本發(fā)明涉及電池管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池主動(dòng)均衡電路。

背景技術(shù)：

鋰電池以其能量密度高、高低溫性能好、循環(huán)壽命長、無污染等特點(diǎn)，越來越多的應(yīng)用于各種行業(yè)和領(lǐng)域，由于鋰電池的單節(jié)電池的電壓只有2.8v～4.2v，要獲得更高電壓和容量的電池，必須將多節(jié)電池串聯(lián)或并聯(lián)組成電池組。因此，為防止電池組中各節(jié)電池過充電或過放電，使各單節(jié)電池的電壓維持在合理范圍，從而延長電池組的使用壽命，并隨時(shí)了解電池組的工作狀態(tài)，必須為電池組配置一套電池管理系統(tǒng)。

電池組中的單體由于在制作過程中的工藝等原因，很難保證所有的單體具有很好的一致性，因此單體電池之間存在著差異，即使是同批次、同型號(hào)的電池，也存在容量、內(nèi)阻等方面的差異。在連續(xù)的充放電循環(huán)之后，會(huì)加劇這種單體的不一致性，將使得某些單體電池的容量加速衰減，并且在長期的使用過程中，這種差異會(huì)越來越大，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)力電池組充放電時(shí)的不均衡。不均衡性對(duì)串聯(lián)電池組的性能影響很大，將會(huì)降低電池組的整體容量，降低電池組的總體使用效率，縮短電池組使用壽命。

針對(duì)這種情況，在電池管理系統(tǒng)中會(huì)增加均衡電路消除電芯之前的壓差，現(xiàn)有電池管理系統(tǒng)中最常見的均衡方式為被動(dòng)式均衡，通過電阻以熱能的形式將過多的能量消耗掉，達(dá)到各個(gè)電芯容量均衡，隨著這種均衡形式成本小電路簡單，但只能對(duì)過壓的電芯進(jìn)行均衡，對(duì)欠壓的電芯無法實(shí)現(xiàn)均衡，且被動(dòng)均衡的能量是直接損耗，造成了能量浪費(fèi)，而且均衡所需要的時(shí)間長。

然而從未來bms發(fā)展來看，主動(dòng)均衡形式會(huì)逐步替代被動(dòng)均衡形式，雖然其電路復(fù)雜，但能量利用率高，均衡效率高，故而合適的主動(dòng)均衡電路逐步被研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池主動(dòng)均衡電路，針對(duì)鋰離子電池組中各個(gè)電芯進(jìn)行主動(dòng)均衡調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電芯之間的能量轉(zhuǎn)移，消除電芯之間的電壓差異，延長電池使用壽命。

本發(fā)明揭示了一種鋰離子電池主動(dòng)均衡電路，包括六個(gè)電芯串聯(lián)組成的電池組，七條繼電器驅(qū)動(dòng)線路，升壓模塊線路及降壓模塊線路，其中七條繼電器驅(qū)動(dòng)線路分別接在六個(gè)電芯正負(fù)兩端，由bmu根據(jù)電壓采集模塊反饋的壓差信息，控制對(duì)應(yīng)電芯均衡的開啟或斷開，所述升壓模塊線路對(duì)高的電芯進(jìn)行升壓并給電池組內(nèi)其余電芯進(jìn)行充電；所述降壓模塊線路對(duì)低的電芯進(jìn)行降壓，并通過電池組內(nèi)其余電芯的電壓對(duì)該電芯充電。

所述升壓模塊線路包括boost升壓電路u2，共模電感l(wèi)5、l7，繼電器k7~k10，繼電器k15及場效應(yīng)管q18、q22，其中繼電器k7和k10的輸入回路連接場效應(yīng)管q18，繼電器k8和k9的輸入回路連接場效應(yīng)管q19，繼電器k7和k8輸出回路的一端連接共模電感l(wèi)7的一個(gè)輸入端，繼電器k9和k10輸入回路的一端連接共模電感l(wèi)7的另一個(gè)輸入端，共模電感l(wèi)7的兩個(gè)輸入端連接boost升壓電路的輸入端，boost升壓電路的輸出端連接共模電感l(wèi)5的兩個(gè)輸入端，共模電感l(wèi)5的一個(gè)輸出端連接串聯(lián)電芯的負(fù)極，另一個(gè)輸出端連接繼電器k15輸出回路一端，輸出回路另一端連接串聯(lián)電芯的正極，繼電器k15的輸入回路連接場效應(yīng)管q22，場效應(yīng)管q18、q19、q22的柵極連接bmu的主控芯片，由主控芯片發(fā)送高低電平指令，控制場效應(yīng)管的導(dǎo)通或斷開，從而控制繼電器k7~k10和k15通斷。

