一种电池组均衡电路及其均衡方法技术

本发明专利技术公开了一种电池组均衡电路及方法，该电路包括电池组、用于对电池组中各个电池单体的电压进行采集的电压采集模块、开关切换模块、控制模块以及至少一个双向DC-DC模块，所述双向DC-DC模块与电池组连接；控制模块用于根据采集到的各个电池单体的电压，从而判断电池单体是否需要进行均衡，当判断结果为电池单体需要进行均衡时，则控制开关切换模块，使所需进行均衡的电池单体与双向DC-DC模块连接，然后控制双向DC-DC模块，使能量在电池组与所需进行均衡的电池单体之间流动。本发明专利技术具有不存在散热问题、均衡电流大、均衡速度快、能量利用率高等优点。本发明专利技术可广泛应用于电池管理领域中。

【技术实现步骤摘要】
一种电池组均衡电路及其均衡方法
本专利技术涉及电池管理系统，尤其涉及一种在电池组充放电过程中对各串联使用的电池单体进行控制从而使所有电池单体电量实现均衡的均衡电路及其均衡方法。
技术介绍
在电池的实际使用中，单体电池的电压和容量往往无法满足负载的需求，因此经常需要将多个单体电池经过串、并联成组后进行使用。然而，不同单体电池在制作过程中由于生产工艺的局限，往往存在使用初始条件的差异（容量有微小差别），另外在使用过程中，不同的工作条件（如温度和老化程度的不同）也将导致电池单体间性能上存在差别。在进行多次充放电后，这些差别如果不经过控制，将逐渐扩大，同时形成短板效应，即容量相对低的容量越来越小，电量间的差异也会越来越大，从而造成单体电池的过充或过放，大大影响整组电池的性能和寿命。因此，需要进行电池均衡来有效减小不同单体电池在使用中出现的电量差异。目前现有的均衡方式主要分为两种，被动均衡和主动均衡。所述的被动均衡方式是指，通过在电路中串入电阻等功率消耗元件（负载），将电量高的电池单体的多余能量通过热的形式耗散掉。但是被动均衡方式具有以下四方面明显的缺陷：1、由于多余的能量通过负载以热形式耗散，由此产生的热量将会给散热带来很大的问题，同时电池过热也会反而增加电池的不一致性，形成恶性循环；2、被动均衡的均衡电流较小，因此均衡时间较长，也只能应用在小容量电池上；3、被动均衡的工作原理，是当某节电池电量高于预设值后，即开启均衡，否则关闭均衡，因此均衡功能只能在充电末端开启，而在充电前端以及放电过程中，无法进行均衡；4、由于被消耗的能量无法被系统利用，造成了能量上的浪费，导致整个系统能量利用率低。所述的主动均衡方式是指，通过电感、电容等储能元件，将能量在电池间相互转移，从而完成均衡功能。由于能量没有以热的形式耗散，因此与传统的被动均衡相比，主动均衡具有均衡电流大、不存在散热问题、能量利用率高等优点。所述的主动均衡方式分为分布式和集中式。所述分布式主动均衡方式是指，能量在电池单体和电池单体间相互流动。常见的分布式主动均衡方法为，在每两节相邻电池间接入储能元件（电容或电感），储能元件与开关串联，当检测到电池单体间电压存在差异时，依次闭合所有开关，使得相邻的电池单体间通过储能元件依次进行均衡。分布式主动均衡电路具有以下两方面的缺陷：1、由于均衡要在所有相邻电池单体件进行，因此均衡电流小，均衡速度慢；2、由于能量在不同电池单体间进行了多次传递，因此能量损耗大，能量利用率仍然较为低下。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种电池组均衡电路。本专利技术的另一目的是提供一种电池组均衡方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种电池组均衡电路，其包括包含多个电池单体的电池组、用于对电池组中各个电池单体的电压进行采集的电压采集模块、开关切换模块、控制模块以及至少一个双向DC-DC模块，所述双向DC-DC模块与电池组连接；所述控制模块，用于根据采集到的各个电池单体的电压，从而判断电池单体是否需要进行均衡，当判断结果为电池单体需要进行均衡时，则控制开关切换模块，使所需进行均衡的电池单体与双向DC-DC模块连接，然后控制双向DC-DC模块，使能量在电池组与所需进行均衡的电池单体之间流动。