一種電池均衡電路的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種電池均衡電路。包括第一回路和至少一組均衡單元電路，第一回路包括第一電池單元B1、第一開關Q1和第一儲能電感L1，均衡單元電路包括第二回路、第三回路和儲能電容C，第二回路包括第二電池單元B2、第二開關Q2和第一儲能電感L1，第三回路包括第三電池單元B3、第三開關Q3和第二儲能電感L2，B1、B2、B3串聯連接，所述儲能電容C的兩端分別與第一儲能電感L1和第二儲能電感L2連接，其中，所述均衡單元電路通過共用第二儲能電感L2依次毗鄰連接。本發明所用開關器件大大減少，電路得到大幅度簡化，從而節約大量的成本，電能轉換效率和可靠性也得到了多倍的提高，具有電路構造簡單、轉換效率高、成本低和可靠性好的優點。
【專利說明】一種電池均衡電路
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及電池管理【技術領域】，尤其涉及一種電池均衡電路。
【背景技術】
[0002]在新能源體系中，電池系統是其中不可缺少的重要組成部分，近年來，以鋰電池為動力的電動自行車、混合動力汽車、電動汽車、燃料電池汽車等以高能量密度、高重復循環使用次數、重量輕及綠色環保等優勢受到人們的關注。電池使用過程的安全與可靠性控制的關鍵在于電池管理系統，不僅要保證電池安全可靠的使用，而且要充分發揮電池的能力和延長使用壽命。一個電池組通常包括幾個相互串聯的電池單元，由于每個電池單元在充電狀態、阻抗和溫度特性等各方面的差異，會造成這些電池單元之間的不平衡。這種不均衡現象使得整個電池組的容量減小、壽命縮短。因此，在電池組中需要應用電池均衡電路對其進行調節，以保持電池組的容量，延長電池組的壽命。
[0003]圖1是現有電池均衡電路的電路圖。如圖1所示，電路結構復雜，元器件數量龐大，復雜的均衡轉換電路使得電能電荷轉換效率低，可靠性差。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提出一種電池均衡電路，相比于現有電池均衡電路，所用開關器件大大減少一半左右，電路得到大幅度簡化，從而節約大量的成本，電能轉換效率和可靠性也得到了多倍的提高，具有電路構造簡單、轉換效率高、成本低和可靠性好的優點。
[0005]為達此目的，本發明采用以下技術方案:
[0006]一種電池均衡電路，包括第一回路，和至少一組均衡單元電路，所述第一回路包括相互電性連接的第一電池單元B1、用于控制能量轉移的第一開關Ql和第一儲能電感LI，所述均衡單元電路包括第二回路、第三回路和儲能電容C，所述第二回路包括相互電性連接的第二電池單元B2、用于控制能量轉移的第二開關Q2和所述第一儲能電感LI，所述第三回路包括相互電性連接的第三電池單元B3、用于控制能量轉移的第三開關Q3和第二儲能電感L2，所述第一電池單元BI和所述均衡單元電路中的第二電池單元B2、第三電池單元B3串聯連接，所述第三開關Q3還與第二電池單元B2連接，所述儲能電容C的一端分別與第一儲能電感LI和第二開關Q2連接，所述儲能電容C的另一端分別與第二儲能電感L2和第三開關Q3連接，其中，每組所述均衡單元電路結構組成完全相同且通過共用前一組所述均衡單元電路中的第二儲能電感L2作為該組均衡單元電路中的第一儲能電感LI依次毗鄰連接。
[0007]其中，還包括驅動電路和控制單元，用于檢測所述第一電池單元BI和每組所述均衡單元電路中的第二電池單元B2、第三電池單元B3的參數，并根據檢測到的所述參數，控制所述第一開關Ql和每組所述均衡單元電路中的第二開關Q2、第三開關Q3的閉合和斷開。