所述降壓模塊線路包括buck降壓電路u5，共模電感l(wèi)6、l7，繼電器k11~k14，繼電器k16及場效應(yīng)管q20、q21、q23，其中繼電器k11和k14的輸入回路連接場效應(yīng)管q20，繼電器k12和k13的輸入回路連接場效應(yīng)管q21，繼電器k11和k12輸出回路的一端連接共模電感l(wèi)6的一個(gè)輸入端，繼電器k13和k14輸入回路的一端連接共模電感l(wèi)6的另一個(gè)輸入端，共模電感l(wèi)6的兩個(gè)輸入端連接buck升壓電路的輸出端，buck升壓電路的輸入端連接共模電感l(wèi)8的兩個(gè)輸入端，共模電感l(wèi)8的一個(gè)輸出端連接串聯(lián)電芯的負(fù)極，另一個(gè)輸出端連接繼電器k16輸出回路一端，輸出回路另一端連接串聯(lián)電芯的正極，繼電器k16的輸入回路連接場效應(yīng)管q23，場效應(yīng)管q20、q21、q23的柵極連接bmu的主控芯片，由主控芯片發(fā)送高低電平指令，控制場效應(yīng)管的導(dǎo)通或斷開，從而控制繼電器k11~k14和k16通斷。

七條繼電器驅(qū)動(dòng)線路包括繼電器k0~k6，場效應(yīng)管q0~q6，且每條繼電器驅(qū)動(dòng)線路均包括一個(gè)繼電器和一個(gè)場效應(yīng)管，且繼電器輸出回路的一端連接電芯正負(fù)端，輸入回路與場效管連接，場效應(yīng)管的柵極連接ems系統(tǒng)的主控芯片，由主控芯片控制場效應(yīng)管的導(dǎo)通或斷開，從而控制繼電器的通斷，七條繼電器驅(qū)動(dòng)線路中繼電器k0、k2、k4和k6輸出回路的連接繼電器k8、k10、k12和k14輸出回路，繼電器k1、k3和k5輸出回路連接繼電器k7、k9、k11和k13輸出回路。

作為優(yōu)選，所述升壓模塊電路中，奇數(shù)節(jié)電芯的通斷接入由場效應(yīng)管q18配合繼電器k7和k10實(shí)現(xiàn)，偶數(shù)節(jié)電芯的通斷接入由場效應(yīng)管q19配合繼電器k8和k9實(shí)現(xiàn)。

作為優(yōu)選，所述降壓模塊電路中，奇數(shù)節(jié)電芯的通斷接入由場效應(yīng)管q20配合繼電器k11和k14實(shí)現(xiàn)，偶數(shù)節(jié)電芯的通斷接入由場效應(yīng)管q21配合繼電器k12和k13實(shí)現(xiàn)。

所述繼電器為aa36f光耦繼電器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種鋰離子電池主動(dòng)均衡電路，具有如下有益之處：采用了簡單的電路實(shí)現(xiàn)電池包內(nèi)部各個(gè)電芯的主動(dòng)均衡調(diào)節(jié)，有效避免長時(shí)間壓差過大，影響電池使用壽命，同時(shí)本均衡電路只要出現(xiàn)壓差即開啟均衡調(diào)節(jié)，不限于是在充放電狀態(tài)還是靜止?fàn)顟B(tài)。

將出現(xiàn)壓差的電芯與整個(gè)電池包電芯值進(jìn)行對(duì)比判斷，既可以實(shí)現(xiàn)單電芯升壓給所有電芯充電，還可以實(shí)現(xiàn)所有電信降壓給當(dāng)點(diǎn)心充電，兩種均衡條件自主選擇，確保均衡時(shí)能量的充分利用，整個(gè)電路損耗在10%以下。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所揭示的鋰離子電池主動(dòng)均衡電路的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。

