[发明专利]一种多单体串联动力锂电池组充放电均衡电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池组充放电均衡电路，尤其涉及一种多单体串联动力锂电池组充放电均衡电路。

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。类似于木桶短板效应，容量偏小的电池限制了整个电池组的性能。随着循环次数的增加，个别电池的过冲过放以及老化程度的差异，导致电池不一致性加剧，严重影响了电池性能。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，其损耗大、温升大、不适合大电流充电，无法实现放电均衡；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。开关电容法时间常数大、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；中国公开号CN101222149A公开了一种名称为“串联储能电源三单体直接均衡器”的专利，该专利公开了一种采取Boost和Flyback两种工作模式组合的均衡电路，然而它只能实现相邻三个串联储能单体间直接双向能量传递，并且电路结构复杂，实现困难。综上，现有均衡技术都存在各种各样的不足，多单体串联电池系统任意两个单体之间实现高效率、大电流充放电均衡仍然是BMS研发中面临的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多单体串联动力锂电池组充放电均衡电路，以解决现有均衡电路无法实现任意两个单体之间实现高效率、大电流充放电均衡的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种多单体串联动力锂电池组充放电均衡电路，包括一个主控制模块及与其通信连接的用于与一组串联相接顺次设置的单体电池对应连接的一组均衡模块组，每个均衡模块用于与一个单体电池一一对应；各均衡模块均包括一个反激变压器、两个开关和一个或两个以上并联实现的电容组，每个均衡模块反激变压器的一个绕组用于与对应该单体电池的正负极连接，该均衡模块的电容组与该绕组并联，另一个绕组用于与顺次连接的相邻下一单体电池的正负极连接，每个绕组回路上串联有一个开关，用于与每个反激变压器的同名端对应连接的单体电池相应极端的极性相反。

所述开关为开关管。

每个均衡模块反激变压器的原边绕组用于与对应该单体电池的正负极连接，且该均衡模块的电容与该原边绕组并联，副边绕组用于与顺次连接的相邻下一单体电池的对应负正极连接。

所述原边绕组回路上串联的开关管串接在原边绕组的同名端；所述副边绕组回路上串联的开关管串接在副边绕组的非同名端。

所述反激变压器为双向可逆DC/DC平面反激变压器。

所述开关管为MOSFET开关管。

本发明的多单体串联动力锂电池组充放电均衡电路的均衡模块由反激变压器、两个开关管和一个或两个以上并联实现的电容组组成，同时集成了其他功能电路，通过PWM信号控制连接反激变压器原副边绕组的两个开关管互补导通，通过控制反激变压器原边绕组和副边绕组的导通顺序，一方面实现电流旁路，另一方面实现能量在两个相邻电池之间向上转移或向下转移。N个单体电池之间通过直接或间接能量转移，最终实现N个单体之间的能量均衡。该均衡电路可以实现向上均衡和向下均衡、充电均衡和放电均衡等功能，最终能够实现所有单体电池间的能量平衡，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，能够达到大电流快速充电、增强电池安全性能、提高电池放电能力和使用寿命等目的。

附图说明

图1所示为本发明的结构示意图；

图2所示为充电或放电模式下，多单体串联均衡拓扑结构示意图；

图3所示为恒流充电模式下，三单体串联均衡拓扑结构示意图；

图4所示为向上均衡模式下，开关管S10闭合、S11断开时的电流流向示意图；

图5所示为向上均衡模式下，开关管S10断开、S11闭合时的电流流向示意图；

图6所示为向下均衡模式下，开关管S20断开、S21闭合时的电流流向示意图；

图7所示为向下均衡模式下，开关管S20闭合、S21断开时的电流流向示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明进行进一步介绍。