[发明专利]一种电池单体间均衡电路结构与均衡方法

说明书

技术领域

本发明属于电池均衡技术领域，特别提出一种电池单体间均衡电路结构与均衡方法。

背景技术

电池均衡就是使用某种方法使电池组中各电池单体的状态趋于一致。电池均衡对于电动车实际运行是至关重要的，电池单体由于电池内阻、容量、外界环境等因素的不同，在实际使用时会处于不均衡的状态。电池间不均衡会由于“短板效应”导致电池组的实际使用容量低于设计值，部分电池还可能出现过充电或过放电的情况，影响电池的使用特性，降低使用寿命，从而对整个电动车的运行造成影响。

现有的电池均衡方法均有其各自的缺陷：被动均衡利用与电池单体并联的电阻对电池单体进行放电，直到高能量电池单体达到与其他电池状态一致，但其易引起较大的能量损耗，均衡效率较低，且释放的热量增大了热管理的难度；buck-boost均衡原理实现相邻两电池单体间的能量流动，但不相邻电池间需要均衡时，需经多次中间转换，影响均衡效率；公用变压器反激均衡原理同一时刻只能实现一个电池单体与电池组的均衡，因此均衡时间较长，且开关管需承受较高的电压，器件成本较高。

主动均衡相对于被动均衡具有很大的优势，然而在实际应用中，主动均衡需要大量的电路元器件、复杂的控制电路等，其成本相对较高，不利于市场的推广。因而，在现有电池管理系统中，考虑到成本等因素的影响，被动均衡仍是最为广泛的均衡方法。

如何合理的利用主动均衡的优点，同时又能大大降低其成本成为目前电池均衡系统研究的一大关键。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种电池单体间均衡电路结构与均衡方法，有效的减少开关和线圈绕组的数量，从而有效降低该电路的成本；还能减小均衡所需时间，提高均衡的效率。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电池单体间均衡电路结构，包括两个以上串联的电池单体C，每个电池单体C均并联一个MOSFET，每相邻两个电池单体C共用一个共享线圈绕组，所有共享线圈绕组均耦合在一起。

所述的电池单体C的数量为偶数个(n＝2k，k＝1，2...)。

所述的MOSFET有P沟道MOSFET和N沟道MOSFET，奇数电池单体C对应的采用P沟道的MOSFET，而偶数电池单体C对应采用N沟道的MOSFET。

所述的共享线圈绕组均耦合在一起，在两个相邻的电池单体C间进行均衡时，共享线圈绕组与两个需要均衡的相邻电池单体共同构成一个双向buck-boost电路；在不相邻的电池单体间进行均衡时，共享线圈绕组与两个需要均衡的电池单体共同形成一个双向反激电路。

一种电池单体间均衡方法，包括以下步骤：

第一步，将电池组内电池单体根据单体编号分为奇数组和偶数组；

第二步，利用电压传感器、电流传感器对每节电池单体的电压/电流进行检测，估计每节电池单体的状态；

第三步，奇数组和偶数组单体中各获取一个需均衡的电池单体编号，并在奇数组和偶数组之间进行电池单体间的均衡；

第四步，判断需要均衡的两电池单体编号是否相邻，且为奇数小偶数大的情况；如果满足，则按照双向buck-boost电路方法进行均衡；如果不满足，则按照双向反激电路方法进行均衡；

第五步，两电池单体间均衡后延时0.1s-1s，返回第二步继续执行。

获取所述的奇数组和偶数组需均衡电池单体编号的方法为基于电压方法、基于SOC方法或基于剩余电量方法。

所述的双向buck-boost电路均衡方法，其步骤为：

第一步，闭合高能电池单体所对应的MOSFET开关，此时，高能电池单体、导通的MOSFET以及共享线圈绕组形成闭合环路状态，高能电池即对共享线圈绕组进行放电；

第二步，断开高能电池单体对应的MOSFET，保留1μs-1ms，保证所有开关均处于断开状态，从而避免多个开关同时导通而造成短路；

第三步，闭合低能电池单体对应的MOSFET，两电池单体共用的共享线圈绕组将向低能电池单体进行充电；

第四步，断开低能电池单体对应的MOSFET，最终实现电池单体间的状态均衡。

所述的双向反激电路均衡方法，其步骤为：

第一步，闭合高能电池单体所对应的MOSFET，高能电池对共享线圈绕组进行放电；

第二步，断开高能电池单体对应的MOSFET，保留1μs-1ms，避免多个开关同时导通而造成短路；

第三步，闭合低能电池单体对应的MOSFET，耦合的共享线圈绕组将向低能电池单体进行充电；