[发明专利]一种用于串联连接的电池组的能量均衡电路

说明书

技术领域

本发明涉及电池均衡技术，特别是一种用于串联连接的电池组的能量均衡电路。

背景技术

在新能源技术领域中，蓄电池广泛地被串联使用，用于存储能量、平峰填谷和持续供应能量。但是由于电池固有的不一致性，即同一型号规格的电池的电压、内阻、容量等参数存在差别，因此即使进行严密挑选配套，也不能保证所有电池特性一致。串联中的电池充电时存储的电能不一致，放电时释放的电势也不一致，这种充放电的不一致又反过来加速电池电化学特性的不一致，导致电池组加速老化，储存能力减少直至报废。因此，必须对电池组进行管理来克服电池不一致的问题，以提高电池组的寿命和效率。

针对这个问题，目前有些产品中采用了电池均衡技术。电池均衡技术是电池管理系统的核心技术，主要有被动均衡技术和主动均衡技术。

一.被动均衡技术是采用一个电阻与电池并联起来，将充电电流旁路一部分，避免电池过充，但缺点是：

(1)被旁路的那部分电流在电阻上白白消耗了部分功率，导致系统效率下降，与新能源工作者的理念相背；同时额外产生的热量需要系统增加散热设计，增加了成本。所以这种技术不是绿色的。

(2)被动均衡技术由于效率与散热的原因，均衡电流比较小，在500mA以下，均衡能力较差。

二、主动均衡技术是采用开关电容或电感将能量转移的方式来实现均衡的，主要有两种方式。

(1)采用电容进行均衡时，电容由四个均衡开关控制，将能量从过充的电池转移到邻近的欠充的电池中。

这种方式控制复杂，需要智能芯片对多个电池检测判断并控制四个均衡开关协调动作，同时其邻近的电池的均衡开关必须关闭，也就是均衡控制对每个电池是分时工作的，实时性差。当邻近的电容均为过充或欠充时，这种均衡方法失效，同时这种均衡方法的均衡电流较低，不大于50mA。这种均衡输出方式简单，不能满足工程应用需要，同时开关损耗也较大。

工程上已知有所谓“飞渡电容法”的均衡电路，电路中平均每个单体电池通过两个开关与均衡电容连接。这种均衡电路的开关损耗大，控制复杂，系统成本高，且如果同时存在多个单体电池处于过充或欠充的状态，那这个均衡电路会出现均衡失败。

(2)采用电感进行均衡时，电感可以由均衡开关控制，先将能量从过充的电池中分流充电电流，再转移到邻近的欠充的电池中。这种均衡方式，工程上实现方式有：

a.不隔离回扫方式

这种均衡方式主要是利用电感电流不能突变的特性，将第n个过充单体的能量转移到第n-1个电池中。根据该原理，在中国专利(申请号：200880111805.6)中，采用了向三个单体电池反激的方式，均衡电感依次再逐级向上泵升，最上端的单体电池不得已采用了一个变压器来实现能量转移。这种电路在工程应用中，某一路单体电池转移的反激电压要向它邻近的高电势侧的相邻三个电池充电，存在反激电压过高、干扰较大、开关元件承受反压较大的问题。

b.采用多绕组变压器进行主动均衡

这种均衡方式需要分时均衡，当串联单体电池较多时，实时性较差，均衡能力不足，均衡精度低，同时变压器变比很大，变压器驱动开关管承受较大电压应力。由于绕组多、变比大，变压器体积较大，因此当串联级数过多时，则不得不分组进行均衡。

c.采用“飞渡电容法结构”进行DC-DC变换

这种均衡电路既可以将过充的单体电压连接到变换器输入模块，通过DC/DC变换将过充能量输送出去；也可以将欠充的单体电池连接到变换器输出模块，通过DC/DC为欠充电池提供附加能量。但缺点也是需要分时操作，实时性差。同时变压器变比很大，变压器驱动开关管承受较大电压应力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于串联连接的电池组的能量均衡电路，解决电池特性不一致导致的串联连接的电池组的过充及欠充的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于串联连接的电池组的能量均衡电路，所述电池组由两个或两个以上电池单体串联组成，该能量均衡电路包括与电池单体数量相同的单体均衡电路，所述每个单体均衡电路分别与一个对应的电池单体并联。

所述每个单体均衡电路包括：一个用于补充或转移所述单体均衡电路能量的均衡电路单元，一个用于根据所述对应的电池单体充放电状态来驱动所述均衡电路单元的PWM控制单元。