基于外部控制反激電路的電池組雙向主動(dòng)均衡電路的制作方法
【專利摘要】基于外部控制反激電路的電池組雙向主動(dòng)均衡電路，包括多個(gè)串聯(lián)連接的電池組，每個(gè)電池組與其相鄰的電池組之間均設(shè)有可主動(dòng)雙向均衡能量的均衡電路，所述均衡電路包括對(duì)與其相連的電池組進(jìn)行電壓采樣比較后輸出控制信號(hào)的控制電路，所述控制電路上連接有能量上傳電路和能量下傳電路，所述能量上傳電路和能量下傳電路均是反激電路。本實(shí)用新型采用階梯式均衡結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)同一時(shí)間同時(shí)對(duì)多個(gè)電池組進(jìn)行均衡，有效提升了整體的均衡效率，適用于電壓較高的儲(chǔ)能技術(shù)以及大型電動(dòng)設(shè)備的高電壓動(dòng)力電池組。采用反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雖然不能將功率做的很高，但該均衡方式電路簡(jiǎn)單，成本低，無(wú)論在電池充放電過(guò)程中還是在靜置狀態(tài)下都在起正作用。
【專利說(shuō)明】基于外部控制反激電路的電池組雙向主動(dòng)均衡電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于外部控制反激電路的電池組雙向主動(dòng)均衡電路。

【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于現(xiàn)有的均衡方案，主要有下面三種類型。
[0003]首先第一種是被動(dòng)均衡，被動(dòng)均衡是通過(guò)給電池組中每只單體電池并聯(lián)一個(gè)電阻進(jìn)行放電分流，如圖1所示，從而實(shí)現(xiàn)均衡的。這種電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，只是將容量高的單體電池的能量消耗，但是存在能量浪費(fèi)和熱管理的問(wèn)題。如果將被動(dòng)均衡應(yīng)用在高電壓高容量的電池組上，那么需要更大功率的電阻，同時(shí)分流時(shí)產(chǎn)生的大量熱需要管理。
[0004]第二種使用Buck-Boost拓?fù)?，如圖2所示，在相鄰電池間進(jìn)行雙向傳遞能量?？刂齐娐窓z測(cè)電池A和B的電量，當(dāng)電池A的電量大于電池B時(shí)，控制電路通過(guò)控制MOS管Q1和Q2開(kāi)關(guān)，先將電池A的能量?jī)?chǔ)存在電感中，然后再將能量轉(zhuǎn)移到電池B ;當(dāng)電池B的電量大于電池A時(shí)，控制電路通過(guò)控制MOS管QjP Q 2開(kāi)關(guān)，先將電池B的能量?jī)?chǔ)存在電感中，然后再將能量轉(zhuǎn)移到電池A ;當(dāng)電池A和電池B容量相當(dāng)時(shí)，MOS管QjP Q 2都關(guān)閉，電路不工作。該Buck-Boost拓?fù)渚夥绞接腥缦氯秉c(diǎn):該拓?fù)錈o(wú)法把電壓做高，不適合電池組間的均衡；2:對(duì)功率有一定的限制。
[0005]第三種使用集成反激，該拓?fù)浞謨深惥?組內(nèi)均衡和組間均衡。組內(nèi)均衡以第一箱電池為例，如圖3所示Bl-1單體電壓高，B1-3單體電壓低，當(dāng)均衡工作時(shí)，閉合功率開(kāi)關(guān)管T1-B1，同時(shí)閉合功率開(kāi)關(guān)管T1-A3 ；B1-1單體的功率開(kāi)關(guān)管工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，能量通過(guò)高頻變壓器NI感應(yīng)到B1-3，此時(shí)B1-3的功率開(kāi)關(guān)管工作在常閉狀態(tài)。組間均衡以第一箱和第二箱電池為例，如圖4所示。假設(shè)Bl-1單體電壓高，B2-1單體電壓低，均衡電路工作時(shí)，閉合功率開(kāi)關(guān)管T1-B1，同時(shí)閉合功率開(kāi)關(guān)管T2-A1，Bl-1的能量通過(guò)高頻變壓器的原邊繞組，感應(yīng)到高頻變壓器NI副邊繞組，與高頻變壓器NI并聯(lián)的高頻變壓器N2將能量感應(yīng)到B2-1單體的變壓器原邊繞組，經(jīng)電感整流給B2-1補(bǔ)電。