一種電池組主動(dòng)均衡電路及方法
【專利摘要】一種電池組主動(dòng)均衡電路及方法，所述電路包括均衡控制單元和電容器，所述均衡控制單元與電池單元一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)連接；其中，每個(gè)所述均衡控制單元包括第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件和一電感器，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件串聯(lián)后與對(duì)應(yīng)的所述電池單元并聯(lián)，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件交替開閉；所述電感器的第一端接所述與兩個(gè)所述功率開關(guān)的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)；每個(gè)所述電容器分別連接在兩個(gè)相鄰的所述均衡控制單元上的電感器的第二端之間，不需要巡檢單元電池的電壓，不限制電池組串聯(lián)的數(shù)量，沒有瞬間大電流，在一個(gè)PWM周期內(nèi)即可完成能量的轉(zhuǎn)移，串聯(lián)的電容器組具有并行電壓均衡的特點(diǎn)，提高了均衡的速度。
【專利說明】
一種電池組主動(dòng)均衡電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電池管理技術(shù)，特別是涉及一種電池組主動(dòng)均衡電路及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前蓄電池在UPS、EPS、新能源及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。但蓄電池單體電壓低、容量小，為了滿足高壓大容量的應(yīng)用要求，一般將蓄電池單體串并聯(lián)使用。由于蓄電池單體自身制作工藝等原因，不同單體之間諸如電解液密度、電極等效電阻等都存在著差異，這些差異都可能會(huì)導(dǎo)致在使用過程中電池單元充電與放電速率的不同。當(dāng)它們串聯(lián)在一起組成電池組時(shí)，就有可能在充電時(shí)有部分電池提前充滿電，而放電時(shí)部分電池提前放完電的情況出現(xiàn)。如果不進(jìn)行均衡的話，就使得電池的實(shí)際容量與標(biāo)定容量有差另IJ。日積月累，可能會(huì)明顯地減低整個(gè)電池組的表現(xiàn)。長時(shí)間的不均衡會(huì)導(dǎo)致整個(gè)蓄電池組壽命縮短，嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。
[0003]目前基于電感作為能量轉(zhuǎn)移載體的主動(dòng)式電壓均衡方案，利用電感平衡相鄰兩節(jié)串聯(lián)電池的電壓。利用一個(gè)具有極性反轉(zhuǎn)的同步整流型BUCK-B00ST電路進(jìn)行電壓均衡，由于同步整流的原因，其電感必然工作于電感電流連續(xù)模式(CCM)?；陔妷壕獾囊螅溟_關(guān)管必然具有同樣的導(dǎo)通時(shí)間，即驅(qū)動(dòng)是互補(bǔ)且對(duì)稱的。這樣，在電池電壓已經(jīng)均衡的情況下，若均衡電路繼續(xù)工作，非但沒有實(shí)質(zhì)性的節(jié)能效果，而且由于電池處于不斷的充電-放電過程，線路的阻抗會(huì)帶來額外的損耗。若要讓均衡電路在此時(shí)停止工作，必然需要增加電池組單體電壓的檢測(cè)功能實(shí)施條件判斷，這樣又導(dǎo)致線路復(fù)雜。在電池電壓不均衡的情況下，電池電壓有差異。假設(shè)電池容量較大，內(nèi)阻很小。由于每個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間一樣，而作用在電感兩端的電壓卻有差異，必然導(dǎo)致電感伏秒不平衡。長此，電感趨向飽和，均衡電路失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種電池組主動(dòng)均衡電路，旨在解決目前的主動(dòng)式電壓均衡方案會(huì)帶來額外的損耗、線路復(fù)雜的問題。
[0005]本發(fā)明提供了一種電池組主動(dòng)均衡電路，用于控制串聯(lián)電池組中各個(gè)電池單元之間的電壓均衡，所述電路包括與所述電池單元數(shù)量相同的均衡控制單元和比所述電池單元數(shù)量少一個(gè)的電容器，所述均衡控制單元與所述電池單元一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)連接；
