基于电感和导电膜的动力电池均衡与加热复合电路制造技术

本发明专利技术为一种基于电感和导电膜的动力电池均衡与加热复合电路，其特征在于，该电路包括均衡子电路和加热子电路；所述均衡子电路包括多个均衡单元，每个均衡单元均包括电池单体、储能电感、开关和二极管；每个均衡单元的电池单体、储能电感和开关串联，二极管与开关并联；上一个均衡单元的储能电感与下一个均衡单元的电池单体、储能电感和开关串联；加热子电路包括导电膜和多个与均衡单元数量相同的加热单元；每个加热单元包括两个开关，通过两个开关将导电膜与对应均衡单元的开关并联；导电膜包覆在动力电池表面。利用储能电感和对动力电池进行加热的导电膜作为电路的一部分，创新的设计出主被动均衡和加热的复合电路。

【技术实现步骤摘要】
基于电感和导电膜的动力电池均衡与加热复合电路
本专利技术属于动力电池电量均衡
，尤其涉及一种基于电感和导电膜的动力电池均衡与加热复合电路。
技术介绍
均衡电路有主动均衡和被动均衡两种方式，主要考虑电池单体之间的电量均衡问题，但是忽略了电量均衡过程中产生的热量。主动均衡形成的电流较大，电池内部产生的热量较多，但是这些热量并没有被合理利用。被动均衡主要通过耗能电阻对高电量电池进行放电，耗能电阻产生的热量直接散发到空气中，造成能源浪费。而动力电池在低温环境中，由于电解液粘度会变大，离子传导速度变慢，造成外电路电子迁移速度不匹配，因此电池出现严重极化，导致充放电容量急剧降低。低温环境中锂离子很容易在负极表面形成锂枝晶，严重时可能刺穿正负电解液隔膜，导致电池爆炸，同时锂电池的内阻抗也会在低温环境中增大，进而降低锂电池的性能。因此，本申请提出一种具有均衡电量和加热功能的复合电路，将电量均衡过程中产生的热量充分利用，避免能量浪费的同时对低温环境中的电池进行加热，提高电池的性能。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于电感和导电膜的动力电池均衡与加热复合电路。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：一种基于电感和导电膜的动力电池均衡与加热复合电路，其特征在于，该电路包括均衡子电路和加热子电路；所述均衡子电路包括多个均衡单元，每个均衡单元均包括电池单体、储能电感、开关和二极管；每个均衡单元的电池单体、储能电感和开关串联，二极管与开关并联；上一个均衡单元的储能电感与下一个均衡单元的电池单体、储能电感和开关串联；加热子电路包括导电膜和多个与均衡单元数量相同的加热单元；每个加热单元包括两个开关，通过两个开关将导电膜与对应均衡单元的开关并联；导电膜包覆在动力电池表面。所述导电膜为石墨烯电热膜或宽线金属膜。所述开关为MOS管或IGBT。常温下当电池单体之间的压差大于或等于主被动均衡压差阈值时，打开高电量电池单体所在均衡单元的开关，将高电量电池单体多余的电量转移至该均衡单元的储能电感上，然后关闭高电量电池单体所在均衡单元的开关，打开低电量电池单体所在均衡单元的开关，将多余的电量转移至低电量电池单体上；以主动均衡频率重复前述操作，实现电路的主动均衡功能；常温下当单体电池之间的压差小于主被动均衡压差阈值时，打开高电量电池单体与导电膜之间的开关，将高电量的电池单体的多余电量转移至导电膜上；以被动均衡频率重复前述操作，实现电路的被动均衡功能；当环境温度低于零摄氏度，且电池单体之间的压差大于或等于加热压差阈值时，打开高电量电池单体与导电膜之间的开关，对高电量电池单体进行脉冲放电，多余的电量转移至导电膜上；以加热频率重复前述操作，导电膜生热对动力电池加热，实现电路的均衡与加热功能；当环境温度低于零摄氏度，且电池单体之间的压差小于加热压差阈值时，打开加热子电路两端的开关，将所有电池单体作为整体与导电膜串联，对所有电池单体进行脉冲放电；以加热频率重复前述操作，导电膜生热对动力电池加热，实现电路的加热功能。所述主被动均衡压差阈值为0.03V。所述加热压差阈值为0.01V。所述主动均衡频率大于或等于1000Hz。所述被动均衡频率和加热频率均大于或等于200Hz。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用储能电感和对动力电池进行加热的导电膜作为电路的一部分，创新的设计出主被动均衡和加热的复合电路，在不增加外部设备的情况下，解决了现有技术存在的问题，将均衡电路和加热电路融合，既能均衡电量又能利用均衡过程中产生的热量对低温环境中的动力电池进行加热，提高动力电池的性能，保证动力电池正常工作。控制系统只需要获取电池单体的电压以及动力电池的温度信息，合理选择电路的功能，实现均衡和加热功能之间的协调，提高均衡和加热效率，不仅成本低，而且实现方式简单可靠。附图说明图1为本专利技术的电路图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但不用于限定本专利技术保护的范围。