[发明专利]一种动力电池零电流开关主动均衡电路及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新能源汽车电力控制技术，尤其是一种动力电池零电流开关主动均衡电路及实现方法。

背景技术

目前，分耗散型和能量非耗散型两大类。能量耗散型通过给电池组中每个单体电池并联一个电阻来进行放电分流，从而实现均衡。能量非耗散型电路采用电容、电感作为储能元件，利用常见的电源变换电路作为拓扑基础，采取分散或集中的结构，实现单向或双向的充电方案。

能量耗散型电路结构简单，但是存在能量浪费和热管理的问题。能量非耗散型电路存在电路结构复杂、体积大、成本高、均衡时间长、高开关损耗等缺点。

中国发明专利申请（申请号201010572115.X）公开了一种利用均衡电阻对电池组中电池单体进行均衡的电路，主要包括控制器、电阻切换电路和均衡电阻。首先根据采集的电压值确定每个电池单体的剩余电量，然后控制电阻切换电路将均衡电阻与电量较高的电池单体并联，给该电池单体放电，从而实现电池单体电量均衡。实质上该电路是通过能量消耗的方式限制电池单体电压过高，只适合于静态均衡中，存在能量浪费和热管理的问题。

中国发明专利申请（申请号201210595724.6）提出了一种电容式电池均衡电路，该电路每相邻的两节电池共用一个电容，当电容与电压较高的电池单体并联时，电池给电容充电；当电容与电压较低的电池单体并联时，电容给电池充电。经过电容的充、放电，能量从电压较高的电池单体转移到电压较低的电池单体，从而使得其电压相等。但是当串联电池单体数量较多，所需要的均衡电容和开关模块及其驱动电路较多，导致电路体积庞大，并且当电压最高和最低的电池相邻多个单体时，这种“击鼓传花”的均衡方式，使得均衡效率会大大降低。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术中无法有效消除电池组内电池单体之间不一致性的问题，提供一种动力电池零电流开关主动均衡电路及实现方法，其能够实时判断电池组中电压最高和最低的电池单体，并对其进行零电流开关均衡，因为每次均衡都是针对电池组中电压差最大的两个电池单体进行削峰填谷，极大提高了均衡效率，从而有效减少电池单体之间的不一致性。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种动力电池零电流开关主动均衡电路，包括微控制器，所述微控制器包括模数转换模块、两个信号输出端和若干通用IO端；

所述模数转换模块用于将电压采集电路采集的电压信号转换成数字信号，从而确定电压最高和最低的电池单体；

所述两个信号输出端分别与一个多路选通开关的输入端相连，多路选通开关的多个输出端分别与各个电池单体对应的切换单元的输入端相连；所述两个信号输出端用于产生一对状态互补的控制信号，控制LC准谐振电路在两个电池单体间切换；

所述通用IO端与多路选通开关的控制输入端相连；所述通用IO端用于译码所述微控制器确定的最高单体电压和最低单体电压对应的电池编号，控制多路选通开关导通将所述一对互补的PWM信号分别送至电压最高和最低的电池单体对应切换单元的输入端；多个所述切换单元组成均衡切换电路，每个切换单元对应一个电池单体设置；

每个切换单元包括四个驱动芯片和四个金属氧化物半导体金属管MOS管；其中两个MOS管反向串联即漏极与漏极相连后的一端与电池单体的正极相连，另一端与所述LC准谐振电路的正极相连；另外两个MOS管反向串联即漏极与漏极相连后的一端与电池单体的负极相连，另一端与所述LC准谐振电路的负极相连。

所述控制信号为脉冲宽度调制信号PWM。

一种动力电池零电流开关主动均衡电路的实现方法，

微控制器利用电压采集电路，获取动力电池各单体电压，从而确定最高单体电压和最低单体电压以及对应的电池单体编号，若最大单体电压差值大于电池均衡阈值，则启动均衡电路；

在均衡状态下，微控制器控制均衡切换电路将LC准谐振电路在电压最高和最低的电池单体间周期循环切换；

当LC准谐振电路与电压最高的电池单体并联时，电池单体给电容C充电，当所述LC准谐振电路与电压最低的电池单体并联时，电容C给电池单体充电，从而实现两个电池单体电压的不断均衡；

当微控制器发出的切换频率等于LC准谐振电路的固有谐振频率时，实现零电流开关均衡，并且每次均衡都是针对电池组中电压差最大的两个电池单体进行削峰填谷，极大提高了均衡效率，有效改善了电池单体间的不一致性。