[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

说明书

本发明提供的一种基于全桥电路的锂电池电压均衡装置及其均衡方法，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；基于开关阵列选择性地对锂电池的进行有效均衡，均衡效率高，确保锂电池的均衡速度，而且结构简单，易于模块化，扩展性强，能够适用于不同电压等级的锂电池，实用性强。

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种基于全桥电路的锂电池电压均衡装置及其均衡方法。

背景技术

锂电池具有高能量密度、无记忆效应、单节循环周期长等优点，因此，锂电池被广泛应用，极大地推动了能源、通讯、航天、新能源汽车等行业的发展。锂电池单体电压范围一般在3.0V-4.2V，如磷酸铁锂电池额定电压为3.2V，钴酸锂电池为3.7V，为满足设备供电需求，往往需将多节锂电池串联成组以构成高电压能量存储与供应装置。

锂电池过充过放均对其性能造成不可逆损伤，在实际运用中往往会增加过充放保护电路，由于制造工艺等因素，电池容量、内阻及自放电特性必然存在一定差异，并导致电池组中各电池单体电压、荷电状态(SOC,State Of Charge)失衡，进而引起整个电池组的性能下降，因此，锂电池的均衡性直接影响到锂电池使用寿命。

现有技术中，对于锂电池的均衡采用级联式均衡和集中式均衡，其中，级联式均衡实现相邻电池单体间的能量传输，拥有较为简单的结构并利于模块化，但由于能量的逐级传递而使得均衡效率低，均衡速度慢,适用于串联电池节数少的低压电池组；集中式均衡实现电池单体与电池组间能量传输，由于每个单体都对应有均衡电路，均衡效率高，速度快，但通常采用变压器作为隔离元件，体积较大且扩展能量较差。

因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段进行解决。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种基于全桥电路的锂电池电压均衡装置及其均衡方法，基于开关阵列选择性地对锂电池的进行有效均衡，均衡效率高，确保锂电池的均衡速度，而且结构简单，易于模块化，扩展性强，能够适用于不同电压等级的锂电池，实用性强。

本发明提供的一种基于全桥电路的锂电池电压均衡装置及其均衡方法，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。

进一步，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。

进一步，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；