本专利技术为一种基于电感和导电膜的动力电池均衡与加热复合电路(简称电路)，包括均衡子电路和加热子电路；均衡子电路用于均衡电量，加热子电路用于对动力电池进行加热，提升动力电池的温度；动力电池包含串联的多个电池单体；均衡子电路包括多个均衡单元，每个均衡单元均包括电池单体BT、储能电感L、开关和二极管D；每个均衡单元的电池单体、储能电感和开关串联，二极管与开关并联；上一个均衡单元的储能电感与下一个均衡单元的电池单体、储能电感和开关串联，以此将均衡子电路的多个均衡单元依次串联，实现均衡子电路的拓展；加热子电路包括导电膜和多个与均衡单元数量相同的加热单元；每个加热单元包括两个开关，通过加热单元的两个开关将导电膜与对应均衡单元的开关并联；导电膜包覆在动力电池表面。储能电感作为能量中转部件；导电膜用于对动力电池进行外部低温加热以及电池单体低压差时的被动均衡。所述开关为MOS管、IGBT等。MOS管可以为N型或P型；当均衡单元的MOS管为N型时，每个均衡单元的N型MOS管的漏极与电池单体的正极、二极管的负极连接，N型MOS管的源极与储能电感、二极管的正极连接，N型MOS管的栅极与外部控制模块连接。均衡单元的MOS管为P型时，每个均衡单元的P型MOS管的源极与电池单体的正极、二极管的负极连接，P型MOS管的漏极与储能电感、二极管的正极连接，P型MOS管的栅极与外部控制模块连接。当加热单元的MOS管为N型时，则加热单元包含两个N型MOS管，其中一个N型MOS管的漏极与对应均衡单元的N型MOS管的漏极连接，一个N型MOS的源极和导电膜的一端连接，另一个N型MOS管的漏极与对应均衡单元的N型MOS管的源极连接，另一个N型MOS管的源极和导电膜的另一端连接。当加热单元包含两个P型MOS管时，其中一个P型MOS管的源极与对应均衡单元的P型MOS管的源极连接，一个P型MOS的漏极和导电膜的一端连接，另一个P型MOS管的源极与对应均衡单元的P型MOS管的漏极连接，另一个P型MOS管的漏极和导电膜的另一端连接。所述导电膜为石墨烯电热膜或宽线金属膜等。本专利技术的工作原理和工作过程是：a、常温下的电量均衡常温高压差主动均衡：当电池单体之间的压差较大(大于或等于0.03V)时，采用主动均衡，通过相应的储能电感转移电池单体的电量，最终实现各电池单体电量相等；即：打开高电量电池单体所在均衡单元的开关，将高电量电池单体的电量转移至该均衡单元的储能电感上，然后关闭高电量电池单体所在均衡单元的开关，打开低电量电池单体所在均衡单元的开关，使高电量电池单体所在均衡单元的储能电感与低电量电池单体所在均衡单元的电池单体、开关以及储能电感串联，进而将高电量电池单体上多余的电量转移至低电量电池单体上，然后当电感电流为零时，关闭低电量电池单体所在均衡单元的开关；以一定频率(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电感和导电膜的动力电池均衡与加热复合电路，其特征在于，该电路包括均衡子电路和加热子电路；所述均衡子电路包括多个均衡单元，每个均衡单元均包括电池单体、储能电感、开关和二极管；每个均衡单元的电池单体、储能电感和开关串联，二极管与开关并联；上一个均衡单元的储能电感与下一个均衡单元的电池单体、储能电感和开关串联；/n加热子电路包括导电膜和多个与均衡单元数量相同的加热单元；每个加热单元包括两个开关，通过两个开关将导电膜与对应均衡单元的开关并联；导电膜包覆在动力电池表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电感和导电膜的动力电池均衡与加热复合电路，其特征在于，该电路包括均衡子电路和加热子电路；所述均衡子电路包括多个均衡单元，每个均衡单元均包括电池单体、储能电感、开关和二极管；每个均衡单元的电池单体、储能电感和开关串联，二极管与开关并联；上一个均衡单元的储能电感与下一个均衡单元的电池单体、储能电感和开关串联；
加热子电路包括导电膜和多个与均衡单元数量相同的加热单元；每个加热单元包括两个开关，通过两个开关将导电膜与对应均衡单元的开关并联；导电膜包覆在动力电池表面。


2.根据权利要求1所述的基于电感和导电膜的动力电池均衡与加热复合电路，其特征在于，所述导电膜为石墨烯电热膜或宽线金属膜。


3.根据权利要求1所述的基于电感和导电膜的动力电池均衡与加热复合电路，其特征在于，所述开关为MOS管或IGBT。


4.根据权利要求1所述的基于电感和导电膜的动力电池均衡与加热复合电路，其特征在于，常温下当电池单体之间的压差大于或等于主被动均衡压差阈值时，打开高电量电池单体所在均衡单元的开关，将高电量电池单体多余的电量转移至该均衡单元的储能电感上，然后关闭高电量电池单体所在均衡单元的开关，打开低电量电池单体所在均衡单元的开关，将多余的电量转移至低电量电池单体上；以主动均衡频率重复前述操作，实现电路的主动均衡功能；
常温下当单体电池之间的压差...

【专利技术属性】
技术研发人员：张闯，张梁，熊瑞，张奎，窦海明，赵福鑫，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12