差分放大器U3输出端； 差分放大器U3的正向输入端接米样电阻与单体电池负极连接的一端,差分放大器U3的反向输入端接采样电阻与均衡电源负极连接的一端； 比较器Ul输出端与负载开关Kl控制端连接，第一比较器正向输入端连接电压基准源VI，反向输入端连接第一差分放大器输出端； 差分放大器U2的反向输入端接米样电阻与单体电池负极连接的一端,差分放大器U2的正向输入端接采样电阻与均衡电源负极连接的一端； 负载开关K2两端连接一个二极管，二极管阴极与第二负载开关靠近单体电池负极的一端连接，阳极与另一端相连； 控制开关Snl —端接电压基准源VI，一端接电压初始端，一端接电压参考端； 控制开关Sn2 —端接电压基准源V2，一端接电压初始端，一端接电压参考端； 控制开关Sn3 —端接压参考端，一端接2A恒流源，一端接5A恒流源； 控制开关Snl、Sn2、Sn3的控制端接均衡控制器； η为单体电池在电池组中的序列号。
3.根据权利要求2所述的可调电流电池组均衡电路，其特征在于，所述控制开关为电子开关或继电器。
4.根据权利要求3所述的可调电流电池组均衡电路，其特征在于，所述负载开关为MOS管开关。
专利摘要本实用新型涉及一种可调电流电池组均衡电路。所述电池组由两个以上电池单元组成，所述电池单元为一个单体电池或由两个以上单体电池串联或并联组成。所述均衡电路由均衡控制器和若干个可调均衡子电路组成，每个单体电池两端并联一个可调均衡子电路，所述可调均衡子电路分别与均衡控制器连接。本实用新型能有效的抑制串联电池组内电池单元的过充过放现象，使电池组在最短的时间内改善电池组的一致性，从而延长了电池组的使用寿命，具有均衡效果明显、应用范围广等特点。
文档编号H02J7/00GK202940606SQ20122055865
公开日2013年5月15日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者黄晓东, 李勇琦, 陈满, 王浩, 王荣强, 刘爱华, 钟朝现, 刘邦金, 赵贵文 申请人:中国南方电网有限责任公司调峰调频发电公司, 杭州高特电子设备有限公司