[0008]其中，所述第一儲能電感LI的大小為luH-lH，所述第二儲能電感L2的大小為luH-lH，所述儲能電容C的大小為luF-lF。
[0009]其中，所述第一開關Ql和每組所述均衡單元電路中的第二開關Q2、第三開關Q3為高頻復合開關、MOS管、IGBT和GTO可控硅開關中的任一種或組合。
[0010]其中，所述參數是電流、電壓、荷電狀態、內阻和容量中的任一種。
[0011]一種電池均衡電路，包括權利要求1所述的電池均衡電路，還包括通過共用最后一組所述均衡單元電路中的第二儲能電感L2的第四回路，所述第四回路包括相互電性連接的第四電池單元B4、用于控制能量轉移的第四開關Q4和所述第二儲能電感L2。
[0012]其中，還包括驅動電路和控制單元，用于檢測所述第一電池單元B1、第四電池單元B4和每組所述均衡單元電路中的第二電池單元B2、第三電池單元B3的參數，并根據檢測到的所述參數，控制所述第一開關Q1、第四開關Q4和每組所述均衡單元電路中的第二開關Q2、第三開關Q3的閉合和斷開。
[0013]其中，所述第一儲能電感LI的大小為luH-lH，所述第二儲能電感L2的大小為luH-lH，所述儲能電容C的大小為luF-lF。
[0014]其中，所述第一開關Q1、第四開關Q4和每組所述均衡單元電路中的第二開關Q2、第三開關Q3為高頻復合開關、MOS管、IGBT和GTO可控硅開關中的任一種或組合。
[0015]其中，所述參數是電流、電壓、荷電狀態、內阻和容量中的任一種。
[0016]有益效果:
[0017]本發明所述的電池均衡電路，
[0018]包括第一回路，和至少一組均衡單元電路，所述第一回路包括相互電性連接的第一電池單元B1、用于控制能量轉移的第一開關Ql和第一儲能電感LI，所述均衡單元電路包括第二回路、第三回路和儲能電容C，所述第二回路包括相互電性連接的第二電池單元B2、用于控制能量轉移的第二開關Q2和所述第一儲能電感LI，所述第三回路包括相互電性連接的第三電池單元B3、用于控制能量轉移的第三開關Q3和第二儲能電感L2，所述第一電池單元BI和所述均衡單元電路中的第二電池單元B2、第三電池單元B3串聯連接，所述第三開關Q3還與第二電池單元B2連接,所述儲能電容C的一端分別與第一儲能電感LI和第二開關Q2連接，所述儲能電容C的另一端分別與第二儲能電感L2和第三開關Q3連接，其中，每組所述均衡單元電路結構組成完全相同且通過共用前一組所述均衡單元電路中的第二儲能電感L2作為該組均衡單元電路中的第一儲能電感LI依次毗鄰連接。相比于現有電池均衡電路，本發明所述的電池均衡電路所用開關器件大大減少一半左右，電路得到大幅度簡化，從而節約大量的成本，電能轉換效率和可靠性也得到了多倍的提高，具有電路構造簡單、轉換效率高、成本低和可靠性好的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是現有電池均衡電路的電路圖。
[0020]圖2是本發明【具體實施方式】提供的一種電池均衡電路的電路圖。
[0021]圖3是本發明【具體實施方式】提供的另一種電池均衡電路的電路圖。
[0022]圖4是本發明【具體實施方式】提供的電池均衡電路的電路圖。
[0023]圖5 Ca)是本發明【具體實施方式】提供的電池均衡電路在Tl時刻的電流流向示意圖。
[0024]圖5 (b)是本發明【具體實施方式】提供的電池均衡電路在T2時刻的電流流向示意圖。[0025]圖中:
[0026]1-第一回路；2_均衡單元電路；3-第四回路。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發明的技術方案。
