基于反饋控制的電池組有源均衡電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于反饋控制的電池組有源均衡電路，該電路包括控制器、儲能電容和N個能量搬移電路，控制器獲取電池組中N節(jié)電池的電量信息及電池組均值電量信息，控制Ｎ節(jié)電池中的任意一節(jié)或多節(jié)電量高于均值的電池所對應的能量搬移電路中的電池側(cè)開關循環(huán)交替的開通與關斷，使得該一節(jié)或多節(jié)電量高于均值的電池的電能通過對應的能量搬移電路搬移到儲能電容中；控制任意一節(jié)或多節(jié)電量低于均值的電池所對應的能量搬移電路中的公共側(cè)開關循環(huán)交替的開通與關斷，使儲能電容的電能通過對應的能量搬移電路搬移到該一節(jié)或多節(jié)電量低于均值的電池中。本實用新型實現(xiàn)電池組中任意位置、任意數(shù)量的電池之間的能量搬移，并具有高能量搬移效率。
【專利說明】基于反饋控制的電池組有源均衡電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于反饋控制的電池組有源均衡電路，其用于對多串儲能單元如電池組實現(xiàn)能量搬移，以均衡儲能狀態(tài)，其主要應用于新能源產(chǎn)品，即對電池和類似電池類需要電子線路的儲能產(chǎn)品；其包括但不限于以下應用領域:鋰離子蓄電池用管理系統(tǒng)，鋰聚合物電池用電池管理系統(tǒng)，鉛蓄電池，鎳鎘電池，鎳氫電池，超級電容，以及新型儲能產(chǎn)品的外圍電子線路。
【背景技術】
[0002]在電池管理系統(tǒng)中，均衡電路用于平衡電池組中各節(jié)電池的荷電狀態(tài)，可以有效的提高電池性能，延長電池壽命。而有源均衡電路因損耗、發(fā)熱小，均衡電流更大而受到廣
泛關注。
[0003]圖1示出了現(xiàn)有技術中的一種有源均衡電路，用于平衡串接組成電池組的電池BI至B4的儲能狀態(tài)，其包括控制器、開關SWl至SW5和作為儲能元件的電感LI至L3，每個電感的一端接在需要能量搬移的兩節(jié)電池之間，另一端分別通過開關交替的接在高串電池的正端和低串電池的負端，該有源均衡電路由控制器分別控制開關SWl至SW5的開關狀態(tài)，將在電池組中位置相鄰的電量較高的電池的能量通過電感搬移給電量較低的電池，并通過多次能量搬移實現(xiàn)整個電池組中各個電池的儲能狀態(tài)平衡。但該有源均衡電路的每次能力搬移只能發(fā)生在相鄰的兩個電池之間，在高電量和低電量的電池相隔較遠時，需要經(jīng)過多次能量搬移方能實現(xiàn)它們的儲能狀態(tài)平衡，因此，會造成電池能量的大量損耗，電池可用電量減少并產(chǎn)生發(fā)熱問題。
[0004]圖2示出了現(xiàn)有技術中的另一種有源均衡電路，其包括控制器、開關SWl至SW3，具有副邊繞組L4、原邊繞組LI至L3的變壓器，以及二極管D1。該有源均衡電路利用多繞組變壓器實現(xiàn)有源均衡，當某節(jié)電池電量過高時，由控制器控制對應的開關閉合，使副邊線圈L4中產(chǎn)生交變電流，經(jīng)過變壓器和二極管Dl整流，電能從該單節(jié)電量過高的電池充入整個電池組。這種電路可以一定程度上解決圖1示出的有源均衡電路的搬移距離過遠的問題。但是因為任何時間只有一節(jié)電池可以進行均衡，對于整個電池組而言，該有源均衡電路的均衡能力較弱。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題，就是提供一種基于反饋控制的電池組有源均衡電路，能夠?qū)崿F(xiàn)電池組中任意位置、任意數(shù)量的電池之間的能量搬移。
[0006]解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方法如下:
[0007]一種基于反饋控制的電池組有源均衡電路，用于平衡電池組中N節(jié)電池的儲能狀態(tài)，其中，N為大于或等于2的自然數(shù)，其特征在于:所述的有源均衡電路包括控制器、儲能電容和N個能量搬移電路；每個所述能量搬移電路均由電池側(cè)電感、電池側(cè)續(xù)流二極管、電池側(cè)開關、中間電容、公共側(cè)開關、公共側(cè)續(xù)流二極管和公共側(cè)電感組成，其中，所述電池側(cè)電感的一端作為能量搬移電路的正輸入端、另一端與所述電池側(cè)續(xù)流二極管的陰極相連接并連接到所述中間電容的一端，所述電池側(cè)續(xù)流二極管的陽極作為能量搬移電路的負輸入端，所述電池側(cè)開關與電池側(cè)續(xù)流二極管相并聯(lián)，所述中間電容的另一端與公共側(cè)續(xù)流二極管的陽極相連接并連接到所述公共側(cè)電感的一端，所述公共側(cè)開關與公共側(cè)續(xù)流二極管相并聯(lián)，所述公共側(cè)電感的另一端作為能量搬移電路的正輸出端，所述公共側(cè)續(xù)流二極管的陰極作為能量搬移電路的負輸出端；
