一種分層電池組均衡電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分層電池組均衡電路，適用于混合\純電動汽車、微型電動車或蓄能裝置中。
【背景技術(shù)】
[0002]電動汽車或蓄能裝置的核心是電池，而二次電池存在著諸多缺點，比如使用不當壽命將大大縮短、存儲能量不能過大、串并聯(lián)使用問題和使用安全性等。電池均衡電路的出現(xiàn)主要就是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過充和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。所以電池的核心在于電池均衡電路。一個性能優(yōu)越的電池均衡電路能夠保證電池組始終安全可靠地運行，充分發(fā)揮電池組性能，使得電池組擺脫短板效應(yīng)，提高電池組的使用壽命，通過一系列的管理和控制，從而保障電動汽車或蓄能裝置的正常工作。
[0003]在業(yè)內(nèi)，電池均衡電路通常被稱為電動汽車動力電池系統(tǒng)的“大腦”，與動力電池、整車控制系統(tǒng)共同構(gòu)成電動汽車的三大核心技術(shù)。由于其在電動汽車中特有的重要性，電池均衡電路越來越受到來自包括資本市場、電動汽車產(chǎn)業(yè)內(nèi)，以及國家政策層面的關(guān)注。而國內(nèi)對于電池均衡電路這個概念最早是在2000年左右才提出的，而其產(chǎn)品真正進入市場迄今也只有四五年時間。與動力電池相比，電池均衡電路這項技術(shù)顯然并未得到足夠的發(fā)展，該項技術(shù)本身的不成熟性也極大地限制了國內(nèi)電動汽車的發(fā)展。電池均衡電路作為各類電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要具有動力電池參數(shù)實時監(jiān)控、故障診斷、SOC估算、短路保護和充放電模式選擇等重要功能，擁有了這些技術(shù)和產(chǎn)品，就能夠在新能源汽車產(chǎn)業(yè)中處于領(lǐng)先地位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是采用分層電池組均衡電路，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0006]—種分層電池組均衡電路，包括電池組、底層電池模塊控制電路、電池組主控制電路和均衡子單元；電池組包括多個串聯(lián)的底層電池模塊，每個底層電池模塊均各自連接一個底層電池模塊控制電路，相鄰底層電池模塊之間的公共連接點均與一個均衡子單元連接，且多個底層電池模塊串聯(lián)形成的電池組的中間點連接有兩個均衡子單元；所有均衡子單元均與電池組主控制電路連接；
通過電池組主控制電路輸出控制信號，分配底層電池模塊控制電路與均衡子單元的工作時間順序，使得各底層電池模塊之間與底層電池模塊內(nèi)的各單體電池之間實現(xiàn)充放電過程中的動態(tài)雙向無損均衡。
[0007]進一步地，電池組由第一底層電池模塊、第二底層電池模塊、第三底層電池模塊和第四底層電池模塊串聯(lián)組成，各底層電池模塊均由四個單體電池串聯(lián)組成，每個底層電池模塊和單體電池均各自與一個均衡子單元相連接，第一底層電池模塊的正極接電源VCC，第四底層電池模塊的負極接地GND。
[0008]進一步地，每個均衡子單元由兩個帶續(xù)流二極管的MOSFET以及儲能電感構(gòu)成，兩個帶續(xù)流二極管的MOSFET為括上橋臂MOSFET和下橋臂M0SFET，上橋臂MOSFET的源極與下橋臂MOSFET的漏極均和儲能電感的一端相連；上橋臂MOSFET的漏極作為第一輸出端，上橋臂MOSFET的柵極作為第二輸出端，下橋臂MOSFET的柵極作為第三輸出端，下橋臂MOSFET的源極作為第四輸出端，儲能電感另一端作為第五輸出端；相鄰單體電池之間的連接公共點與一個均衡子單元的第五輸出端連接，四個單體電池串聯(lián)后的中間點連接兩個均衡子單元的第五輸出端；與單體電池連接的均衡子單元中MOSFET的通斷由底層電池模塊控制電路控制；與底層電池模塊連接的均衡子單元中MOSFET的通斷由電池組主控制電路控制。
[0009]進一步地，與第一底層電池模塊I及第二底層電池模塊2或底層電池模塊中第一單體電池或第二單體電池相連的均衡子單元中，第一輸出端與對應(yīng)的底層電池模塊或單體電池的正極相連，第五輸出端與對應(yīng)的底層電池模塊或單體電池的負極相連；第四輸出端接第四底層電池模塊或底層電池模塊的第四單體電池的負極；與第三底層電池模塊、第四底層電池模塊、底層電池模塊的第三單體電池或第四單體電池相連的均衡子單元，第五輸出端與對應(yīng)的底層電池模塊或單體電池的正極相連，第四輸出端與對應(yīng)的底層電池模塊或單體電池的負極相連；第一輸出端接第一底層電池模塊或第一單體電池的正極。