[0028]圖2是本發明【具體實施方式】提供的一種電池均衡電路的電路圖。如圖2所示，本發明所述的一種電池均衡電路，包括第一回路1，和至少一組均衡單元電路2，所述第一回路I包括相互電性連接的第一電池單元B1、用于控制能量轉移的第一開關Ql和第一儲能電感LI，所述均衡單元電路2包括第二回路、第三回路和儲能電容C，所述第二回路包括相互電性連接的第二電池單元B2、用于控制能量轉移的第二開關Q2和所述第一儲能電感LI，所述第三回路包括相互電性連接的第三電池單元B3、用于控制能量轉移的第三開關Q3和第二儲能電感L2，所述第一電池單元BI和所述均衡單元電路2中的第二電池單元B2、第三電池單元B3串聯連接，所述第三開關Q3還與第二電池單元B2連接，所述儲能電容C的一端分別與第一儲能電感LI和第二開關Q2連接,所述儲能電容C的另一端分別與第二儲能電感L2和第三開關Q3連接，其中，每組所述均衡單元電路2結構組成完全相同且通過共用前一組所述均衡單元電路2中的第二儲能電感L2作為該組均衡單元電路2中的第一儲能電感LI依次毗鄰連接。
[0029]本發明所述的電池均衡電路適用于超級電容均衡，電量變換裝置，及開關電源電路等，除此之外,還適用于其他的電池管理電路。圖1是現有電池均衡電路的電路圖，圖4是本發明【具體實施方式】提供的電池均衡電路的電路圖。需要說明的是，為了能夠更直觀的比較圖1和圖4，圖4中的儲能電感是依次按照自然順序標注的，即L1、L2、L3……;同樣的，開關也是依次按照自然順序標注的，即Ql、Q2、Q3……；同樣的，儲能電容也是依次按照自然順序標注的，即C1、C2、C3……。圖1與圖4相比，可知，本發明所述的電池均衡電路具有以下優點:1、使用的開關器件減少了一半左右，開關器件成本大大減少；2、電路能轉轉移過程中，直接通過儲能電容C使均衡單元電路2中的電池單元之間的能量進行轉移，節省了電流通過均衡單元電路2中的電池單元的路徑，從而提高效率；3、由于所用開關器件大大減少，可有效防止開關器件在開關過程和導通時形成的損耗，提高了工作可靠性；4、因為開關器件減少了一半左右，所以相應的驅動電路也相應減少，電路得到大幅度簡化，成本得到節約；5、因整體電路大幅度簡化，電路可靠性得到了多倍的提高。綜上所述，具有電路構造簡單、轉換效率高、成本低和可靠性好的優點。
[0030]如圖2所示，還包括驅動電路和控制單元，用于檢測所述第一電池單元BI和每組所述均衡單元電路2中的第二電池單元B2、第三電池單元B3的參數，并根據檢測到的所述參數，控制所述第一開關Ql和每組所述均衡單元電路2中的第二開關Q2、第三開關Q3的閉合和斷開。控制單元檢測各個電池能量，通過驅動電路控制開關實現自動補償，使能量高的電池單元的能量釋放，補償到低能量的電池單元中，使之電池組內部的能量達到平衡。
[0031]優選地，所述第一儲能電感LI的大小為luH-lH，所述第二儲能電感L2的大小為luH-lH，所述儲能電容C的大小為luF-lF。
[0032]優選地，所述第一開關Ql和每組所述均衡單元電路2中的第二開關Q2、第三開關Q3為高頻復合開關、MOS管、IGBT和GTO可控硅開關中的任一種或組合。需要說明的是，但不限于所述的開關器件。
[0033]所述參數是電流、電壓、荷電狀態、內阻和容量中的任一種。
[0034]本發明所述的一種電池均衡電路，包括權利要求1所述的電池均衡電路，還包括通過共用最后一組所述均衡單元電路2中的第二儲能電感L2的第四回路3，所述第四回路3包括相互電性連接的第四電池單元B4、用于控制能量轉移的第四開關Q4和所述第二儲能電感L2。其中，當所述均衡單元電路2為2組時，如圖3所示。
