一种锂电池电压均衡电路拓扑制造技术

一种锂电池电压均衡电路拓扑，属于电压均衡电路拓扑。将锂电池与两对反串联的MOSFET管并联，控制上、下桥臂的反串联MOSFET管开关状态，实现锂电池或者锂电池组与主电路连接或者旁路。在充放电过程中，根据锂电池端电压或者锂电池组组端电压，控制上、下桥臂两对MOSFET开关管开通或者关断，进而改变充放电电流的流通路径，最终达到维持各个锂电池端电压均衡的目的，并且大大提高电池包的可用容量，减少常规均衡方案对锂电池寿命的影响。在监测到某一节或者某一组锂电池出现故障时，控制开关管状态将故障电池或者电池组旁路，强制将故障电池与主电路脱离，而其他锂电池仍可以继续正常工作，为电池包的安全工作和人身安全提供可靠保障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电压均衡电路拓扑，特别是一种锂电池电压均衡电路拓扑。
技术介绍
近年来电动汽车迅猛发展，但锂电池容量和电压严重制约其续航里程。大量锂电池串并联组合能够实现电池容量和电压的大幅度提高，但由于电池内阻的不一致性，在电池的充放电过程中，会出现一些电池充满电而其他电池并未充满，或者一些电池率先放完电而其他电池还有剩余电量的工况，导致电池包电池容量利用率低，存在部分容量未被使用的情况。这种情况严重时会出现电池的过充或者过放电现象，进而导致电池的寿命减少甚至发生爆炸。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种锂电池电压均衡电路拓扑，解决传统电池均衡电路均衡效率低、均衡策略复杂、均衡时间难以确定以及不能旁路故障电池的问题。本专利技术的目的是这样实现的：该电池电压均衡拓扑的主电路由电池和MOSFET开关管组成，每个电池两端并联四个MOSFET开关管，其中上桥臂两个MOSFET管反串联，并使用同一个脉冲信号，下桥臂两个MOSFET管反串联，使用同一个脉冲信号；电池组正极输出端连接在第一个锂电池的上桥臂和下桥臂之间，上桥臂的上端与电池正极连接，下桥臂的下端与电池的负极连接，同时连接至第二个锂电池的上桥臂和下桥臂之间；在第二个上桥臂上端和下桥臂的下端之间并联有电池，并将电池的负极连接至第三个锂电池的上桥臂和下桥臂之间，以此类推，将最后一个锂电池的负极作为电池组的负极输出端，多个电池组并联形成电池包；上桥臂开关管开通、下桥臂开关管关断时，锂电池接入主电路中；上桥臂开关管关断、下桥臂开关管开通时候，对应锂电池被旁路；上桥臂开关管关断、下桥臂开关管关断时候，锂电池与主电路脱离；通过控制上、下桥臂两对MOSFET开关管开通或者关断，改变充放电电流的流通路径，实现各个锂电池端电压均衡。在充电机给电池包充电过程中，当某一锂电池电压高于组内其他锂电池端电压时，将对应下桥臂一对MOSFET管开通，旁路对应锂电池，不再给该锂电池充电，直至组内电压均衡。在充电机给电池包充电过程中，当某一组组端电压大于其他组组端电压时，将本组所有锂电池对应上、下桥臂两对MOSFET管同时关断，该组锂电池与主电路脱离，组内所有锂电池无法充电，直至组间电压均衡。在电池包放电过程中，当某一锂电池电压低于组内其他锂电池端电压时，将对应下桥臂一对MOSFET管开通，电池与主电路旁路，不再给负载供电，直至组内电压均衡。在电池包放电过程中，当某一组组端电压小于其他组组端电压时，将本组所有锂电池对应的上、下桥臂两对MOSFET管同时关断，该电池组与主电路脱离，不再给负载供电，直至组间电压均衡。在电池包放电过程中，如果某一节锂电池发生故障，则将其下桥臂一对MOSFET管同时开通，该锂电池与主电路旁路，无法给负载供电，而其他锂电池正常供电，保证系统正常工作。