[0008]所述N個能量搬移電路的電池側(cè)開關和公共側(cè)開關的控制端分別連接到所述控制器的相應輸出端，所述N個能量搬移電路的正輸出端相連接，負輸出端相連接并接地，所述儲能電容連接在該N個能量搬移電路的公共正輸出端與公共負輸出端之間，并且，所述N個能量搬移電路與N節(jié)電池一一對應，每個能量搬移電路的正輸入端與對應電池的正極相連接、負輸入端與對應電池的負極相連接。
[0009]作為本實用新型有源均衡電路的優(yōu)選實施方式，所述N個能量搬移電路的電池側(cè)開關和公共側(cè)開關均為晶體管，所述控制器輸出PWM信號，用于分別控制各個電池側(cè)開關和公共側(cè)開關循環(huán)交替的開通與關斷。
[0010]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0011]本實用新型通過儲能電容吸收電量過高電池放出的能量、放出能量給電量過低的電池，并通過能量搬移電路實現(xiàn)電池與儲能電容之間的能量搬移，因此，本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)電池組中任意位置、任意數(shù)量的電池之間的能量搬移，并且本實用新型僅需進行一次搬出及搬入即能實現(xiàn)任意節(jié)高電量電池至任意節(jié)低電量電池之間的能量搬移，其克服了現(xiàn)有技術中搬移效率(損耗)與搬移能力之間的矛盾，其進行能量搬移的損耗低，具有高能量搬移效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明:
[0013]圖1為現(xiàn)有技術中的有源均衡電路之一的電路原理圖；
[0014]圖2為現(xiàn)有技術中的有源均衡電路之二的電路原理圖；
[0015]圖3為本實用新型的有源均衡電路的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0016]本實用新型的基于反饋控制的電池組有源均衡電路，用于平衡電池組中N節(jié)電池的儲能狀態(tài)，其中，N為大于或等于2的自然數(shù)。本實用新型的有源均衡電路包括控制器、儲能電容CO和N個能量搬移電路；每個能量搬移電路均由電池側(cè)電感、電池側(cè)續(xù)流二極管、電池側(cè)開關、中間電容、公共側(cè)開關、公共側(cè)續(xù)流二極管和公共側(cè)電感組成，其中，電池側(cè)電感的一端作為能量搬移電路的正輸入端、另一端與電池側(cè)續(xù)流二極管的陰極相連接并連接到中間電容的一端，電池側(cè)續(xù)流二極管的陽極作為能量搬移電路的負輸入端，電池側(cè)開關與電池側(cè)續(xù)流二極管相并聯(lián)，中間電容的另一端與公共側(cè)續(xù)流二極管的陽極相連接并連接到公共側(cè)電感的一端，公共側(cè)開關與公共側(cè)續(xù)流二極管相并聯(lián)，公共側(cè)電感的另一端作為能量搬移電路的正輸出端，公共側(cè)續(xù)流二極管的陰極作為能量搬移電路的負輸出端；
[0017]N個能量搬移電路的電池側(cè)開關和公共側(cè)開關的控制端分別連接到控制器的相應輸出端，N個能量搬移電路的正輸出端相連接，負輸出端相連接并接地，儲能電容CO連接在該N個能量搬移電路的公共正輸出端與公共負輸出端之間，并且，N個能量搬移電路與N節(jié)電池 對應，每個能量搬移電路的正輸入端與對應電池的正極相連接、負輸入端與對應電池的負極相連接。
[0018]其中，本實用新型的N個能量搬移電路的電池側(cè)開關和公共側(cè)開關可以選用晶體管實現(xiàn)，相應的，控制器輸出PWM信號，用于分別控制各個電池側(cè)開關和公共側(cè)開關循環(huán)交替的開通與關斷。本實用新型的蓄能電容CO選用滿足電池組電量均衡需要的大容量電容。本實用新型的續(xù)流二極管可以選用肖特基二極管，也可以選用其他形式的開關器件實現(xiàn)，比如NMOS和PMOS等，以實現(xiàn)效率更高的同步整流。
[0019]本實用新型還公開了上述基于反饋控制的有源均衡電路的控制方法，其包括以下步驟:
[0020]控制器獲取電池組中N節(jié)電池各自的電量信息以及電池組的均值電量信息；
[0021]控制器依據(jù)取得的電量信息，控制N節(jié)電池中的任意一節(jié)或多節(jié)電量高于均值的電池所對應的能量搬移電路中的電池側(cè)開關循環(huán)交替的開通與關斷，使得該一節(jié)或多節(jié)電量高于均值的電池的電能通過對應的能量搬移電路搬移到儲能電容CO中；
[0022]與此同時，控制器控制N節(jié)電池中的任意一節(jié)或多節(jié)電量低于均值的電池所對應的能量搬移電路中的公共側(cè)開關循環(huán)交替的開通與關斷，使儲能電容CO的電能通過對應的能量搬移電路搬移到該一節(jié)或多節(jié)電量低于均值的電池中。