[0006]其中，每個(gè)所述均衡控制單元包括第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件和一電感器，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件串聯(lián)后與對(duì)應(yīng)的所述電池單元并聯(lián)，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件交替開閉;所述電感器的第一端接所述與兩個(gè)所述功率開關(guān)的串聯(lián)節(jié)點(diǎn);每個(gè)所述電容器分別連接在兩個(gè)相鄰的所述均衡控制單元上的電感器的第二端之間。
[0007]優(yōu)選地，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件為光耦繼電器；
[0008]所述第一開關(guān)元件的原邊輸入端和所述第二開關(guān)元件的原邊輸入端接直流電源；所述第一開關(guān)元件的原邊輸出端和所述第二開關(guān)元件的原邊輸出端分別接入占空比為50%的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0009]所述第一開關(guān)元件的副邊輸入端接所述電池單元的正極，所述第一開關(guān)元件的副邊輸出端接和所述第二開關(guān)元件的副邊輸入端，所述第二開關(guān)元件的副邊輸出端接所述電池單元的負(fù)極。
[0010]優(yōu)選地，還包括驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元接入控制信號(hào)，分別向第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以控制所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件交替開閉。[0011 ] 優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)量與所述電池單元數(shù)量相同。
[0012]優(yōu)選地，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件為功率開關(guān)管，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件分別接入占空比為50%的PffM互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0013]優(yōu)選地，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件同為N型MOSFET，或同為P型MOSFETo
[0014]優(yōu)選地，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件其中一個(gè)為N型MOSFET，另一個(gè)為P型MOSFET。
[0015]優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)單元包括第一光電耦合器、第二光電耦合器、第一電阻、第二電阻及雙通道驅(qū)動(dòng)電路，其中:
[0016]所述第一光電耦合器和所述第二光電耦合器的原邊輸入端接直流電源，所述第一光電耦合器和所述第二光電耦合器的原邊輸出端分別接所述控制信號(hào)；
[00?7 ]所述第一光電親合器的副邊輸入端接所述直流電源正極，所述第一光電親合器的副邊輸出端接所述雙通道驅(qū)動(dòng)電路的第二輸入端，且通過所述第一電阻接所述直流電源負(fù)極;所述第二光電耦合器的副邊輸入端接所述雙通道驅(qū)動(dòng)電路的第一輸入端，且通過所述第二電阻接所述直流電源正極，所述第二光電耦合器的副邊輸出端接所述直流電源負(fù)極；
[0018]所述雙通道驅(qū)動(dòng)電路的第一輸出端和第二輸出端分別接所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件。
[0019]優(yōu)選地，所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件具有體二極管，或分別并聯(lián)一續(xù)流二極管。
[0020]本發(fā)明還提供了一種電池組主動(dòng)均衡方法，基于上述的電池組主動(dòng)均衡電路，所述方法包括:
[0021]SI，控制每個(gè)所述均衡控制單元中其中一個(gè)開關(guān)元件導(dǎo)通，使與所述電容器并聯(lián)導(dǎo)通的電池單元通過所述電感器為該電容器充電；
[0022]S2，關(guān)閉步驟SI中導(dǎo)通的開關(guān)元件，進(jìn)入死區(qū)時(shí)間，所述電感器繼續(xù)向所述電容器充電；
[0023]S3，控制每個(gè)所述均衡控制單元中另一個(gè)開關(guān)元件導(dǎo)通，使所述電容器向與其并聯(lián)導(dǎo)通的相鄰另一個(gè)電池單元放電；
[0024]S4，關(guān)閉步驟S3中導(dǎo)通的開關(guān)元件，進(jìn)入死區(qū)時(shí)間，所述電感器繼續(xù)向所述電池單元放電；
[0025]其中，上述步驟S1-S4，在一個(gè)PffM周期內(nèi)完成;通過步驟S1-S4，各個(gè)所述電池單元實(shí)現(xiàn)電壓均衡。