进一步，所述的双向DC-DC模块为模块化设计的双向DC-DC模块。进一步，所述的双向DC-DC模块包括变压器、第一场效应管、第二场效应管、第一二极管、第二二极管、第一电容以及第二电容；所述变压器的源级同相端与第一电容的正极连接，所述变压器的源级异相端分别与第一场效应管的漏极和第一二极管的负极连接，所述第一场效应管的源极分别与第一二极管的正极和第一电容的负极连接，所述第一场效应管的栅极与控制模块连接，所述第一电容的正极和负极分别与所需进行均衡的电池单体的正极和负极连接；所述变压器的次级异相端与第二电容的正极连接，所述变压器的次级同相端分别与第二场效应管的漏极和第二二极管的负极连接，所述第二场效应管的源极分别与第二二极管的正极和第二电容的负极连接，所述第二场效应管的栅极与控制模块连接，所述第二电容的正极和负极分别与电池组的正极和负极连接。进一步，所述的双向DC-DC模块还包括原边开关管箝位保护电路和副边开关管箝位保护电路，所述原边开关管箝位保护电路连接在变压器的源级同相端与变压器的源级异相端之间，所述副边开关管箝位保护电路连接在变压器的次级异相端与变压器的次级同相端之间。进一步，所述原边开关管箝位保护电路包括第一电阻、第三电容以及第三二极管，所述第三电容的负极和第一电阻的一端均与变压器的源级同相端连接，所述第三电容的正极和第一电阻的另一端均与第三二极管的负极连接，所述第三二极管的正极与变压器的源级异相端连接；所述副边开关管箝位保护电路包括第四电阻、第四电容以及第四二极管，所述第四电容的负极与第四电阻的一端均与变压器的次级异相端连接，所述第四电容的正极和第四电阻的另一端均与第四二极管的负极连接，所述第四二极管的正极与变压器的次级同相端连接。进一步，所述的双向DC-DC模块还包括原边分压限流电路和副边分压限流电路，所述的原边分压限流电路包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻连接在控制模块和第一场效应管的栅极之间，所述第二电阻的一端与第一场效应管的栅极连接，所述第二电阻的另一端分别与第三电阻的一端和控制模块连接，所述第三电路的另一端与第一电容的负极连接；所述副边分压限流电路包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻连接在控制模块和第二场效应管的栅极之间，所述第五电阻的一端与第二场效应管的栅极连接，所述第五电阻的另一端分别与第六电阻的一端和控制模块连接，所述第六电阻的另一端与第二电容的负极连接。进一步，所述第一场效应管和第二场效应管均为带有稳压二极管的场效应管。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种电池组均衡方法，该方法包括：A、电压采集模块对电池组中各个电池单体的电压进行采集，并将采集到的电压传输至控制模块；B、控制模块根据采集到的各个电池单体的电压，从而判断电池单体是否需要进行均衡；C、当判断结果为电池单体需要进行均衡时，控制模块则控制开关切换模块，使所需进行均衡的电池单体与双向DC-DC模块连接；D、控制模块控制双向DC-DC模块，使能量在电池组与所需进行均衡的电池单体之间流动。进一步，所述步骤B具体为：控制模块根据采集到的各个电池单体的电压，对各个电池单体的电压进行比较，从而得到电压差，当电压差达到预设条件时，则判断电池单体需要进行均衡，并开启均衡功能，反之，则判断电池单体无需进行均衡，并关闭均衡功能。进一步，所述步骤D具体为：控制模块判断所需进行均衡的电池单体的电压是否大于多个电池单体的电压的平均值，若是，则对双向DC-DC模块进行控制，从而使能量从所需进行均衡的电池单体流入变压器的初级线圈，然后使能量从变压器的次级线圈流向电池组，反之，则对双向DC-DC模块进行控制，从而使能量从电池组流入变压器的次级线圈，然后使能量从变压器的初级线圈流向所需进行均衡的电池单体。