一种低损耗串联锂离子电池组电量均衡电路单元及其扩展电路制造技术

一种低损耗串联锂离子电池组电量均衡电路单元及其扩展电路，均衡电路单元包括双节电池单体DBs和均衡电路EC0两个部分，双节电池单体DBs由两只电池单体BH和BL构成，令电池单体BH的正极为端点1，电池单体BL的负极为端点3，且电池单体BH的负极与电池单体BL的正极相连，连接处为端点2。均衡电路EC0由两组半导体开关SH和DH、SL和DL、以及电感L0组成，半导体开关SH和SL分别为带反并联二极管DH和DL的电力场效应晶体管MOSFET，半导体开关SH和SL的门极分别为端点a和b，SL的漏极为端点e，SH的源极为端点c，SH的漏极与SL的源极及电感L0的一端相连，电感L0的另一端为端点d；双节电池单体DBs的端点1~3分别连接均衡电路EC0端点的c~e。本实用新型专利技术能够大大提升电池组稳定运行的安全性，也有利于降低投资成本。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种锂离子电池组电路，特别是一种低损耗串联锂离子电池组电量均衡电路单元及其扩展电路。
技术介绍
目前，锂离子电池被广泛应用于电动汽车、新能源发电、备用电源等领域，它具有功率密度高、无记忆性、自放电少且重量较轻等显著优点。单体锂离子电池的电压和储电的能力均较低，一般采用多个串并联的方式构成电池组，以获得所需等级的电压和容量。由于不同锂离子化学性质或其它特质的不一致，导致串联支路中个电池单体充电和放电的不一致，出现部分电池单体过充或过放的现象，严重时会引起电池组过热致燃，甚至爆炸。因此，串联锂离子电池组电量均衡问题是关系电池安全、稳定和高效运行的关键问题。
技术实现思路
本技术提出一种低损耗串联锂离子电池组电量均衡电路单元及其扩展电路，基于对各电池单体的实时监测，并分别在充电、放电和闲置状态下，采用电感作为电能存放的媒介，实现各单体电池的动态均衡。与现有技术相比，上述均衡电路采用模块化管理，结构简单、控制方便且电量均衡过程理论上为零损耗，能够大大提升电池组稳定运行的安全性，也有利于降低投资成本。本技术所采用的技术方案是：一种低损耗串联锂离子电池组电量均衡电路单元，包括双节电池单体DBs和均衡电路EC0两个部分，双节电池单体DBs由两只电池单体BH和BL构成，令电池单体BH的正极为端点’1’，电池单体BL的负极为端点’3’，且电池单体BH的负极与电池单体BL的正极相连，连接处为端点’2’。均衡电路EC0由两组半导体开关SH和DH、SL和DL、以及电感L0组成，半导体开关SH和SL分别为带反并联二极管DH和DL的电力场效应晶体管MOSFET，半导体开关SH和SL的门极分别为端点a和b，SL的漏极为端点e，SH的源极为端点c，SH的漏极与SL的源极及电感L0的一端相连，电感L0的另一端为端点d；双节电池单体DBs的端点1~3分别连接均衡电路EC0端点的c~e。一种低损耗串联锂离子电池组电量均衡扩展电路，包含多个均衡电路单元，具体扩展方式为：首先令均衡电路单元为0级扩展电路，包含一组双节电池单体DBs和均衡电路EC0；则1级扩展电路包含两组0级扩展电路和一个均衡电路EC1，均衡电路EC1与均衡电路EC0的区别在于电感为L1，将两组0级扩展电路中的两个双节电池单体DBs串联，连接点再与均衡电路EC1的d端点相连，均衡电路EC1中c和e端点分别接前述串联双节电池单体DBs的正极和负极；......；如此类推，k级扩展电路包含两组k-1级扩展电路和一个ECk，电感为Lk，k-1级扩展电路中的两组DBs串联，连接点再与ECk的d端相连，ECk的c和e端点分别接前述串联DBs组的正极和负极；……。一种低损耗串联锂离子电池组电量均衡方法，当BH中的电量高于BL时，以T为控制周期，控制SH导通，脉宽为DT，D为占空比，具体均衡过程为：充电状态下，使BL优先充电，待二者电量相当使SH保持关断，恢复正常充电；放电状态下，降低BL放电量，待二者电量相当时使SH保持关断，恢复正常放电；闲置状态下，以电抗器为媒介，将BH中部分电量转移至BL中，待二者电量相当时使SH保持关断，停止均衡。一种低损耗串联锂离子电池组电量均衡方法，当BH中电量低于BL时，以T为控制周期，控制SL导通，脉宽为DT(D为占空比)，具体均衡过程为：充电状态下，使BH优先充电，待二者电量相当使SL保持关断，恢复正常充电；放电状态下，降低BH放电量，待二者电量相当时使SL保持关断，恢复正常放电；闲置状态下，以电抗器为媒介，将BL中部分电量转移至BH中，待二者电量相当时使SL保持关断，停止均衡。一种低损耗串联锂离子电池组电量均衡扩展法，充电和闲置状态下，按0,1,…,n级电路顺序逐级均衡；在放电状态下，为避免输出电压陡跌，采取限制级均衡法，即仅进行0~j级电路均衡，j的大小由电压安全波动范围决定。一种低损耗串联锂离子电池组电量均衡扩展法，令最高级为n级，则共含2(n+1)个电池单体串联，该串联支路满足最大输出电压要求；为了满足最大功率要求，需将m组该串联支路并联。