[0026]上述的電池組主動(dòng)均衡電路不需要巡檢單元電池的電壓，不限制電池組串聯(lián)的數(shù)量，沒有瞬間大電流，在一個(gè)PWM周期內(nèi)即可完成能量的轉(zhuǎn)移，串聯(lián)的電容器組具有并行電壓均衡的特點(diǎn)，提高了均衡的速度。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例中電池組主動(dòng)均衡電路多電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例中電池組主動(dòng)均衡電路兩電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明較佳實(shí)施例中兩電池的電壓均衡過程；
[0030]圖4為圖2所示電池組主動(dòng)均衡電路中利用光耦繼電器作為開關(guān)元件的電路原理圖；
[0031]圖5為圖2所示電池組主動(dòng)均衡電路中利用光耦繼電器作為開關(guān)元件的電路原理圖；
[0032]圖6為圖2所示電池組主動(dòng)均衡電路中利用N型MOSFET作為開關(guān)元件的電路原理圖；
[0033]圖7為圖2所示電池組主動(dòng)均衡電路中利用N型和P型MOSFET作為開關(guān)元件的電路原理圖；
[0034]圖8為圖6和7所示驅(qū)動(dòng)單元的電路原理圖；
[0035]圖9為圖8所示雙通道驅(qū)動(dòng)電路較佳實(shí)施例中的三極管驅(qū)動(dòng)電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0037]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明較佳實(shí)施例中電池組主動(dòng)均衡電路用于控制串聯(lián)電池組10中各個(gè)電池單元BTl -BTn的之間的電壓均衡，電路包括與電池單元BT1-BTn數(shù)量相同的均衡控制單元20和比電池單元BTl-BTn數(shù)量少一個(gè)的電容器(Cl-Cn-1 )，均衡控制單元20與電池單元BTl-BTn——對(duì)應(yīng)并聯(lián)連接。每個(gè)均衡控制單元20包括第一開關(guān)元件(SI，S3，…，S2n_l)、第二開關(guān)元件(S2，S4，和一電感器(Ll-Ln)，第一開關(guān)元件(SI，S3，和第二開關(guān)元件(S2，S4，…，S2n)串聯(lián)后與對(duì)應(yīng)的電池單元BT1-BTn并聯(lián)，第一開關(guān)元件(SI，S3，"_，S2n-l)和第二開關(guān)元件(S2，S4，"_，S2n)交替開閉；電感器(Ll-Ln)的第一端接與兩個(gè)功率開關(guān)的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)；每個(gè)電容器(Cl-Cn-1)分別連接在兩個(gè)相鄰的均衡控制單元20上的電感器(L1-Ln)的第二端之間。
[0038]更具體地，第一開關(guān)元件(51，53，‘"，5211-1)和第二開關(guān)元件(52，54，‘"，5211)在PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)下控制，實(shí)現(xiàn)一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)交替開閉，即分別驅(qū)動(dòng)第一開關(guān)元件(SI，S3，...，S2n-1)和第二開關(guān)元件(S2，S4，…，S2n)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)PffMA和PffMB是兩個(gè)占空比為50 % (有死區(qū)時(shí)間)的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，頻率可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，PWMA為高電平時(shí)，第一開關(guān)元件(SI，S3，一3211-1)全部導(dǎo)通；PWMA為低電平時(shí)，第一開關(guān)元件(SI，S3，…，S2n-1)全部關(guān)斷。PffMB為高電平時(shí)，第二開關(guān)元件(32，34，"_，3211)全部導(dǎo)通;？￥1?為低電平時(shí)，第二開關(guān)元件(32，34，"_，3211)全部關(guān)斷。死區(qū)時(shí)間內(nèi)，所有開關(guān)元件都關(guān)斷，電感電流通過開關(guān)元件并聯(lián)的二極管續(xù)流。需要說明的是，若開關(guān)元件為MOSFET時(shí)，上述的二極管為其體二極管。
