[发明专利]一种电池均衡-交流加热一体化拓扑及控制方法

说明书

本发明属于电池管理技术领域，提供了一种电池均衡‑交流加热一体化拓扑及控制方法。其中，电池均衡‑交流加热一体化拓扑包括若干个串联的电池模组，每个电池模组并联一个开关管，相邻开关管串联连接；电池模组根据串接顺序分成奇数组和偶数组，开关管也根据串接顺序分成奇数组和偶数组；偶数组的电池模组正极及与该电池模组并联的开关管之间串联有电感；偶数组中相邻的开关管之间通过电容相连。其能够在低开关频率下实现对电池组的低温交流加热，在高开关频率下实现对电池模组间的均衡，而不需要附加另外的均衡电路，有效提高电池管理系统的功率密度并降低成本。

技术领域

本发明属于电池管理技术领域，尤其涉及一种电池均衡-交流加热一体化拓扑及控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

锂离子电池由于充电效率高及能量密度大而得到广泛应用。一个锂离子电池组是由许多锂离子电池单体串并联组成的，但是由于电池单体之间存在着不一致性，导致了这些单体在容量、内部阻抗和老化程度等方面的不同。这些不一致性又会加速整个电池的老化，降低整个电池的可用容量和使用寿命，因此需要对电池进行均衡。

目前的基于升降压变换和软开关的动力电池组均衡电路只能对电池模组进行均衡而无法同时实现对电池模组的低温加热。在低温环境下，锂离子动力电池的内阻急剧变大，其充、放电性能变差，极大地降低了电动汽车的续驶里程，特别是会对电池造成永久性伤害，降低电池的有效容量和使用寿命。发明人发现，现有的在充电模式下对电池进行加热控制的方法只能对电池模组进行加热，无法同时实现对整个电池组的均衡。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种电池均衡-交流加热一体化拓扑及控制方法，其能够在低开关频率下(例如，10～20kHz)实现对电池组的低温交流加热，在高开关频率下(例如，100～200kHz)实现对电池模组间的均衡，而不需要附加另外的均衡电路，有效提高电池管理系统的功率密度并降低成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种电池均衡-交流加热一体化拓扑，其包括：

若干个串联的电池模组，每个电池模组并联一个开关管，相邻开关管串联连接；电池模组根据串接顺序分成奇数组和偶数组，开关管也根据串接顺序分成奇数组和偶数组；偶数组的电池模组正极及与该电池模组并联的开关管之间串联有电感；偶数组中相邻的开关管之间通过电容相连。

本发明的第二个方面提供一种电池均衡-交流加热一体化拓扑的控制方法，其包括：

产生状态互补的PWM信号并施加于奇数组和偶数组的开关管，使得两组开关管交替导通；

获取电池实时温度，并与设定温度阈值比较，根据温度比较结果来调节PWM信号的频率，以实现电池交流加热和均衡一体化。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的拓扑包括若干个串联的电池模组，每个电池模组并联一个开关管，相邻开关管串联连接，偶数组的电池模组正极及与该电池模组并联的开关管之间串联有电感；偶数组中相邻的开关管之间通过电容相连，同时解决了由电池不一致性导致的电池不均衡以及低温降低电池性能的问题，在对低温电池预加热，使电池内芯达到正常工作温度范围的同时，兼顾均衡功能，在低频下可实现电池组的低温加热；高频下可实现电池单体或模块间的自动均衡，提高了电池组的能量利用率和功率密度。

(2)本发明体积小，成本低：对于基本的加热拓扑，只需要两个MOS开关和一个电感就可以实现对整个电池组的加热；对于每两个电池模组，只需两个MOSFET开关和一个电感、电容。

(3)本发明的控制简单：只需要一对状态互补的PWM信号驱动MOSFET开关，不需要额外的电流、电压检测电路。