本技术低损耗串联锂离子电池组电量均衡电路单元及其扩展电路，针对串联锂离子电池组电量均衡问题，提供了一种新型的低功耗均衡方案，与传统均衡电路相比，其主要优点包括以下三个方面：(1)：采用电抗器传输电能，不产生任何能量损耗，系统发热少，安全可靠性高；(2)：均衡电路单元结构简单，电路扩展方法简单，非常容易得到串联锂离子电池组均衡扩展电路，实用性较强；(3)：所述均衡电路控制简单，成本低，可行性较强。附图说明图1（a）为本技术的均衡电路单元电路图。图1（b）为本技术的扩展电路图。图2（a）为本技术在充电状态下的均衡过程图；图2（b）为本技术在放电状态下的均衡过程图；图2（c）为本技术在闲置状态下的均衡过程图。图3（a）为本技术的不同开关状态、不同工作状态下电池电量的变化情况示意图。图3（b）为本技术的不同开关状态、不同工作状态下电池电量的变化情况图表。图4为本技术的k级扩展电路均衡过程流程图。具体实施方式一种低损耗串联锂离子电池组电量均衡电路单元及其扩展电路，包括均衡电路单元和均衡扩展电路两种，后者由前者叠加扩展而成；针对上述两种电路，分别提出了相应的控制方法。具体如下：(1)、均衡电路单元包括双节电池单体DBs和均衡电路EC0两个部分，DBs由两只电池单体BH和BL构成，令BH的正极为端点’1’，BL的负极为端点’3’，且BH的负极与BL的正极相连，连接处为端点’2’；EC0由两组半导体开关(SH和DH、SL和DL)及电感(L0)组成，半导体开关(SH和SL)为带反并联二极管(DH和DL)的电力场效应晶体管(MOSFET)，SH和SL的门极分别为端点a和b，SL的漏极为端点e，SH的源极为端点c，SH的漏极与SL的源极及L0的一端相连，L0的另一端为端点d；DBs端点1~3分别连接EC0端点c~e。(2)、均衡扩展电路包含多个均衡电路单元，具体扩展方式为：首先令均衡电路单元为0级扩展电路，包含一组DBs+EC0；则1级扩展电路包含两组0级扩展电路和一个EC1，EC1与EC0的区别在于电感为L1，将两组0级扩展电路中的两个DBs串联，连接点再与EC1的d端点相连，EC1中c和e端点分别接前述串联DBs的正极和负极；......；如前，k级扩展电路包含两组k-1级扩展电路和一个ECk(电感为Lk)，k-1级扩展电路中的两组DBs串联，连接点再与ECk的d端相连，ECk的c和e端点分别接前述串联DBs组的正极和负极；……。(3)、对于(1)中所述电路单元，当BH中的电量高于BL时，以T为控制周期，控制SH导通，脉宽为DT(D为占空比)，具体均衡过程为：充电状态下，使BL优先充电，待二者电量相当使SH保持关断，恢复正常充电；放电状态下，降低BL放电量，待二者电量相当时使SH保持关断，恢复正常放电；闲置状态下，以电抗器为媒介，将BH中部分电量转移至BL中，待二者电量相当时使SH保持关断，停止均衡。(4)、对于(1)中所述电路单元，当BH中电量低于BL时，以T为控制周期，控制SL导通，脉宽为DT(D为占空比)，具体均衡过程为：充电状态下，使BH优先充电，待二者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低损耗串联锂离子电池组电量均衡电路单元，其特征在于：包括双节电池单体（DBs）和均衡电路（EC0）两个部分，双节电池单体（DBs）由两只电池单体BH和BL构成，令电池单体BH的正极为端点1， 电池单体BL的负极为端点3，且电池单体BH的负极与电池单体BL的正极相连，连接处为端点2； 均衡电路（EC0）由两组半导体开关S H和D H、S L和D L、以及电感L 0组成，半导体开关S H和S L分别为带反并联二极管D H和D L的电力场效应晶体管MOSFET，半导体开关S H和S L的门极分别为端点a和b，S L的漏极为端点e，S H的源极为端点c，S H的漏极与S L的源极及电感L 0的一端相连，电感L 0的另一端为端点d；双节电池单体（DBs）的端点1、2、3分别对应连接均衡电路（EC0）端点的c、d、e。

【技术特征摘要】
1.一种低损耗串联锂离子电池组电量均衡电路单元，其特征在于：包括双节电池单体（DBs）和均衡电路（EC0）两个部分，双节电池单体（DBs）由两只电池单体BH和BL构成，令电池单体BH的正极为端点1，电池单体BL的负极为端点3，且电池单体BH的负极与电池单体BL的正极相连，连接处为端点2；均衡电路（EC0）由两组半导体开关SH和DH、SL和DL、以及电感L0组成，半导体开关SH和SL分别为带反并联二极管DH和DL的电力场效应晶体管MOSFET，半导体开关SH和SL的门极分别为端点a和b，SL的漏极为端点e，SH的源极为端点c，SH的漏极与SL的源极及电感L0的一端相连，电感L0的另一端为端点d；双节电池单体（DBs）的端点1、2、3分别对应连接均衡电路（EC0...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏业文，戴帅龙，刘国特，程江洲，黄悦华，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42