[0040]在另一個(gè)實(shí)施例中，電池組10主動(dòng)均衡電路還包括驅(qū)動(dòng)單元30，驅(qū)動(dòng)單元30接入控制信號(hào)，分別向第一開關(guān)元件(SI，S3，…，S2n-1)和第二開關(guān)元件(S2，S4，…，S2n)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以控制第一開關(guān)元件(31，53，-_，5211-1)和第二開關(guān)元件(52，54，-_，5211)交替開閉。本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元30的數(shù)量與電池單元BTl-BTn數(shù)量相同，分別控制每個(gè)均衡控制單元20中的開關(guān)元件開閉。在其他實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)單元30可以是一個(gè)，具有兩種輸出端口，控制所有均衡控制單元20中的開關(guān)元件。
[0041]請(qǐng)參閱圖2和圖3，在一個(gè)實(shí)施例中，電池單元為兩個(gè)，BTl和BT2，考慮電池單元的BTl和電池單元BT2電壓均衡過程。
[0042]假設(shè)電池電壓VBT1>VBT2。當(dāng)PffMA為高電平時(shí)(此時(shí)PffMB為低電平)，第一開關(guān)元件
51、S3導(dǎo)通，第二開關(guān)元件S2、S4關(guān)斷。電容器Cl通過電感器L1、L2與電池單元BTl并聯(lián)。在開關(guān)元件開通的瞬間，由于電感器L1、L2的存在，抑制了開啟電流，防止出現(xiàn)電弧或電磁干擾等問題。此時(shí)電池單元BTl對(duì)電容器Cl進(jìn)行充電。由于線路阻抗的存在，閉合電路是一個(gè)二階的RLC電路，通過電感量的合適選取，使電路處于臨界阻尼狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)電池單元BTl對(duì)電容器Cl的快速平穩(wěn)充電。穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容器Cl的電壓等于電池單元BTl的端電壓。
[0043]當(dāng)PWMA為低電平時(shí)(此時(shí)PffMB為高電平)，第一開關(guān)元件S1、S3關(guān)斷，第二開關(guān)元件
52、S4導(dǎo)通。電容器Cl通過電感器L1、L2與電池單元BT2并聯(lián)。由于VBT1>VBT2，此時(shí)電容器Cl對(duì)電池單元BT2進(jìn)行放電。同理，穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容器Cl的電壓等于電池單元BT2的端電壓。
[0044]在所有開關(guān)管都關(guān)閉的死區(qū)時(shí)間內(nèi)，電感的剩余電流通過開關(guān)管的體二極管或開關(guān)的并聯(lián)二極管續(xù)流。死區(qū)時(shí)間保證了奇、偶開關(guān)管不會(huì)出現(xiàn)共通的現(xiàn)象。
[0045]由于電池單元BTl的電壓比電池單元BT2的電壓高，電池單元BTl將多余的能量轉(zhuǎn)移到電容器Cl上，然后電容器Cl再將這部分能量轉(zhuǎn)移到電壓低的電池單元BT2上，實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)電池組的電壓均衡。
[0046]在均衡過程中，忽略線路本身的阻抗，基本實(shí)現(xiàn)了無損能量轉(zhuǎn)移。擴(kuò)展到多節(jié)串聯(lián)電池單元的電壓均衡，每相鄰兩節(jié)電池單元的電壓均衡過程與上述過程一致。從而實(shí)現(xiàn)了無限多節(jié)串聯(lián)電池組的電壓均衡，且相比傳統(tǒng)的飛渡電容均衡方案，無需額外的電壓檢測(cè)線路。對(duì)于串聯(lián)電池組的電壓均衡過程，只需要一個(gè)PWM周期的四個(gè)階段即可完成能量的無損轉(zhuǎn)移，提高了均衡的速度。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，請(qǐng)結(jié)合圖2、圖4和圖5，第一開關(guān)元件(SI，S3)和第二開關(guān)元件(S2，S4)為光耦繼電器Ul和U2。
[0048]第一開關(guān)元件(51，53)的原邊輸入端和第二開關(guān)元件(52，54)(光耦繼電器)的原邊輸入端接直流電源;第一開關(guān)元件(SI，S3)的原邊輸出端和第二開關(guān)元件(S2，S4)的原邊輸出端分別接入占空比為50%的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；第一開關(guān)元件(SI，S3)的副邊輸入端接電池單元BT1、BT2的正極，第一開關(guān)元件(51，53)的副邊輸出端接和第二開關(guān)元件(52，54)的副邊輸入端，第二開關(guān)元件(S2，S4)的副邊輸出端接電池單元BT1、BT2的負(fù)極。本實(shí)施例中，整個(gè)光耦繼電器Ul和U2看作一個(gè)獨(dú)立的開關(guān)元件。而在其他實(shí)施方式中，光耦繼電器Ul和U2可以拆分成兩部分，其原邊可以看作驅(qū)動(dòng)單元20，副邊可以看作開關(guān)元件。