如圖1所示為本發(fā)明所揭示的一種鋰離子電池主動(dòng)均衡電路一種形態(tài)，其包括五節(jié)串聯(lián)的電芯e1~e6，七條繼電器驅(qū)動(dòng)線路，升壓模塊線路及降壓模塊線路，所述七條繼電器驅(qū)動(dòng)線路分別接在六個(gè)電芯正負(fù)兩端，由ems系統(tǒng)根據(jù)電壓采集模塊反饋的壓差信息，控制對(duì)應(yīng)電芯均衡的開啟或斷開，所述升壓模塊線路通過變壓器原邊和副邊的扎數(shù)比對(duì)高的電芯進(jìn)行升壓并給電池組內(nèi)其余電芯進(jìn)行充電具體值通過電芯最低電壓升壓致大于總壓；所述降壓模塊線路總電芯降壓至大于最低電芯電壓。

具體說來，所述升壓模塊線路包括boost升壓電路u2，共模電感l(wèi)5、l7，繼電器k7~k10，繼電器k15及場效應(yīng)管q18、q19、q22，其中繼電器k7和k10的輸入回路連接場效應(yīng)管q18，繼電器k8和k9的輸入回路連接場效應(yīng)管q19，繼電器k7和k8輸出回路的一端連接共模電感l(wèi)7的一個(gè)輸入端，繼電器k9和k10輸入回路的一端連接共模電感l(wèi)7的另一個(gè)輸入端，共模電感l(wèi)7的兩個(gè)輸入端連接boost升壓電路的輸入端，boost升壓電路的輸出端連接共模電感l(wèi)5的兩個(gè)輸入端，共模電感l(wèi)5的一個(gè)輸出端連接串聯(lián)的六節(jié)電芯的負(fù)極，另一個(gè)輸出端連接繼電器k15輸出回路一端，輸出回路另一端連接串聯(lián)的六節(jié)電芯的正極，繼電器k15的輸入回路連接場效應(yīng)管q22，場效應(yīng)管q18、q19、q22的柵極連接bmu的主控芯片，由主控芯片發(fā)送高低電平指令，控制場效應(yīng)管的導(dǎo)通或斷開，從而控制繼電器k7~k10和k15通斷。

所述降壓模塊線路包括buck降壓電路u5，共模電感l(wèi)6、l7，繼電器k11~k14，繼電器k16及場效應(yīng)管q20、q21、q23，其中繼電器k11和k14的輸入回路連接場效應(yīng)管q20，繼電器k12和k13的輸入回路連接場效應(yīng)管q21，繼電器k11和k12輸出回路的一端連接共模電感l(wèi)6的一個(gè)輸入端，繼電器k13和k14輸入回路的一端連接共模電感l(wèi)6的另一個(gè)輸入端，共模電感l(wèi)6的兩個(gè)輸入端連接buck升壓電路的輸出端，buck升壓電路的輸入端連接共模電感l(wèi)8的兩個(gè)輸入端，共模電感l(wèi)8的一個(gè)輸出端連接串聯(lián)的六節(jié)電芯的負(fù)極，另一個(gè)輸出端連接繼電器k16輸出回路一端，輸出回路另一端連接串聯(lián)的六節(jié)電芯的正極，繼電器k16的輸入回路連接場效應(yīng)管q23，場效應(yīng)管q20、q21、q23的柵極連接ems系統(tǒng)的主控芯片，由主控芯片發(fā)送高低電平指令，控制場效應(yīng)管的導(dǎo)通或斷開，從而控制繼電器k11~k14和k16通斷。