集成反激電路的均衡方式有如下缺點(diǎn):1:雖然是雙向能量傳輸，但同一時(shí)間，整組最多只能對(duì)一節(jié)電池進(jìn)行均衡，均衡速度慢；2:需要專用集成控制芯片，成本高，很難用常用離散元件實(shí)現(xiàn)；3:—路損壞，需要整組更換，難以實(shí)現(xiàn)模塊化，使用不便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型提供了一種均衡效率高、功耗低、方便維修、穩(wěn)定可靠的基于外部控制反激電路的電池組雙向主動(dòng)均衡電路。
[0007]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0008]基于外部控制反激電路的電池組雙向主動(dòng)均衡電路，包括多個(gè)串聯(lián)連接的電池組，其特征在于:每個(gè)電池組與與其相鄰的電池組之間均設(shè)有可主動(dòng)雙向均衡能量的均衡電路，所述均衡電路包括對(duì)與其相連的電池組進(jìn)行電壓采樣比較后輸出控制信號(hào)的控制電路，所述控制電路上連接有能量上傳電路和能量下傳電路，所述能量上傳電路和能量下傳電路均是反激電路，當(dāng)所述控制電路檢測(cè)到電池組的容量大于其正端的相鄰電池組或小于其負(fù)端的相鄰電池組時(shí)，相應(yīng)均衡電路的控制電路輸出能量上傳信號(hào)給相應(yīng)的能量上傳電路，能量上傳電路將能量高的電池組往能量低的電池組轉(zhuǎn)移能量，當(dāng)所述控制電路檢測(cè)到電池組的容量大于其負(fù)端的相鄰電池組或小于其正端的相鄰電池組時(shí)，相應(yīng)均衡電路的控制電路輸出能量下傳信號(hào)給相應(yīng)的能量下傳電路，能量下傳電路將能量高的電池組往能量低的電池組轉(zhuǎn)移能量，當(dāng)控制電路檢測(cè)到相鄰的電池組之間的容量趨向均衡，則輸出停止信號(hào)給能量上傳電路或能量下傳電路。本實(shí)用新型采用一種階梯式的均衡結(jié)構(gòu)，在同一時(shí)間所有的均衡電路一起工作，實(shí)現(xiàn)同一時(shí)間同時(shí)對(duì)多個(gè)電池組進(jìn)行均衡，有效提升了整體的均衡效率，適用于電壓較高的儲(chǔ)能技術(shù)以及大型電動(dòng)設(shè)備的高電壓動(dòng)力電池組。而且采用反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的能量上傳和能量下傳電路，雖然不能將功率做的很高，但該均衡方式電路簡(jiǎn)單，成本低，無(wú)論在電池充放電過(guò)程中還是在靜置狀態(tài)下都在起正作用。
[0009]進(jìn)一步，所述反激電路包括與控制電路連接的反激控制器，所述反激控制器的輸出端連接有由其控制開(kāi)斷實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移的MOS開(kāi)關(guān)管。能量上傳電路或能量下傳電路在接收到控制電路發(fā)送的能量傳輸信號(hào)時(shí)，通過(guò)反激控制器，輸出GATE驅(qū)動(dòng)信號(hào)給MOS開(kāi)關(guān)管，使其導(dǎo)通開(kāi)始能量傳輸轉(zhuǎn)移。
[0010]進(jìn)一步，所述電池組是一個(gè)電池或是一個(gè)以上電池串聯(lián)形成的電池組串。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果:適用于電壓較高的電池組，電池組可以達(dá)到24串甚至48串；屬于能量轉(zhuǎn)移式均衡，不會(huì)產(chǎn)生大量的熱同時(shí)也不會(huì)浪費(fèi)能量；階梯式均衡結(jié)構(gòu)保證整體的均衡效果；均衡電路外部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于調(diào)試；無(wú)需專用集成控制芯片，都是常用元件，容易實(shí)現(xiàn)，成本低。模塊化設(shè)計(jì)，更新維護(hù)升級(jí)方便。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是電阻放電型被動(dòng)均衡電路。