開關(guān)元件與驅(qū)動(dòng)單元合為一體，電路簡(jiǎn)單，成本低。光耦實(shí)現(xiàn)電氣隔離，提高可靠性。當(dāng)光耦繼電器原邊的發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，副邊開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)發(fā)光二極管滅時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，電路簡(jiǎn)單，容易控制。擴(kuò)展到多節(jié)串聯(lián)蓄電池組的應(yīng)用，只需要增加相應(yīng)的電容、電感、光耦繼電器以及驅(qū)動(dòng)電阻即可，容易實(shí)現(xiàn)。
[0049]在另一個(gè)實(shí)施例中，第一開關(guān)元件(51，53，‘"，5211-1)和第二開關(guān)元件(52，54，...，S2n)為功率開關(guān)管，第一開關(guān)元件(SI，S3，…，S2n-1)和第二開關(guān)元件(S2，S4，…，S2n)分別接入占空比為50%的PffM互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如此，采用更低內(nèi)阻的功率開關(guān)管能夠進(jìn)一步降低線路損耗，提尚開關(guān)頻率，加快電壓均衡速度。
[0050]第一種功率開關(guān)管實(shí)現(xiàn)方式，請(qǐng)結(jié)合圖2和圖6，第一開關(guān)元件(SI，S3)和第二開關(guān)元件(S2，S4)同為N型MOSFET，或同為P型MOSFET(圖未示出)。可以直接通過PffM驅(qū)動(dòng)芯片(驅(qū)動(dòng)單元30)直接驅(qū)動(dòng)兩個(gè)M0SFET，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)交替開閉，PWM驅(qū)動(dòng)芯片的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWMA和PffMB是兩個(gè)占空比為50% (有死區(qū)時(shí)間)的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，頻率可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。
[0051]第二種功率開關(guān)管實(shí)現(xiàn)方式，請(qǐng)結(jié)合圖2和圖7，第一開關(guān)元件(SI，S3)和第二開關(guān)元件(S2，S4)其中一個(gè)為N型MOSFET，另一個(gè)為P型MOSFET。
[0052]利用P型及N型MOSFET作為開關(guān)元件，可進(jìn)一步簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路，降低控制電路復(fù)雜度，從而提高電路可靠性。還可進(jìn)一步提高開關(guān)頻率，加快蓄電池組電壓均衡速度。且MOSFET體二極管作為電感電流的續(xù)流通路，可簡(jiǎn)化電路并提高電路可靠性。
[0053]在其中一個(gè)實(shí)施例中，請(qǐng)結(jié)合圖2、6、7、8及9，驅(qū)動(dòng)單元30包括第一光電耦合器Ul、第二光電耦合器U2、第一電阻Rl、第二電阻R2及雙通道驅(qū)動(dòng)電路ICl。
[0054]第一光電親合器Ul和第二光電親合器U2的原邊輸入端接直流電源，第一光電親合器Ul和第二光電耦合器U2的原邊輸出端分別接控制信號(hào);第一光電耦合器Ul的副邊輸入端接直流電源正極，第一光電耦合器Ul的副邊輸出端接雙通道驅(qū)動(dòng)電路ICl的第二輸入端，且通過第一電阻Rl接直流電源負(fù)極;第二光電耦合器U2的副邊輸入端接雙通道驅(qū)動(dòng)電路ICl的第一輸入端，且通過第二電阻R2接直流電源正極，第二光電耦合器U2的副邊輸出端接直流電源負(fù)極;雙通道驅(qū)動(dòng)電路ICl的第一輸出端和第二輸出端分別接第一開關(guān)元件(SI)和第二開關(guān)元件(S2)。
[0055]利用P型及N型MOSFET作為開關(guān)元件，無需自舉升壓控制，驅(qū)動(dòng)線路簡(jiǎn)單。驅(qū)動(dòng)電路由雙通道驅(qū)動(dòng)電路ICl、若干電阻及信號(hào)隔離光耦組成。雙通道驅(qū)動(dòng)電路ICl及光耦副邊的供電可直接采用電池供電，無需額外的供電電路，成本低，即上述的直流電源為電池單元提供。
