[发明专利]基于双向LC谐振的动力电池均衡与加热复合电路

说明书

基于双向LC谐振的动力电池均衡与加热复合电路，其通过对LC谐振单元进行双向切换实现动力电池的均衡和加热，创新地设计出主动均衡和加热的复合电路，在不增加外部设备的情况下，解决了现有技术中均衡电流衰减与加热效率低下等技术问题，将均衡电路和加热电路融合，既能均衡电量又能利用同一个电路对低温环境中的动力电池进行加热，提高动力电池的性能，保证动力电池正常工作。均衡和加热过程中谐振频率相对于传统方式减半为减弱了对开关组件精确控制的严苛要求，并有效提高了器件可靠性。系统只需要获取电池单体的电量以及动力电池的温度信息，合理选择电路的功能，就能实现均衡和加热功能之间的协调，不仅成本低，而且实现方式简单可靠。

技术领域

本发明属于动力电池电量均衡与加热技术领域，尤其涉及一种基于双向LC谐振的动力电池均衡与加热一体化电路。

背景技术

现有针对动力电池组的充电系统中，主要采用均衡电路来保证电池组内各单体电量的一致性，所基于的原理是将电能从高电量单体向低电量单体传递，但某些情况下使用的LC谐振单元会使回路中压差和电流逐渐减小，因此存在均衡速度及效率不尽人意的问题。

均衡电路有主动均衡和被动均衡两种方式，目前这两种方式的设计除了考虑单体电量均衡这一基本目的以外，均忽略了电量均衡过程中产生的热量。在主动均衡电路中，形成的电流较大，电池内部产生的热量较多，但是这些热量并没有被合理利用。被动均衡电路中主要通过耗能电阻对高电量电池进行放电，耗能电阻产生的热量直接散发到空气中，也存在热能浪费的问题。动力电池在低温环境中会发生性能衰退、易发生爆炸等问题，因此具有低温环境加热的需求，现有解决手段主要是设置加热电路，利用电池内部短路或外部加热部件来使电池升温，然而本领域中尚缺乏将上述均衡过程中产热有效利用于动力电池组低温加热的技术方案。

发明内容

针对上述本领域中存在的技术问题，本发明提供了一种基于双向LC谐振的动力电池均衡与加热复合电路，包括：电池组、LC谐振单元、LC方向切换单元、正极母线A+和B+、负极母线A-和B-、温度传感单元；

其中，所述电池组由若干电池单体串联组成；

所述LC方向切换单元包括8个电力电子开关Q1～Q8，以及针对各电池单体设置的单体开关组；所述LC谐振单元正极分别与Q1、Q2、Q5、Q6的一端连接，负极分别与Q3、Q4、Q7、Q8的一端连接；Q1和Q3的另一端与电极母线A+连接，Q2和Q4的另一端与电极母线B+连接，Q5和Q7的另一端与电极母线A-连接，Q6和Q8的另一端与电极母线B-连接；所述单体开关组包括4个开关元件，各电池单体通过各开关元件分别连接所述电极母线A+、B+、A-、B-；

所述温度传感单元用于对每个电池单体的温度进行检测；

均衡时，所述LC方向切换单元通过电力电子开关以及单体开关组件配合动作，在流经LC谐振单元的正弦交流电的每个电流过零点，依次循环切换四种回路连接状态：①高电量电池单体与LC谐振单元正向连接；②低电量电池单体与LC谐振单元正向连接；③高电量电池单体与LC谐振单元反向连接；④低电量电池单体与LC谐振单元反向连接。

进行上述四种回路连接状态切换实现均衡的原理具体为：当电池组中出现电压较高和较低的单体即具有均衡需求时，首先将高电量电池单体与LC谐振单元正向连接，进入状态①，此时高电量电池单体放电并向LC谐振单元充电，LC谐振单元开始发生衰减振荡，在流经的正弦交流电电流达到第一个过零点时，断开高电量电池单体与LC谐振单元的连接并使其与低电量电池单体正向连接，进入状态②，此时LC谐振单元在压差的作用下将能量传递给低电量电池单体，在第二个电流过零点切换进入状态③，使高电量电池单体与LC谐振单元反向连接，LC谐振单元再次被充电，在第三个电流过零点切换至状态④，使LC谐振单元与低电量电池单体反向连接，从而再次将能量传递至低电量电池。