[0013]圖2是Buck-Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的均衡電路。
[0014]圖3是組內(nèi)均衡的集成反激拓?fù)渚怆娐贰?br> [0015]圖4是組間均衡的集成反激拓?fù)渚怆娐贰?br> [0016]圖5是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖6是本實(shí)用新型的均衡電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但并不將本實(shí)用新型局限于這些【具體實(shí)施方式】。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本實(shí)用新型涵蓋了權(quán)利要求書范圍內(nèi)所可能包括的所有備選方案、改進(jìn)方案和等效方案。
[0019]參照?qǐng)D5、圖6，基于外部控制反激電路的電池組雙向主動(dòng)均衡電路，包括多個(gè)串聯(lián)連接的電池組10，每個(gè)電池組10與與其相鄰的電池組10之間均設(shè)有可主動(dòng)雙向均衡能量的均衡電路20，所述均衡電路20包括對(duì)與其相連的電池組10進(jìn)行電壓采樣比較后輸出控制信號(hào)的控制電路201，所述控制電路201上連接有能量上傳電路202和能量下傳電路203，所述能量上傳電路202和能量下傳電路203均是反激電路，當(dāng)所述控制電路201檢測(cè)到電池組10的容量大于其正端的相鄰電池組10或小于其負(fù)端的相鄰電池組10時(shí)，相應(yīng)均衡電路20的控制電路201輸出能量上傳信號(hào)給相應(yīng)的能量上傳電路20，能量上傳電路202將能量高的電池組往能量低的電池組轉(zhuǎn)移能量，當(dāng)所述控制電路201檢測(cè)到電池組10的容量大于其負(fù)端的相鄰電池組10或小于其正端的相鄰電池組10時(shí)，相應(yīng)均衡電路20的控制電路201輸出能量下傳信號(hào)給相應(yīng)的能量下傳電路203，能量下傳電路203將能量高的電池組往能量低的電池組轉(zhuǎn)移能量，當(dāng)控制電路201檢測(cè)到相鄰的電池組10之間的容量趨向均衡，則輸出停止信號(hào)給能量上傳電路202或能量下傳電路203。本實(shí)用新型采用一種階梯式的均衡結(jié)構(gòu)，在同一時(shí)間所有的均衡電路一起工作，實(shí)現(xiàn)同一時(shí)間同時(shí)對(duì)多個(gè)電池組進(jìn)行均衡，有效提升了整體的均衡效率，適用于電壓較高的儲(chǔ)能技術(shù)以及大型電動(dòng)設(shè)備的高電壓動(dòng)力電池組。而且采用反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的能量上傳和能量下傳電路，雖然不能將功率做的很高，但該均衡方式電路簡(jiǎn)單，成本低，無(wú)論在電池充放電過(guò)程中還是在靜置狀態(tài)下都在起正作用。
[0020]本實(shí)施例的所述反激電路采用反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源，包括與控制電路201連接的反激控制器，所述反激控制器的輸出端連接有由其控制開(kāi)斷實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移的MOS開(kāi)關(guān)管。能量上傳電路202或能量下傳電路203在接收到控制電路201發(fā)送的能量傳輸信號(hào)時(shí)，通過(guò)反激控制器，輸出GATE驅(qū)動(dòng)信號(hào)給MOS開(kāi)關(guān)管，使其導(dǎo)通開(kāi)始能量傳輸轉(zhuǎn)移。本實(shí)施例所述電池組10可以是一個(gè)電池，也可以是一個(gè)以上電池串聯(lián)形成的電池組串。
[0021]本實(shí)用新型的工作原理:
[0022]參照?qǐng)D5、圖6，根據(jù)均衡內(nèi)部的電路拓?fù)洌瑢㈦姵亟M10能量轉(zhuǎn)移的兩個(gè)方向分別稱為能量上傳態(tài)和能量下傳。從電池組10總正開(kāi)始，上電池組向下電池組轉(zhuǎn)移能量稱為下傳狀態(tài)，從電池組10總負(fù)開(kāi)始，下電池組向上電池組轉(zhuǎn)移能量稱為上傳狀態(tài)。以最下端的兩個(gè)電池組10均衡為例，均衡電路上電后，經(jīng)過(guò)啟動(dòng)電路分別給反激控制器和控制電路的運(yùn)放供電，控制電路比較節(jié)點(diǎn)GND與A之間的電壓值和節(jié)點(diǎn)A與B之間的電壓值，判斷兩個(gè)電池組電壓的大小。若節(jié)點(diǎn)GND與A之間的電壓較低，控制電路201會(huì)輸出能量下傳信號(hào)給能量下傳電路203的反激控制器，該反激控制器輸出Gate驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制MOS開(kāi)關(guān)管，使其導(dǎo)通能量開(kāi)始向下轉(zhuǎn)移；若節(jié)點(diǎn)A與B之間的電壓較低，控制電路201會(huì)輸出能量上傳信號(hào)給能量上傳電路202的反激控制器，該反激控制器輸出Gate驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制MOS開(kāi)關(guān)管，使其導(dǎo)通能量開(kāi)始向上轉(zhuǎn)移。如果兩個(gè)電池組的電壓相近，控制電路輸出給兩個(gè)方向功率電路的都為低電平信號(hào)，保證能量上傳電路202和能量下傳電路203的反激控制器都不處于工作狀態(tài)。均衡電路20是同時(shí)工作的，以最下端的3個(gè)電池組10為例，若中間電池組的容量偏低，相應(yīng)的均衡電路就會(huì)將其上電池組和下電池組中的能量向中間電池組中轉(zhuǎn)移，當(dāng)容量相近時(shí)，相應(yīng)的均衡電路20會(huì)自動(dòng)關(guān)掉均衡電流，該均衡電路接線簡(jiǎn)單易操作，并且模塊具有使能功能，大大增加了電路的實(shí)用性。
【權(quán)利要求】
1.基于外部控制反激電路的電池組雙向主動(dòng)均衡電路，包括多個(gè)串聯(lián)連接的電池組，其特征在于:每個(gè)電池組與與其相鄰的電池組之間均設(shè)有可主動(dòng)雙向均衡能量的均衡電路，所述均衡電路包括對(duì)與其相連的電池組進(jìn)行電壓采樣比較后輸出控制信號(hào)的控制電路，所述控制電路上連接有能量上傳電路和能量下傳電路，所述能量上傳電路和能量下傳電路均是反激電路，當(dāng)所述控制電路檢測(cè)到電池組的容量大于其正端的相鄰電池組或小于其負(fù)端的相鄰電池組時(shí)，相應(yīng)均衡電路的控制電路輸出能量上傳信號(hào)給相應(yīng)的能量上傳電路，能量上傳電路將能量高的電池組往能量低的電池組轉(zhuǎn)移能量，當(dāng)所述控制電路檢測(cè)到電池組的容量大于其負(fù)端的相鄰電池組或小于其正端的相鄰電池組時(shí)，相應(yīng)均衡電路的控制電路輸出能量下傳信號(hào)給相應(yīng)的能量下傳電路，能量下傳電路將能量高的電池組往能量低的電池組轉(zhuǎn)移能量，當(dāng)控制電路檢測(cè)到相鄰的電池組之間的容量趨向均衡，則輸出停止信號(hào)給能量上傳電路或能量下傳電路。
2.如權(quán)利要求1所述的基于外部控制反激電路的電池組雙向主動(dòng)均衡電路，其特征在于:所述反激電路包括與控制電路連接的反激控制器，所述反激控制器的輸出端連接有由其控制開(kāi)斷實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移的MOS開(kāi)關(guān)管。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于外部控制反激電路的電池組雙向主動(dòng)均衡電路，其特征在于:所述電池組是一個(gè)電池或是一個(gè)以上電池串聯(lián)形成的電池組串。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK204258367SQ201420734211
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】奚淡基, 黃永安, 任遠(yuǎn)程, 周遜偉, 尤飛 申請(qǐng)人:杭州協(xié)能科技有限公司