[0035]如圖3所示，還包括驅動電路和控制單元，用于檢測所述第一電池單元B1、第四電池單元B4和每組所述均衡單元電路2中的第二電池單元B2、第三電池單元B3的參數，并根據檢測到的所述參數，控制所述第一開關Q1、第四開關Q4和每組所述均衡單元電路2中的第二開關Q2、第三開關Q3的閉合和斷開。
[0036]優選地，所述第一儲能電感LI的大小為luH-lH，所述第二儲能電感L2的大小為luH-lH，所述儲能電容C的大小為luF-lF。
[0037]優選地，所述第一開關Q1、第四開關Q4和每組所述均衡單元電路2中的第二開關Q2、第三開關Q3為高頻復合開關、MOS管、IGBT和GTO可控硅開關中的任一種或組合。需要說明的是，但不限于所述的開關器件。
[0038]其中，所述參數是電流、電壓、荷電狀態、內阻和容量中的任一種。
[0039]本發明所述的電池均衡電路的工作原理和工作過程如下:
[0040]首先，假定所述參數為電壓，且UB1=UB2，Ub3=Ub4, UB1+UB2 > UB3+UB4，并簡化了電路。
[0041]當第一開關Ql和第三開關Q3開通，如圖5 (a)所示:
[0042]a.Tl時刻，電流ILl由A點到F點流過第一儲能電感LI，電流線性增加，在第一電池單元BI中形成回路，BI釋放出能量到LI中儲存為磁場能。
[0043]b.Tl時刻，電流IL2由C點到H點流過第二儲能電感L2，電流線性增加，在第三電池單元B3中形成回路，B3釋放出能量到L2中儲存為磁場能。
[0044]c.Tl時刻，電流ICl由B點，經過Q3經過Cl經過Ql后構成回路，B1+B2給電容Cl充電，Cl充電到UB1+UB2，儲存為電場能。
[0045]當第一開關Ql和第三開關Q3斷開時，經過一個死區時間T后第二開關Q2和第四開關Q4開通，如圖5 (b)所示:
[0046]a.T2時刻，因電流ILl要維持原來的方向流動，第一儲能電感LI兩端的電壓有A正F負變為A負F正，LI電感續流使F點電位開始上升，當經過死區時間T后，F點電壓上升到B點，第二開關Q2導通，此刻第二開關Q2實現了零電壓開通。電位上升至B點后電流由第二開關Q2通過第二電池單元B2形成回路，給第二電池單元B2充電ILl磁場能釋放，第一儲能電感LI電流開始下降，完成了能量傳輸，能量由BI轉換到B2，B2獲得充電，電量上升，因Ubi=Ub2,在穩態時Q1、Q2的導通時間占空比D1=D2，電感ILl的電流增量相等，所以有Um與Ub2之間能量轉換相等，沒有出現穩態能量轉移總體兩者平衡。當有UB1>UB2時，Q1、Q2的導通時間占空比Dl幸D2，則打破穩態能量平衡，能量由Um流向Ub2，反之則亦然。
[0047]b.T2時刻，因電流IL2要維持原來的方向流動，第二儲能電感L2兩端的電壓有C正H負變為C負H正，L2電感續流使H點電位開始上升，當經過死區時間T后，H點電壓上升到D點，第四開關Q4導通，此刻Q4實現了零電壓開通。電位上升至D點后電流由Q4通過第四電池單元B4形成回路，給B4充電IL2磁場能釋放，第二儲能電感L2電流開始下降，L2完成了能量傳輸，能量由B3轉換到B4，B4獲得充電，電量上升，因Ub3=Ub4，在穩態時Q3、Q4的導通時間占空比D3=D4，電感IL2的電流增量相等，所以有Ub3與Ub4之間能量轉換相等，沒有出現穩態能量轉移，總體兩者平衡。當有UB3>UB4時，Q3、Q4的導通時間占空比D3 ≠ D4，則打破穩態能量平衡，能量由Ub3流向UB4，反之則亦然。
[0048]c.T2時刻，電流ICl由B點，經過Q2經過Cl經過Q4后回至Ij D點，構成回路，因Uci電壓大于UB3+UB4，電容Cl給B3、B4充電，則打破穩態能量平衡，能量由Cl流向B3、B4，反之則亦然。