[0023]圖3示出了利用本實用新型對一個由3節(jié)電池BI?B3組成的電池組進行儲能狀態(tài)平衡的具體實施例，本實施例的有源均衡電路包括控制器(圖中未示出)、儲能電容CO和3個能量搬移電路，其中，對應電池BI的能量搬移電路由電池側(cè)電感L1bat、電池側(cè)續(xù)流二極管D1。、電池側(cè)開關SW1D、中間電容Cl、公共側(cè)開關SW1。、公共側(cè)續(xù)流二極管DId和公共側(cè)電感LIcap組成，對應電池B2、B3的能量搬移電路與對應電池BI的能量搬移電路的電路形式相同，在此不再贅述。本實施例的有源均衡電路的工作原理如下:
[0024]在控制器獲取得知電池BI和電池B3的電量高于電池組的均值電量，電池B2的電量低于電池組的均值電量時，控制器控制電池側(cè)開關SWId和電池側(cè)開關SW3D循環(huán)交替的開通與關斷，即可由PWM信號控制開關，使得電池BI的電能經(jīng)過電池側(cè)電感L1bat、中間電容Cl、電池側(cè)續(xù)流二極管Dlc和公共側(cè)電感LIcap搬移至儲能電容CO，并使得電池B3的電能經(jīng)過電池側(cè)電感L3bat、中間電容C3、電池側(cè)續(xù)流二極管D3C和公共側(cè)電感L3cap搬移至儲能電容CO ;與此同時，控制器控制公共側(cè)開關SW2。循環(huán)交替的開通與關斷，使得儲能電容CO的電能經(jīng)過公共側(cè)電感L2CAP、中間電容C2、公共側(cè)續(xù)流二極管D2d和電池側(cè)電感L2bat搬移至電池B2，以此實現(xiàn)該電池組的電量均衡。
[0025]對于本實施例的有源均衡電路僅將任意一節(jié)高電量電池的電能搬移至任意一節(jié)低電量電池的控制方法，其與上述控制方法原理相同，在此不再贅述。
[0026]另外，本實用新型的有源均衡電路對由2節(jié)電池組成的電池組或者由4節(jié)或以上的電池組成的電池組進行電量均衡，其只需對應需均衡的電池設置相應的能量搬移電路即可實現(xiàn)，其控制方法的原理與上述原理相同，在此不再贅述。
[0027]本實用新型不局限與上述【具體實施方式】，根據(jù)上述內(nèi)容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本實用新型上述基本技術思想前提下，本實用新型還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均落在本實用新型的保護范圍之中。
【權利要求】
1.一種基于反饋控制的電池組有源均衡電路，用于平衡電池組中N節(jié)電池的儲能狀態(tài)，其中，N為大于或等于2的自然數(shù)，其特征在于:所述的有源均衡電路包括控制器、儲能電容(CO)和N個能量搬移電路；每個所述能量搬移電路均由電池側(cè)電感、電池側(cè)續(xù)流二極管、電池側(cè)開關、中間電容、公共側(cè)開關、公共側(cè)續(xù)流二極管和公共側(cè)電感組成，其中，所述電池側(cè)電感的一端作為能量搬移電路的正輸入端、另一端與所述電池側(cè)續(xù)流二極管的陰極相連接并連接到所述中間電容的一端，所述電池側(cè)續(xù)流二極管的陽極作為能量搬移電路的負輸入端，所述電池側(cè)開關與電池側(cè)續(xù)流二極管相并聯(lián)，所述中間電容的另一端與公共側(cè)續(xù)流二極管的陽極相連接并連接到所述公共側(cè)電感的一端，所述公共側(cè)開關與公共側(cè)續(xù)流二極管相并聯(lián)，所述公共側(cè)電感的另一端作為能量搬移電路的正輸出端，所述公共側(cè)續(xù)流二極管的陰極作為能量搬移電路的負輸出端； 所述N個能量搬移電路的電池側(cè)開關和公共側(cè)開關的控制端分別連接到所述控制器的相應輸出端，所述N個能量搬移電路的正輸出端相連接，負輸出端相連接并接地，所述儲能電容(CO)連接在該N個能量搬移電路的公共正輸出端與公共負輸出端之間，并且，所述N個能量搬移電路與N節(jié)電池一一對應，每個能量搬移電路的正輸入端與對應電池的正極相連接、負輸入端與對應電池的負極相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于反饋控制的電池組有源均衡電路，其特征在于:所述N個能量搬移電路的電池側(cè)開關和公共側(cè)開關均為晶體管，所述控制器輸出PWM信號，用于分別控制各個電池側(cè)開關和公共側(cè)開關循環(huán)交替的開通與關斷。
【文檔編號】H02J7/00GK203406637SQ201320384097
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權日:2013年6月28日
【發(fā)明者】趙偉, 羅敏, 張永旺, 孫衛(wèi)明, 趙建華 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院, 東莞賽微微電子有限公司