[发明专利]一种低成本的蓄电池组均衡电路及方法

说明书

本发明公开了一种低成本的蓄电池组均衡电路及方法，包括多个串联的单体电池和外部控制电路。每个单体电池上均连接有一个均衡单元。所述均衡单元由串联在单体电池的正负极之间的MOSFET和变压器绕组组成，且每个均衡单元中的变压器绕组均来自于同一个共享使用的多抽头变压器；当所述MOSFET导通时，该MOSFET所在均衡单元中的单体电池向其对应的变压器绕组放电；当所述MOSFET断开时，该MOSFET所在均衡单元之外的其他均衡单元中的变压器通过公用磁芯上的绕组给其对应的单体电池充电。通过此方式达到了真正的电池组高效、安全的动态主动均衡充电和放电，能最大限度的保护电池，充分发挥电池组的能量。而且只采用一个多绕组变压器，硬件成本也大幅降低。

技术领域

本发明涉及一种蓄电池组均衡电路，具体为一种低成本的蓄电池组均衡电路及方法，属于蓄电池的电池保护系统技术领域。

背景技术

蓄电池作为能量存储介质，已经广泛应用于社会的各行各业，特别是近年来在通信电源、UPS电源、各种动力车辆、太阳能发电、风力发电、国家智能电网等行业中，作为动力或电源储能的系统中，磷酸铁锂电池已经被视为最关键的组件之一。电池系统对以串联方式工作的电池组进行充电、放电，在每次充电、放电以后，电池组里各个单体电池的特性都会不一样，如端电压、内阻、老化程度、剩余容量(SOC)、电池健康度(SOH)等等，并且会随着时间的推移进一步加剧单体电池之间的差异性。如何保证电池在充电、放电过程中进行电池组快速高效的动态主动均衡控制，是保证磷酸铁锂电池的安全性、可靠性以及充分发挥其化学效能的一项关键技术。

随着磷酸铁锂电池的使用越来越广泛，近年来对串联磷酸铁锂电池组进行充电、放电的装置和方法得到了不断的改进，以试图对串联在一起的电池组的保护和均衡能更加快速、高效。在磷酸铁锂电池的传统被动均衡方法中，都是利用半导体开关器件和功率电阻构成的放电矩阵网络，这些矩阵施加在每个单体电池两端，对充电时端电压较高的单体电池进行适量放电，使电池组中的各个单体电池的电压尽量以相同的速度一致升高，同时充足，达到串联电池的被动均衡的目的；由于采用的功率电阻要对单体电池进行放电才能达到均衡的目的，电阻的发热量大，因此对电池组前端充电器的能量利用率较低，有较大的电阻发电热损耗。

在传统的电池组放电方法中，当其中的某一个电池芯达到需要保护的最小端电压时，则整个电池组将被强制停止放电，但在这个时候，其它的状态良好的一些电池芯中可能还有很多剩余的能量没有被释放出来，因此这将极大地影响电池组的能量使用率。

在目前见到的传统的磷酸铁锂电池组放电方法中，是对串联在一起的电池组的总电压进行采集，并不监测各个单体电池的端电压；这种做法虽然简单，但是由于在使用过程中各个单体电池的电量并不均匀，假如长期循环使用下去，电量的差异性将会变的更大，所以电量较小的单体电池将会产生过放电，使得它的循环使用寿命大大的减少，因此将影响电池组的使用。上面描述的放电方法往往是设定一个电池组放电终止电压，当采集到电池组的总电压低于这个设定值时，就会终止电池组的放电。由于终止电压并不能反映电池组中所有单体电池的真实端电压，因此在终止放电时，有些单体电池可能会出现过放电的现象，有些单体电池可能还有很多剩余的电量没有使用，电池能量的使用率将大大的降低。

在目前见到的传统的磷酸铁锂电池组放电方法中，都是参照电池的端电压作为判断依据，当电池的端电压达到一定数值时，就强制停止放电，但是在不同的实际使用环境下，如环境温度较高时，电池中可能还有很多剩余的电量没有释放出来，而在环境温度较低时，就会出现电池过放电的现象，因此会对电池造成损害。