[0056]另外，進(jìn)一步地，利用NPN及PNP三極管構(gòu)成圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路，兩個(gè)圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成雙通道驅(qū)動(dòng)電路IC1。如此，驅(qū)動(dòng)電路的雙通道驅(qū)動(dòng)電路ICl，既可以采用普通的雙通道驅(qū)動(dòng) IC 如 TC4427、MIC4424、UCC27324、UCC27424、UCC27524、FAN3224等，也可以采用分立器件NPN及PNP三極管構(gòu)成的圖騰柱作為驅(qū)動(dòng)。這樣可進(jìn)一步降低成本。
[0057]本發(fā)明還提供了一種電池組主動(dòng)均衡方法，基于上述的電池組主動(dòng)均衡電路，所述方法包括:
[0058]步驟SI，控制每個(gè)所述均衡控制單元中其中一個(gè)開關(guān)元件導(dǎo)通，使與所述電容器并聯(lián)導(dǎo)通的電池單元BTl通過所述電感器為該電容器充電；
[0059]步驟S2，關(guān)閉步驟SI中導(dǎo)通的開關(guān)元件，進(jìn)入死區(qū)時(shí)間，所述電感器繼續(xù)向所述電容器充電；
[0060]步驟S3，控制每個(gè)所述均衡控制單元中另一個(gè)開關(guān)元件導(dǎo)通，使所述電容器向與其并聯(lián)導(dǎo)通的相鄰另一個(gè)電池單元BT2放電；
[0061]步驟S4，關(guān)閉步驟S3中導(dǎo)通的開關(guān)元件，進(jìn)入死區(qū)時(shí)間，所述電感器繼續(xù)向所述電池單元放電；
[0062]其中，上述步驟S1-S4，在一個(gè)PffM周期內(nèi)完成。通過步驟S1-S4，各個(gè)所述電池單元實(shí)現(xiàn)電壓均衡。
[0063]總之本方案，開關(guān)元件不限于光耦繼電器，M0SFET，也可以用繼電器等其他形式的開關(guān)代替。驅(qū)動(dòng)電路也可以用半橋驅(qū)動(dòng)IC以及N型MOSFET替代。兩個(gè)互補(bǔ)的PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，也可以用一個(gè)PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)，在光耦的副邊再通過電路變?yōu)閮蓚€(gè)PWM信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)奇、偶兩個(gè)開關(guān)管。
[0064]本方案以較低的成本和較簡(jiǎn)單的控制，實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)數(shù)量沒有限制的蓄電池組的電壓均衡，具有不需要巡檢單元電池電壓、沒有額外的能量損耗、沒有瞬間的大電流及電磁干擾等特點(diǎn)，提高了系統(tǒng)可靠性。不管電池組是處于充電、放電還是靜態(tài)過程，都可以不間斷的實(shí)現(xiàn)電壓均衡，延長電池組的使用壽命。
[0065]不需要巡檢單元電池的電壓，不限制電池組串聯(lián)的數(shù)量，沒有瞬間大電流，在一個(gè)PffM周期內(nèi)即可完成能量的轉(zhuǎn)移，串聯(lián)的電容器組具有并行電壓均衡的特點(diǎn)，提高了均衡的速度。采用光耦繼電器的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單可靠，采用更低內(nèi)阻的MOSFET能夠進(jìn)一步降低線路損耗，提尚開關(guān)頻率，加快電壓均衡速度。
[0066]以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電池組主動(dòng)均衡電路，用于控制串聯(lián)電池組中各個(gè)電池單元之間的電壓均衡，其特征在于，所述電路包括與所述電池單元數(shù)量相同的均衡控制單元和比所述電池單元數(shù)量少一個(gè)的電容器，所述均衡控制單元與所述電池單元一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)連接； 其中，每個(gè)所述均衡控制單元包括第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件和一電感器，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件串聯(lián)后與對(duì)應(yīng)的所述電池單元并聯(lián)，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件交替開閉；所述電感器的第一端接所述與兩個(gè)所述功率開關(guān)的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)；每個(gè)所述電容器分別連接在兩個(gè)相鄰的所述均衡控制單元上的電感器的第二端之間。2.