基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置制造方法
【专利摘要】一种基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置，包括由多个单体电池串联构成的串联电池组，以及多个双向直流变换器、电池检测模块、单体电池电量计算模块、通信模块、均衡控制模块和均衡驱动电路：各双向直流变换器分别与各单体电池的正负极相连。本实用新型有效解决了现有技术存在的缺陷，所使用的元器件较少，市场上比较容易获得，且具有结构简单、性能稳定以及价格低廉的特点，具有较高的使用价值。
【专利说明】基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电池，尤其涉及一种基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置。
【背景技术】
[0002]随着近些年电动车的发展，串联电池组的成组应用技术也不断进步，但其中的电池差异性问题始终不能得到很好的解决，这在很大程度上影响了电池组的使用寿命和安全性。因此电池的均衡管理可以很大程度上保证电池组使用的可靠性和稳定性。
[0003]电池的差异性主要表现在容量和性能的差异，充电过程中，容量小的电池容易出现电压高、温度高、过充等现象；放电过程中，容量小的电池则会出现电压低、温度高、过放等现象，不断反复过充和过放会加速电池性能的恶化。而串联电池组的可用容量是由最差的一个单体电池的容量决定的，因此电池的差异性直接导致了电池组性能的下降，影响使用寿命和安全性。
[0004]造成电池的差异性的主要因素有两个，一是制造过程中造成的个体结构差异引起的，二是在使用过程中个体处于不同环境，不同工作状态所引起的，均衡管理系统主要针对后一种情况来降低电池组的不均衡状况。
[0005]目前常用的均衡方法包括电阻均衡、电容均衡、DC/DC转换器均衡等，其中采用比较多的电阻均衡会将多余能量以电阻发热的方式消耗掉，不但浪费能量而且发热对均衡器不利；DC/DC转换器均衡是通过DC/DC将均衡外电源与被均衡单体电池之间建立一种升压/降压的能量转换通道，通过开关选择，实现单体电池的均衡充放电。实用新型专利CN101420130A比较具有代表性，将电池包端电压作为变压器的原边，单体电池作为变压器的副边，通过脉冲发生器控制DC/DC变换器，实现原边对副边的充电均衡操作。这种均衡方式可以很好的实现对低电量电池的充电均衡，但是对于高电量单体的均衡效果，以及均衡效率无法保证。实用新型专利CN201010569571.9提供了一种可以将多个蓄电池元件的充电状态高精度收敛的均衡装置。周期性地检测各蓄电池元件的S0C，确定SOCmin及SOCmax。并且,具有比SOCmax+α更大的SOC的蓄电池元件被选择性地进行放电。
[0006]目前已知的均衡技术中，电阻放电的方式存在发热而导致能量损耗的缺陷、通过选择开关进行个别单体电池进行充放电的控制方式存在只能同时对一个电池进行均衡操作、均衡速度慢的特点。也有的均衡技术只能对相应的电池进行充电而不能放电或者只能对相应的电池进行放电的特点，操作起来不够灵活。也有的均衡技术是以电池电压为控制目标，均衡的目的是是电池电压看起来一致，实际上，电池电压一致并不能达到电池内部电量的均衡，从而不能很好的保持电池的一致性。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的，就是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置。[0008]为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案:一种基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置，包括由多个单体电池串联构成的串联电池组，还包括多个双向直流变换器、电池检测模块、单体电池电量计算模块、通信模块、均衡控制模块和均衡驱动电路；各双向直流变换器分别与各单体电池的正负极相连，串联电池组的信号输出连接电池检测模块，电池检测模块的信号输出连接单体电池电量计算模块，单体电池电量计算模块的信号输出连接通信模块，通信模块的信号输出连接均衡控制模块，均衡控制模块的信号输出连接均衡驱动电路，均衡驱动电路的信号输出连接双向直流变换器。
[0009]所述各双向直流变换器包括由相同绕组构成的支路绕组，每个支路绕组串联一个单体电池，并且每个双向直流变换器连接一个均衡驱动电路和一个均衡控制模块，各均衡控制模块并联通信模块。
[0010]所述双向直流变换器是双向拓扑结构，包括一个以支路绕组为一边的变压器、电感器、电容器、开关管和整流二极管，开关管和整流二极管并联，其一端连接支路绕组，另一端连接电感器，开关管的第三极连接均衡驱动电路。
[0011]所述串联电池组中的单体电池包括锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池或镍镉电池。
[0012]本实用新型可以有效的控制高电量、高电压单体，有效控制充电过程中电池组的不均衡现象；而在静置过程中，可以保证对低电量，低电压单体的均衡调节。由于采用多绕组变压器结构，大大提高了均衡效率，双向直流变换器可以自由选择需要进行操作的电池单体，更有针对性的进行均衡处理。另外反激变换器作为电气隔离小功率应用最广的变换器，拓扑简单、动态相应迅速，所以本实用新型具有很大的应用价值。