每條繼電器驅(qū)動(dòng)線路均包括繼電器，場效應(yīng)管及限流電阻，其中繼電器輸出回路的一端連接電芯，輸入回路與場效管連接，場效應(yīng)管的柵極連接ems系統(tǒng)的主控芯片，由主控芯片發(fā)送高低電平指令，控制場效應(yīng)管的導(dǎo)通或斷開，具體七條繼電器驅(qū)動(dòng)線路包括繼電器k0~k6，場效應(yīng)管q0~q6，限流電阻r7~14，其中繼電器k0，場效應(yīng)管q0和限流電阻r14作為第一條驅(qū)動(dòng)線路連接在電芯e1的負(fù)極，繼電器k1，場效應(yīng)管q1和限流電阻r13作為第二條驅(qū)動(dòng)線路連接在電芯e2的負(fù)極，繼電器k2，場效應(yīng)管q2和限流電阻r12作為第三條驅(qū)動(dòng)線路連接在電芯e3的負(fù)極，繼電器k3，場效應(yīng)管q3和限流電阻r11作為第四條驅(qū)動(dòng)線路連接在電芯e4的負(fù)極，繼電器k4，場效應(yīng)管q4和限流電阻r10作為第五條驅(qū)動(dòng)線路連接在電芯e5的負(fù)極，繼電器k5，場效應(yīng)管q5和限流電阻r9作為第六條驅(qū)動(dòng)線路連接在電芯e6的負(fù)極，繼電器k6，場效應(yīng)管q6和限流電阻r8作為第七條驅(qū)動(dòng)線路連接在電芯e6的正極，所述繼電器k0、k2、k4和k6輸出回路的另一端連接繼電器k8、k10、k12和k14輸出回路的一端，所述繼電器k1、k3和k5輸出回路的另一端連接繼電器k7、k9、k11和k13輸出回路的一端。

下面對(duì)本發(fā)明所揭示的主動(dòng)均衡電路的工作原理進(jìn)行描述：

與電芯連接的電壓采集模塊對(duì)各個(gè)電芯電壓進(jìn)行采集并將采集的電壓進(jìn)行判斷，并通過bmu芯片發(fā)送信號(hào)，正常狀態(tài)下均衡電路不開啟，若電芯之間出現(xiàn)壓差，則啟動(dòng)主動(dòng)均衡電路；

當(dāng)某一個(gè)電芯電壓過高時(shí)，則bmu內(nèi)的主控芯片控制該電芯正負(fù)兩端連接的驅(qū)動(dòng)線路的場效應(yīng)管導(dǎo)通，同時(shí)控制升壓模塊線路中的場效應(yīng)管導(dǎo)通，將電壓過高的電芯兩端電壓送入bosst升壓電路中進(jìn)行升壓至一定電壓值，然后給整個(gè)串聯(lián)電芯充電直至電芯電壓平衡；

如第三節(jié)電芯e3電壓過高時(shí)，主控芯片對(duì)場效應(yīng)管q2，q3，q18柵極輸出高電平信號(hào)，q2，q3，q18導(dǎo)通，繼電器k2，k3，k7，k10吸合，主控芯片對(duì)q22柵極輸出高電平信號(hào)，q22導(dǎo)通，繼電器k15吸合，第三節(jié)電芯經(jīng)過u2升壓至一定電壓后給所有電池進(jìn)行充電，直至電芯電壓平衡，主控芯片對(duì)場效應(yīng)管q22柵極輸出低電平信號(hào)，q22斷開，繼電器k15斷開，均衡關(guān)閉。

當(dāng)某一個(gè)電芯電壓過低時(shí)，bmu主控芯片控制降壓模塊線路中場效應(yīng)管導(dǎo)通，將串聯(lián)電芯的電壓進(jìn)行降壓，同時(shí)主控芯片控制過低電芯正負(fù)兩端連接的驅(qū)動(dòng)線路的場效應(yīng)管導(dǎo)通，將降壓后的電壓對(duì)低的電芯進(jìn)行充電，直至不存在壓差。

如當(dāng)?shù)谌?jié)電芯電壓低時(shí)，主控芯片對(duì)場效應(yīng)管q23輸出高電平，繼電器k16導(dǎo)通，通過u5進(jìn)行降壓，主控芯片對(duì)場效應(yīng)管q2，q3，q20柵極輸出高電平信號(hào)，q2，q3，q20導(dǎo)通，繼電器k2，k3，k11，k14吸合，給第三節(jié)電芯進(jìn)行充電，直至電芯電壓平衡。

本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特征已揭示如上，然而熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾，因此，本發(fā)明保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為本專利申請(qǐng)權(quán)利要求所涵蓋。