如權(quán)利要求1所述的電池組主動(dòng)均衡電路，其特征在于，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件為光耦繼電器； 所述第一開關(guān)元件的原邊輸入端和所述第二開關(guān)元件的原邊輸入端接直流電源;所述第一開關(guān)元件的原邊輸出端和所述第二開關(guān)元件的原邊輸出端分別接入占空比為50%的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 所述第一開關(guān)元件的副邊輸入端接所述電池單元的正極，所述第一開關(guān)元件的副邊輸出端接和所述第二開關(guān)元件的副邊輸入端，所述第二開關(guān)元件的副邊輸出端接所述電池單元的負(fù)極。3.如權(quán)利要求1所述的電池組主動(dòng)均衡電路，其特征在于，還包括驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元接入控制信號(hào)，分別向第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以控制所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件交替開閉。4.如權(quán)利要求3所述的電池組主動(dòng)均衡電路，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)量與所述電池單元數(shù)量相同。5.如權(quán)利要求1或3所述的電池組主動(dòng)均衡電路，其特征在于，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件為功率開關(guān)管，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件分別接入占空比為50%的PffM互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。6.如權(quán)利要求5所述的電池組主動(dòng)均衡電路，其特征在于，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件同為N型MOSFET，或同為P型MOSFET。7.如權(quán)利要求3所述的電池組主動(dòng)均衡電路，其特征在于，所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件其中一個(gè)為N型MOSFET，另一個(gè)為P型MOSFET。8.如權(quán)利要求7所述的電池組主動(dòng)均衡電路，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)單元包括第一光電耦合器、第二光電耦合器、第一電阻、第二電阻及雙通道驅(qū)動(dòng)電路，其中: 所述第一光電親合器和所述第二光電親合器的原邊輸入端接直流電源，所述第一光電耦合器和所述第二光電耦合器的原邊輸出端分別接所述控制信號(hào)； 所述第一光電耦合器的副邊輸入端接所述直流電源正極，所述第一光電耦合器的副邊輸出端接所述雙通道驅(qū)動(dòng)電路的第二輸入端，且通過所述第一電阻接所述直流電源負(fù)極；所述第二光電耦合器的副邊輸入端接所述雙通道驅(qū)動(dòng)電路的第一輸入端，且通過所述第二電阻接所述直流電源正極，所述第二光電耦合器的副邊輸出端接所述直流電源負(fù)極； 所述雙通道驅(qū)動(dòng)電路的第一輸出端和第二輸出端分別接所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件。9.如權(quán)利要求1所述的電池組主動(dòng)均衡電路，其特征在于，所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件具有體二極管，或分別并聯(lián)一續(xù)流二極管。10.—種電池組主動(dòng)均衡方法，基于權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的電池組主動(dòng)均衡電路，其特征在于，所述方法包括: SI，控制每個(gè)所述均衡控制單元中其中一個(gè)開關(guān)元件導(dǎo)通，使與所述電容器并聯(lián)導(dǎo)通的電池單元通過所述電感器為該電容器充電； S2，關(guān)閉步驟SI中導(dǎo)通的開關(guān)元件，進(jìn)入死區(qū)時(shí)間，所述電感器繼續(xù)向所述電容器充電； S3，控制每個(gè)所述均衡控制單元中另一個(gè)開關(guān)元件導(dǎo)通，使所述電容器向與其并聯(lián)導(dǎo)通的相鄰另一個(gè)電池單元放電； S4，關(guān)閉步驟S3中導(dǎo)通的開關(guān)元件，進(jìn)入死區(qū)時(shí)間，所述電感器繼續(xù)向所述電池單元放電； 其中，上述步驟S1-S4，在一個(gè)PffM周期內(nèi)完成;通過步驟S1-S4，各個(gè)所述電池單元實(shí)現(xiàn)電壓均衡。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK105871022SQ201610322300
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】鐘小芬
【申請(qǐng)人】鈦白金科技（深圳）有限公司