本专利技术的有益效果是：相较于已有的技术，本专利技术的电路不存在散热的问题，而且还具有均衡电流大、均衡速度快、能量利用率高、可在充放电过程中一直工作等优点。另外，本专利技术的均衡电路还具有结构简单、成本低廉、可靠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池组均衡电路，其特征在于：其包括包含多个电池单体的电池组、用于对电池组中各个电池单体的电压进行采集的电压采集模块、开关切换模块、控制模块以及至少一个双向DC‑DC模块，所述双向DC‑DC模块与电池组连接；所述控制模块，用于根据采集到的各个电池单体的电压，从而判断电池单体是否需要进行均衡，当判断结果为电池单体需要进行均衡时，则控制开关切换模块，使所需进行均衡的电池单体与双向DC‑DC模块连接，然后控制双向DC‑DC模块，使能量在电池组与所需进行均衡的电池单体之间流动。

【技术特征摘要】
1.一种电池组均衡电路，其特征在于：其包括包含多个电池单体的电池组、用于对电池组中各个电池单体的电压进行采集的电压采集模块、开关切换模块、控制模块以及至少一个双向DC-DC模块，所述双向DC-DC模块与电池组连接；所述控制模块，用于根据采集到的各个电池单体的电压，从而判断电池单体是否需要进行均衡，当判断结果为电池单体需要进行均衡时，则控制开关切换模块，使所需进行均衡的电池单体与双向DC-DC模块连接，然后控制双向DC-DC模块，使能量在电池组与所需进行均衡的电池单体之间流动；所述的双向DC-DC模块为模块化设计的双向DC-DC模块；所述的双向DC-DC模块包括变压器、第一场效应管、第二场效应管、第一二极管、第二二极管、第一电容以及第二电容；所述变压器的源级同相端与第一电容的正极连接，所述变压器的源级异相端分别与第一场效应管的漏极和第一二极管的负极连接，所述第一场效应管的源极分别与第一二极管的正极和第一电容的负极连接，所述第一场效应管的栅极与控制模块连接，所述第一电容的正极和负极分别与所需进行均衡的电池单体的正极和负极连接；所述变压器的次级异相端与第二电容的正极连接，所述变压器的次级同相端分别与第二场效应管的漏极和第二二极管的负极连接，所述第二场效应管的源极分别与第二二极管的正极和第二电容的负极连接，所述第二场效应管的栅极与控制模块连接，所述第二电容的正极和负极分别与电池组的正极和负极连接；所述的双向DC-DC模块还包括原边分压限流电路和副边分压限流电路，所述的原边分压限流电路包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻连接在控制模块和第一场效应管的栅极之间，所述第二电阻的一端与第一场效应管的栅极连接，所述第二电阻的另一端分别与第三电阻的一端和控制模块连接，所述第三电路的另一端与第一电容的负极连接；所述副边分压限流电路包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻连接在控制模块和第二场效应管的栅极之间，所述第五电阻的一端与第二场效应管的栅极连接，所述第五电阻的另一端分别与第六电阻的一端和控制模块连接，所述第六电阻的另一端与第二电容的负极连接；所述控制双向DC-DC模块，使能量在电池组与所需进行均衡的电池单体之间流动，其具体为：判断所需进行均衡的电池单体的电压是否大于多个电池单体的电压的平均值，若是，则先使第一场效应管工作且第二场效应管不工作，此时，能量从所需进行均衡的电池单体流入变压器的初级线圈，然后再使第一场效应管不工作且第二场效应管工作，此时，能量从变压器的次级线圈流向电池组；反之，则先使第一场效应管不工作且...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘钟頔，吕洲，何波，姚科，高福荣，
申请(专利权)人：广州市香港科大霍英东研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44