[发明专利]基于全桥电路的锂电池电压均衡装置及其均衡方法

权利要求书

1.一种基于全桥电路的锂电池电压均衡装置，其特征在于：包括检测电路、控制电路、开关阵列以及全桥电路；

所述检测电路用于检测锂电池中各单体电池的电压并将检测信号输出至控制电路，所述控制电路根据检测电路输出的电压检测信号控制开关阵列的通断将高电压目标单体电池的电量通过全桥电路转移至低电压目标单体电池；

所述开关阵列包括n+1个开关桥臂，锂电池中，编号为奇数的单体锂电池的正极通过对应的开关桥臂与全桥电路的第一连接端子连接，编号为偶数的单体锂电池的正极通过对应的开关桥臂与全桥电路的第二连接端子连接，整个锂电池的负极通过对应的开关桥臂与全桥电路的第二连接端子连接；

单体锂电池的编号由整体锂电池的负极到正极依次编号，对应于整个锂电池的负极的开关桥臂为S0，对应于整个锂电池正极的桥臂为Sn，其中：

桥臂S0由一个NMOS管构成；

开关桥臂S1至开关桥臂Sn由两个PMOS管串接形成，其中，同一开关桥臂的PMOS管的源极相连接；

所述全桥电路包括电感L、电容C、NMOS管Q1、NMOS管Q2、NMOS管Q3以及NMOS管Q4；

NMOS管Q1的漏极与NMOS管Q3的漏极连接，NMOS管Q1的源极连接于NMOS管Q2的漏极，NMOS管Q2的源极与NMOS管Q4的源极连接，NMOS管Q3的源极和NMOS管Q4的漏极连接，NMOS管Q1、NMOS管Q2、NMOS管Q3以及NMOS管Q4均具有续流二极管，NMOS管Q1、NMOS管Q2、NMOS管Q3以及NMOS管Q4的栅极均由控制电路控制；

电感L1的一端作为全桥电路的第一连接端子，电感L1的另一端连接于NMOS管Q1的源极和NMOS管Q2的漏极之间的公共连接点，NMOS管Q3的源极和NMOS管Q4的漏极之间的公共连接点作为全桥电路的第二连接端子，电容C的一端连接于NMOS管Q1和NMOS管Q3的漏极之间的公共连接点，电容C的另一端连接于NMOS管Q2和NMOS管Q4的源极之间的公共连接点；

所述均衡装置按照如下方法进行均衡：

S1.检测电路检测个单体电池的电压并输入至控制电路中；

S2.控制电路计算各单体电池相互之间的电压差值△V_cell，若△V_cellV_ON，则进入到步骤S3，其中，V_ON为进行电池均衡的开启电压；

S3.控制电路控制桥臂S0、S1以及S2处于工作状态，对均衡装置进行软启动；

S4.全桥电路软启动完成后，控制电路控制高电压目标单体电池Celli所对应的桥臂导通以及控制全桥电路处于工作状态，将高电压目标单体电池Celli的电量转移至全桥电路中，全桥电路处于升压状态；

S5.当全桥电路升压完成后，控制电路控制低电压目标单体电池所对应的桥臂导通以及全桥电路处于工作状态，将全桥电路的电量转移至低电压目标单体电池，全桥电路处于降压状态；

S6.重复步骤S4-S5，且控制电路判断单体电池相互之间的电压差值△V_cell是否满足△V_cellV_OFF，则控制电路控制各桥臂以及全桥电路停止工作，锂电池的均衡过程结束，其中，V_OFF进行电池均衡的结束电压；

步骤S3中，对均衡装置进行软启动具体包括：

S31.电感蓄能阶段：控制电路控制桥臂S1和桥臂S2处于导通状态，其余桥臂处于截止状态，且桥臂S2的导通时间t_s1为：

其中，u_C为电容C的电压，L为电感L的电感值，V_cell2为单体电池Cell2的电压，I_Lmax为电感L的最大承受电流；

S32.电感释能阶段：控制电路控制桥臂S2截止，桥臂S1保持导通，且桥臂S0导通；其中，电感释能阶段持续时间t_s2必须满足以下条件：

其中，V_cell1为单体电池Cell1的电压；

S33.判断电容C的电压u_C是否达到设定电压值V_Cth，如是，则结束均衡装置的软启动过程，如否，则重复步骤S31和步骤S32，直至电容C的电压u_C达到设定电压值V_Cth。