[0049] 以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種電池均衡電路，其特征在于，包括第一回路(I )，和至少一組均衡單元電路(2)，所述第一回路(I)包括相互電性連接的第一電池單元B1、用于控制能量轉移的第一開關Ql和第一儲能電感LI，所述均衡單元電路(2)包括第二回路、第三回路和儲能電容C，所述第二回路包括相互電性連接的第二電池單元B2、用于控制能量轉移的第二開關Q2和所述第一儲能電感LI，所述第三回路包括相互電性連接的第三電池單元B3、用于控制能量轉移的第三開關Q3和第二儲能電感L2，所述第一電池單元BI和所述均衡單元電路(2)中的第二電池單元B2、第三電池單元B3串聯連接，所述第三開關Q3還與第二電池單元B2連接，所述儲能電容C的一端分別與第一儲能電感LI和第二開關Q2連接,所述儲能電容C的另一端分別與第二儲能電感L2和第三開關Q3連接，其中，每組所述均衡單元電路(2 )結構組成完全相同且通過共用前一組所述均衡單元電路(2)中的第二儲能電感L2作為該組均衡單元電路(2)中的第一儲能電感LI依次毗鄰連接。
2.根據權利要求1所述的一種電池均衡電路，其特征在于，還包括驅動電路和控制單元，用于檢測所述第一電池單元BI和每組所述均衡單元電路(2)中的第二電池單元B2、第三電池單元B3的參數，并根據檢測到的所述參數，控制所述第一開關Ql和每組所述均衡單元電路(2)中的第二開關Q2、第三開關Q3的閉合和斷開。
3.根據權利要求1所述的一種電池均衡電路，其特征在于，所述第一儲能電感LI的大小為luH-lH，所述第二儲能電感L2的大小為luH-lH，所述儲能電容C的大小為luF_lF。
4.根據權利要求1所述的一種電池均衡電路，其特征在于，所述第一開關Ql和每組所述均衡單元電路(2)中的第二開關Q2、第三開關Q3為高頻復合開關、MOS管、IGBT和GTO可控娃開關中的任一種或組合。
5.根據權利要求2所述的一種電池均衡電路，其特征在于，所述參數是電流、電壓、荷電狀態、內阻和容量中的任一種。
6.一種電池均衡電路，其特征在于，包括權利要求1所述的電池均衡電路，還包括通過共用最后一組所述均衡單元電路(2)中的第二儲能電感L2的第四回路(3)，所述第四回路(3 )包括相互電性連接的第四電池單元B4、用于控制能量轉移的第四開關Q4和所述第二儲能電感L2。
7.根據權利要求6所述的一種電池均衡電路，其特征在于，還包括驅動電路和控制單元，用于檢測所述第一電池單元B1、第四電池單元B4和每組所述均衡單元電路(2)中的第二電池單元B2、第三電池單元B3的參數，并根據檢測到的所述參數，控制所述第一開關Q1、第四開關Q4和每組所述均衡單元電路(2)中的第二開關Q2、第三開關Q3的閉合和斷開。
8.根據權利要求6所述的一種電池均衡電路，其特征在于，所述第一儲能電感LI的大小為luH-lH，所述第二儲能電感L2的大小為luH-lH，所述儲能電容C的大小為luF_lF。
9.根據權利要求6所述的一種電池均衡電路，其特征在于，所述第一開關Q1、第四開關Q4和每組所述均衡單元電路(2)中的第二開關Q2、第三開關Q3為高頻復合開關、MOS管、IGBT和GTO可控娃開關中的任一種或組合。
10.根據權利要求7所述的一種電池均衡電路，其特征在于，所述參數是電流、電壓、荷電狀態、內阻和容量中的任一種。
【文檔編號】H02J7/00GK103956787SQ201410161762
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】植少鋒 申請人:植少鋒