在电池包进行放电过程中，如果某一组锂电池发生故障，则将组内所有锂电池对应上、下桥臂两对MOSFET管同时关断，则该组锂电池与主电路脱离，无法给负载供电，而其他锂电池组正常供电，保证系统正常工作。有益效果及优点：1、在充放电期间均可以实现电池组内、组间的电压均衡；2、能够实现故障电池的旁路，保护用户安全，且在电池出现故障工况下电池组仍可以继续工作；3、本专利技术的一种新型锂电池电压均衡电路拓扑控制算法简单，易于实现。解决了传统电池均衡电路均衡效率低、均衡策略复杂、均衡时间难以确定以及不能旁路故障电池的问题，达到了本专利技术的目的。附图说明图1为本专利技术锂电池电压均衡电路拓扑图。图2为本专利技术充电过程中锂电池Bat11、Bat22、Bat33电压较高时均衡电流瞬时流向图。图3为本专利技术充电过程中第Ⅱ组锂电池组组端电压过高时均衡电流瞬时流向图。图4为本专利技术放电过程中锂电池Bat12、Bat22、Bat31出现电压偏低工况时均衡电流瞬时流向图。图5为本专利技术放电过程中第Ⅱ组锂电池组组端电压过低时均衡电流瞬时流向图。图6为本专利技术放电过程中故障锂电池Bat23旁路后电流流向图。图7为本专利技术放电过程中第Ⅰ组锂电池组发生故障后电流流向图。图8为本专利技术充电过程中锂电池包中三个锂电组组间电压均衡仿真图。图9为本专利技术充电过程中锂电池包内九节锂电池端电压均衡仿真图。图10为本专利技术放电过程中锂电池包中三个锂电组组间电压均衡仿真图。图11为本专利技术放电过程中锂电池包内九节锂电池端电压均衡仿真图。图中：Ⅰ——第Ⅰ组锂电池组；Ⅱ——第Ⅱ组锂电池组；Ⅲ——第Ⅲ组锂电池组；三节锂电池串联成组后并联成为锂电池包。具体实施方式该电池电压均衡拓扑的主电路由电池和MOSFET开关管组成，每个电池两端并联四个MOSFET开关管，其中上桥臂两个MOSFET管反串联，并使用同一个脉冲信号，下桥臂两个MOSFET管反串联，使用同一个脉冲信号；电池组正极输出端连接在第一个锂电池的上桥臂和下桥臂之间，上桥臂的上端与电池正极连接，下桥臂的下端与电池的负极连接，同时连接至第二个锂电池的上桥臂和下桥臂之间；在第二个上桥臂上端和下桥臂的下端之间并联有电池，并将电池的负极连接至第三个锂电池的上桥臂和下桥臂之间，以此类推，将最后一个锂电池的负极作为电池组的负极输出端，多个电池组并联形成电池包；上
桥臂开关管开通、下桥臂开关管关断时，锂电池接入主电路中；上桥臂开关管关断、下桥臂开关管开通时候，对应锂电池被旁路；上桥臂开关管关断、下桥臂开关管关断时候，锂电池与主电路脱离；通过控制上、下桥臂两对MOSFET开关管开通或者关断，改变充放电电流的流通路径，实现各个锂电池端电压均衡。在充电机给电池包充电过程中，当某一锂电池电压高于组内其他锂电池端电压时，将对应下桥臂一对MOSFET管开通，旁路对应锂电池，不再给该锂电池充电，直至组内电压均衡。在充电机给电池包充电过程中，当某一组组端电压大于其他组组端电压时，将本组所有锂电池对应上、下桥臂两对MOSFET管同时关断，该组锂电池与主电路脱离，组内所有锂电池无法充电，直至组间电压均衡。在电池包放电过程中，当某一锂电池电压低于组内其他锂电池端电压时，将对应下桥臂一对MOSFET管开通，电池与主电路旁路，不再给负载供电，直至组内电压均衡。在电池包放电过程中，当某一组组端电压小于其他组组端电压时，将本组所有锂电池对应的上、下桥臂两对MOSFET管同时关断，该电池组与主电路脱离，不再给负载供电，直至组间电压均衡。在电池包放电过程中，如果某一节锂电池发生故障，则将其下桥臂一对MOSFET管同时开通，该锂电池与主电路旁路，无法给负载供电，而其他锂电池正常供电，保证系统正常工作。