[发明专利]一种4节串联电池组双向充放电均衡电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种串联电池组均衡技术，特别涉及一种用于混合动力电动汽车、纯电动汽车或蓄能电站的电池管理系统的4节串联电池组双向充放电均衡电路。

背景技术

串联电池在经过多个充放电循环后，各电池模块的剩余容量的分布大致会出现三种情况：个别电池模块的剩余容量偏高；个别电池模块的剩余容量偏低；个别电池模块的剩余容量偏高和个别电池模块的剩余容量偏低。

针对上述三种情况，国内外学者均提出了自己的解决方案。如针对情况个别电池模块剩余容量偏高的情况，有研究者提出了并联电阻分流法，它通过控制相应的开关将剩余容量偏高的电池模块的能量通过电阻消耗掉，该方法将能量白白浪费掉，并且在均衡的过程中产生了大量的热，增加了电池热管理的负荷。也有研究者提出了双向DC-DC均衡法、同轴变压器均衡法等均衡电路，这些电路都采用了变压器，使得均衡电路的成本增加。

目前锂离子电池组均衡控制的方法，由均衡过程中电路对能量的消耗情况，可分为能量耗散型和能量非耗散型两大类。按照均衡功能分类，可分为充电均衡、放电均衡和动态均衡。充电均衡是指在充电过程中的均衡，一般是在电池组单体电压达到设定值时开始均衡，通过减小充电电流防止过充电。放电均衡是在放电过程中的均衡，通过向剩余能量低的单体电池补充能量来防止过放电。动态均衡方式结合了充电均衡和放电均衡的优点，它是在整个充放电过程中对电池组进行均衡，使得均衡电路的功能更加完善。

发明内容

本发明的目的是在串联电池组的电池管理系统中采用一种均衡电路（EQU）来保证电池组中的电池模块（可包含多个电池单体）在充电和放电过程中不出现过充电和过放电，改善串联电池组不均衡的现象，提高电池组的可用容量，减小串联电池组的维修和更换周期，延长电池组的使用寿命，降低混合动力汽车、电动汽车和蓄能电站的成本。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现。

一种4节串联电池组双向充放电均衡电路，串联电池组由4节电池模块组成，从串联电池组正端开始到负端截止，均衡电路包括两组MOS管和四个储能电感；第一组MOS管的个数为3，分别为第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管,且通过漏极和源极依次连接起来，第一MOS管的漏极连接电池组正端，第三MOS管的源极连接电池组负端；第二组MOS管的个数为3，分别为第四MOS管、第五MOS管且第六MOS管，且通过漏极和源极依次连接起来，第四MOS管的漏极连接电池组正端，第六MOS管的源极连接电池组负端；所有前述MOS管的栅极用于与电池管理系统的控制电路连接，接受控制电路的控制信号；储能电感第一端为a端，第二端为b端；第一电池模块的负极与第二电池模块的正极连接点处连接第一储能电感的a端，第一储能电感的b端连接第一MOS管的源极、第二MOS管的漏极，第二电池模块的负极与第三电池模块的正极的连接点处连接第二储能电感的a端和第三储能电感的a端，其中第二储能电感的b端连接第二MOS管的源极第三MOS管的漏极，第三储能电感的b端连接第五MOS管的漏极、第六MOS管的源极，第三电池模块的负极与第四电池模块的正极的连接点处连接第四储能电感的a端，第四储能电感的b端连接第六MOS管的漏极第五MOS管的源极；控制电路通过控制各MOS管的闭合与断开来实现均衡电路的功能。

进一步优选的，所述电池模块包含两个以上电池单体，电池单体是铅酸电池或锂离子电池。

进一步优选的，所述控制电路控制信号的频率的大小为10khz-20khz。

进一步优选的，所述控制电路控制信号的占空比满足储能电感在每个信号周期内复位，即一个周期内储能电感的电流先从零开始上升，最后又下降到零。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明电路结构巧妙，在串联电池组电池管理系统中采用上述电池均衡技术，能保证每个电池在充电和放电过程中不出现过充电和过放电，改善串联电池组不均衡的现象，提高电池组的可用容量，延长电池组的使用寿命，降低混合动力汽车、电动汽车和电站中蓄电池储能系统的成本。

附图说明

图1是4节电池模块串联的均衡电路原理图。

图2a是对B2进行放电均衡过程中B2放电的电路原理图。

图2b是对B2进行放电均衡过程中B1、B3、B4充电的电路原理图。

图2c是对B2进行充电均衡过程中B1、B3、B4放电的电路原理图。

图2d是对B2进行充电均衡过程中B2充电的电路原理图。

图3a是对B2进行放电均衡过程的仿真结果图。