[0013]本实用新型有效解决了现有技术存在的缺陷，所使用的元器件较少，市场上比较容易获得，且具有结构简单、性能稳定以及价格低廉的特点，具有较高的使用价值；采用的元器件数目和种类均较少，避免因元件特性问题导致系统的性能不稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置的结构框图:
[0015]图2是本实用新型一实施例的控制电路图。
【具体实施方式】
[0016]图1是本实用新型基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置的结构框图，它包括由多个单体电池串联构成的串联电池组1、多个双向直流变换器2、电池检测模块3、单体电池电量计算模块4、通信模块5、均衡控制模块6和均衡驱动电路7。各双向直流变换器分别与各单体电池的正负极相连，串联电池组的信号输出连接电池检测模块，电池检测模块的信号输出连接单体电池电量计算模块，单体电池电量计算模块的信号输出连接通信模块，通信模块的信号输出连接均衡控制模块，均衡控制模块的信号输出连接均衡驱动电路，均衡驱动电路的信号输出连接双向直流变换器。
[0017]配合参见图2，本实用新型中的各双向直流变换器2包括由相同绕组构成的支路绕组21，每个支路绕组串联一个单体电池11，并且每个双向直流变换器连接一个均衡驱动电路7和一个均衡控制模块6，各均衡控制模块并联通信模块5。
[0018]本实用新型中的双向直流变换器是双向拓扑结构，包括一个以支路绕组21为一边的变压器、电感器22、电容器23、开关管24和整流二极管25，开关管和整流二极管并联，其一端连接支路绕组，另一端连接电感器，开关管的第三极连接均衡驱动电路。
[0019]本实用新型中的串联电池组中的单体电池包括锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池或镍镉电池。
[0020]本实用新型的工作原理是:对于串联锂离子电池组，通过系统信号采样模块负责采集电池单体的电压，及所在支路和总回路的电流信号，单体电池电量计算模块负责计算电池单体的动态电量。根据串联电池实际应用经验，假设电池组有η个单体，可能存在明显过充过放现象单体数为m(m<<n)。当数据采集系统发现电量最高单体Bi，此时通过均衡控制模块、均衡驱动电路对该单体所在支路的开关管Qi进行控制，该支路作为变压器原边绕组放电；其他单体所在支路开关管不控，只做整流，变压器副边绕组各单体进行充电操作。均衡过程中，当原边单体的电量Qi低至平均电量Qave时，结束该单体的均衡操作。重新进行采样计算，选择新的单体重复进行上一步的均衡操作，直至电池组分散度ε <4%,完成整个均衡过程。
[0021]本实用新型在充电过程中可以有针对性的将过充单体的多余能量转移，避免过充的发生，保护单体；在静置过程中也可以维持各单体电量的基本均衡，保证电池组的一致性。由于采用多绕组变压器结构，大大提高了均衡效率，双向直流变换器可以自由选择需要进行操作的电池单体，更有针对性的进行均衡处理，另外反激直流变换器作为电气隔离小功率应用最广的变换器，拓扑简单、动态响应迅速。
【权利要求】
1.一种基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置，包括由多个单体电池串联构成的串联电池组，其特征在于，还包括多个双向直流变换器、电池检测模块、单体电池电量计算模块、通信模块、均衡控制模块和均衡驱动电路；各双向直流变换器分别与各单体电池的正负极相连，串联电池组的信号输出连接电池检测模块，电池检测模块的信号输出连接单体电池电量计算模块，单体电池电量计算模块的信号输出连接通信模块，通信模块的信号输出连接均衡控制模块，均衡控制模块的信号输出连接均衡驱动电路，均衡驱动电路的信号输出连接双向直流变换器。
2.如权利要求1所述的基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置，其特征在于:所述各双向直流变换器包括由相同绕组构成的支路绕组，每个支路绕组串联一个单体电池，并且每个双向直流变换器连接一个均衡驱动电路和一个均衡控制模块，各均衡控制模块并联通/[目模块。
3.如权利要求2所述的基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置，其特征在于:所述双向直流变换器是双向拓扑结构，包括一个以支路绕组为一边的变压器、电感器、电容器、开关管和整流二极管，开关管和整流二极管并联，其一端连接支路绕组，另一端连接电感器，开关管的第三极连接均衡驱动电路。
4.如权利要求1所述的基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置，其特征在于:所述串联电池组中的单体电池包括锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池或镍镉电池。
【文档编号】H02J7/00GK203734331SQ201320843805
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】吴红杰, 李松涛, 邵惠民, 江强, 周明明, 娄豫皖, 夏保佳 申请人:上海吉能电源系统有限公司, 上海万宏动力能源有限公司