[0010]進一步地，所述電池組由鋰離子電池、鋰聚合物電池、鉛酸電池、鎳氫電池或鎳鎘電池組成。
[0011 ] 進一步地，底層電池模塊控制電路和電池組主控制電路控制的控制信號均滿足:使均衡子單元中儲能電感在每個開關(guān)周期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)位，即儲能電感的電流由零增加，隨后又減少到零。
當?shù)讓与姵啬K內(nèi)的所有單體電池實現(xiàn)動態(tài)均衡后，由底層電池模塊控制電路傳遞信號給電池組主控制電路，由電池組主控制電路輸出控制信號，實現(xiàn)各底層電池模塊之間的動態(tài)均衡，工作過程同單體電池之間的動態(tài)均衡。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果:
本發(fā)明實現(xiàn)由4個底層電池模塊串聯(lián)組成的電池組之間的動態(tài)均衡，最優(yōu)化電池組效能，防止發(fā)生單體電池的過充電、過放電、超溫或過流等現(xiàn)象。本發(fā)明的電池組主控制電路輸出控制信號，分配底層電池模塊控制電路與均衡子電路的工作時間順序，使得各底層電池模塊之間與底層電池模塊內(nèi)的各單體電池之間實現(xiàn)充放電過程中的動態(tài)雙向無損均衡。在充電過程中，當電池組中任何一個單體或底層電池模塊能量過高時，可以將此單體或底層電池模塊的能量均衡給電池組其它所有剩余單體；在放電過程中，當電池組中任何一個單體或底層電池模塊能量過低時，可以將電池組其它所有剩余單體的能量均衡給這個能量過低的單體或底層電池模塊。
[0012]本發(fā)明由于在電池均衡電路中采用上述分層均衡電路以及電池動態(tài)均衡技術(shù)，能夠保證每個單體電池在充電和放電過程中不出現(xiàn)過充電和過放電，使得電池組擺脫短板效應(yīng)，提高電池組的可用容量，延長電池組的使用壽命，降低電池均衡電路成本。
【附圖說明】
[0013]圖1是分層電池組均衡電路結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2是均衡子單元原理圖。
[0015]圖3是底層電池模塊均衡電路結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖4是充電過程中均衡子單元的工作過程原理圖。
[0017]圖5是放電過程中均衡子單元的工作過程原理圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細說明(本發(fā)明只涉及均衡電路部分，控制電路是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有具體應(yīng)用的電路參數(shù)值編程實現(xiàn)和設(shè)定的。為了符合本領(lǐng)域的慣常表達習慣，在確保清楚明確的前提下，以下個別元件用符號直接表示，以達到簡潔明了的表達效果，例如本領(lǐng)域中直接用L1、L2、L3直接表示三個不同均衡子單元中的儲能電感)。
[0019]圖1是分層均衡電路結(jié)構(gòu)圖。該電路包括電池組、底層電池模塊控制電路、電池組主控制電路和均衡子單元；電池組包括多個串聯(lián)的底層電池模塊，每個底層電池模塊均各自連接一個底層電池模塊控制電路，相鄰底層電池模塊之間的公共連接點均與一個均衡子單元連接，且多個底層電池模塊串聯(lián)形成的電池組的中間點連接有兩個均衡子單元；所有均衡子單元均與電池組主控制電路連接；通過電池組主控制電路輸出控制信號，分配底層電池模塊控制電路與均衡子單元的工作時間順序，使得各底層電池模塊之間與底層電池模塊內(nèi)的各單體電池之間實現(xiàn)充放電過程中的動態(tài)雙向無損均衡。
[0020]圖2是均衡子單元原理圖。每個均衡子單元都是由一個儲能電感L、兩個MOSFET和兩個續(xù)流二極管組成，上橋臂MOSFET為Qa，下橋臂MOSFET為Qb。兩個二極管分別并聯(lián)在兩個MOSFET的源極和漏極上。源極與Q b的漏極及儲能電感L的一端相連，Q a的漏極作為第一輸出端a，(^的柵極作為第二輸出端b，Q b的柵極作為第三輸出端c，Qb的源極作為第四輸出端d，L的另一端作為第五輸出端e。第二輸出端b、c與控制電路相連，由控制電路輸出信號控制MOSFET的通斷。與第一底層電池模塊1、第二底層電池模塊2、第一單體電池I或第二單體電池2相連的均衡子單元，第一輸出端a與對應(yīng)的底層電池模塊或單體電池的正極相連，第五輸出端e