在电池包放电过程中，如果某一组锂电池发生故障，则将组内所有锂电池对应上、下桥臂两对MOSFET管同时关断，则该组锂电池与主电路脱离，无法给负载供电，而其他锂电池组正常供电，保证系统正常工作。以下结合附图对本专利技术所述的一种锂电池电压均衡拓扑及其控制算法作进一步说明。实施例1：如图1所示，本专利技术所述的一种锂电池电压均衡拓扑由锂电池和N沟道MOSFET管组成，每个锂电池两端并联四个MOSFET管，其中上桥臂两个MOSFET使用同一个驱动信号，下桥臂一对MOSFET使用同一个驱动信号，即这上、下桥臂两个开关管同开同关。当上桥臂S1和S2同时开通，下桥臂S3和S4同时关断时，对应锂电池接入主电路；当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池电压均衡电路拓扑，其特征是：该电池电压均衡拓扑的主电路由电池和MOSFET开关管组成，每个电池两端并联有四个MOSFET开关管，其中上桥臂两个MOSFET管反串联，并使用同一个脉冲信号，下桥臂两个MOSFET管反串联，使用同一个脉冲信号；电池组正极输出端连接在第一个锂电池的上桥臂和下桥臂之间，上桥臂的上端与电池正极连接，下桥臂的下端与电池的负极连接，同时连接至第二个锂电池的上桥臂和下桥臂之间；在第二个上桥臂上端和下桥臂的下端之间并联有锂电池，并将锂电池的负极连接至第三个锂电池的上桥臂和下桥臂之间，以此类推，将最后一个锂电池的负极作为电池组的负极输出端，多个电池组并联形成电池包；上桥臂开关管开通、下桥臂开关管关断时，锂电池接入主电路中；上桥臂开关管关断、下桥臂开关管开通时候，对应锂电池被旁路；上桥臂开关管关断、下桥臂开关管关断时候，锂电池与主电路脱离；通过控制上、下桥臂两对MOSFET开关管开通或者关断，改变充放电电流的流通路径，实现各个锂电池端电压均衡。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池电压均衡电路拓扑，其特征是：该电池电压均衡拓扑的主电路由电池和MOSFET开关管组成，每个电池两端并联有四个MOSFET开关管，其中上桥臂两个MOSFET管反串联，并使用同一个脉冲信号，下桥臂两个MOSFET管反串联，使用同一个脉冲信号；电池组正极输出端连接在第一个锂电池的上桥臂和下桥臂之间，上桥臂的上端与电池正极连接，下桥臂的下端与电池的负极连接，同时连接至第二个锂电池的上桥臂和下桥臂之间；在第二个上桥臂上端和下桥臂的下端之间并联有锂电池，并将锂电池的负极连接至第三个锂电池的上桥臂和下桥臂之间，以此类推，将最后一个锂电池的负极作为电池组的负极输出端，多个电池组并联形成电池包；上桥臂开关管开通、下桥臂开关管关断时，锂电池接入主电路中；上桥臂开关管关断、下桥臂开关管开通时候，对应锂电池被旁路；上桥臂开关管关断、下桥臂开关管关断时候，锂电池与主电路脱离；通过控制上、下桥臂两对MOSFET开关管开通或者关断，改变充放电电流的流通路径，实现各个锂电池端电压均衡。2.根据权利要求1所述的一种锂电池电压均衡电路拓扑，其特征是：在充电机给电池包充电过程中，当某一锂电池电压高于组内其他锂电池端电压时，将对应下桥臂一对MOSFET管开通，旁路对应锂电池，不再给该锂电池充电，直至组内电压均衡。3.根据权利要求1所述的一种锂电池电压均...

【专利技术属性】
技术研发人员：周娟，刘刚，戴鹏，贺鹏飞，化毅恒，王江彬，汪慧敏，龙宪磊，赵晨，张永磊，任国影，毛海港，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32