一种锂电池组主动电荷均衡系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种锂电池组主动电荷均衡系统，微控制器控制多路复用器，将锂电池组内的每节电芯依次连接到差动运算放大器的输入端；差动运算放大器将每节电芯的电压信号进行调整，并通过模数转换器将电压信号转换为数字信号，最后传送给微控制器；微控制器将每节电芯的电压相比较，选出电压较低的电芯；微控制器通过控制信号来使能电压较低的电芯所对应的均衡控制模块工作；脉宽调制器根据信号反馈模块的输出电流和电压信号调整输出脉冲宽度，以控制输出电流和电压对电芯进行充电；对电芯充电按照先恒流后恒压的顺序进行；电芯电压达到一定的值之后，微控制器关闭该均衡控制模块；循环上述步骤。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及锂电池组均衡技术。
技术介绍
单体电池的电压和容量无法满足实际需求，电动车上往往将数节电池串联使用，电动汽车中锂电池的数量可达数百节。单体锂电池的循环寿命一般能达到几千次，但是由于锂电池间的不一致性，串联电池组很难达到这个水平，电池串联使用时，充电效率、放电能力等也会受到影响。目前的电池制造技术，尤其是锂电池制造技术很难做到一致性好，因 此串联电池组非常有必要做均衡处理，以提高电池组性能，延长电池组使用寿命。耗能式均衡方案是采用电阻并联分流均衡，通过电阻分流来消耗过多能量。在充电时，通过单体电池的电压检测，当某节单体电池达到电压上限时，导通与其并联的电阻均衡装置的开关，使该节电池和电阻形成一个放电通路，将多余的能量在电阻上转化成热能，来防止该节电池过充，未充满的电池仍可继续充电。该方法会带来能量损耗，发热大，对于大容量的电池组，或者电池之间相差较大的电池组中不适合，效率较低，同时不适合快速充电系统。非耗能式均衡中利用电容、电感作为中间储能元件，将各单体电池上的电量进行转移，该方案实际应用中电能转移效率不高，不适合串联节数较多的电池组中。此外，电容、电感为非线性器件，储能过程中电流与电压不成比例，尤其是电容将对选通开关的寿命有较大影响。这种方案还存在抗干扰能力了低、控制难、成本高等缺点。中国专利200820133032. 9公开了一种串联电池组均衡管理系统，双端继电器常开触点分别接在单体电源两端，常闭端与相邻继电器常闭端相连，控制端与选通电路连接。这种方法的缺点是，当继电器老化出现触点粘结情况时，选通另一组继电器时出现单体电池短路的严重后果。中国专利02127989. 6公开了一种对蓄电池进行分只充电均衡的方案，通过继电器的切换分别对没有充满的电池进行充电，直至每节电池充满为止。这种方法有以下一些缺点，第一是充电效率低；第二是成本高，尤其是大电流充电时，大电流的继电器较贵，且系统的寿命较低；第三是安全性较低，在这么多的继电器中假如有两个继电器发生故障(比如触电粘结)，这样就把串联的电池又并联在一起使电池发生短路、着火、爆炸等事故，存在较大的安全隐患。中国专利2006101571109. I公开了一种动力电池组电压均衡管理装置，系统中通过充电选通模块和放电选通模块对电压最高和电压最低的电池经行分别选通，中间通过隔离DC-DC模块连接，充放电时把电压高的电池的能量搬移到电压较低的电池中，最终实现充放电时所有电池电压一致。该方案中电路系统要同时控制充电选通和放电选通模块，这样控制较为复杂，成本较高。系统中任意一个选通开关出现问题都会对电池带来短路的危险，安全性较低，也没有解决采用继电器作为选通开关带来的安全隐患，这将大大降低均衡系统的稳定性和可靠性。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种锂电池组主动电荷均衡系统，利用CMOS开关电路代替传统的继电器来控制对单体电池的充电，CMOS开关电路具有功耗低、成本低、使用寿命长等优点，可有效降低生产成本。为解决上述技术问题，本技术的技术方案是一种锂电池组主动电荷均衡系统，所述锂电池组由N节电芯串联而成，N彡1，每节所述电芯两端分别与多路复用器连接，所述多路复用器依次通过差动放大器、数模转换器后与微控制器连接；所述微控制器分别通过一个均衡控制模块与每一节电芯连接；所述均衡控制模块包括脉宽调制器、变压器、NMOS管、信号反馈模块，所述锂电池组与所述变压器主边线圈、NMOS管顺序串联成回路，所述变压器副边线圈通过二极管与对应的一节电芯串联；所述变压器副边线圈的输出信号通过所述信号反馈模块传递到所述脉宽控制器，所述微控制器通过所述脉宽控制器控制所述NMOS管的导通。作为改进，所述锂电池组的正极与变压器主边线圈的一端连接，变压器主边线圈 另一端与NMOS管漏极连接，NMOS管源极与锂电池组负极连接，脉宽调制器与NMOS管的栅极连接。本技术与现有技术相比所带来的有益效果是作为选通的开关，NMOS开关电路以MOSFET为核心，其使用寿命远远长于继电器的寿命，且体积比一般的继电器要小，成本也较低；NM0S开关电路驱动电流小、体积小，每组开关的驱动功率小于O. Iff,比普通继电器的驱动功率要小得多。附图说明图I为本专利技术结构框架图。图2为电池组状态监测部分图。图3为均衡控制部分图。图4为均衡控制模块结构示意图。具体实施方式下面结合说明书附图对本技术作进一步说明。如图I至4所示，一种锂电池组主动电荷均衡系统，所述锂电池组由N节电芯串联而成，N ^ 1，每节所述电芯两端分别与多路复用器连接，所述多路复用器依次通过差动放大器、数模转换器后与微控制器连接；所述微控制器分别通过一个均衡控制模块与每一节电芯连接；所述均衡控制模块包括脉宽调制器、变压器、NMOS管、信号反馈模块，所述锂电池组与所述变压器主边线圈、NMOS管顺序串联成回路，所述变压器副边线圈通过二极管与对应的一节电芯串联；所述变压器副边线圈的输出信号通过所述信号反馈模块传递到所述脉宽控制器，所述微控制器通过所述脉宽控制器控制所述NMOS管的导通。如图I所示，本专利技术控制方法如下(I)微控制器控制多路复用器，将锂电池组内的每节电芯依次连接到差动运算放大器的输入端；(2)差动运算放大器将每节电芯的电压信号进行调整，并通过模数转换器将电压信号转换为数字信号，最后传送给微控制器；(3)微控制器将每节电芯的电压相比较，选出电压较低的电芯；(4)微控制器通过控制信号来使能电压较低的电芯所对应的均衡控制模块工作；所述均衡控制模块包括脉宽调制器、变压器、 OS管、信号反馈模块，所述锂电池组与所述变压器主边线圈、NMOS管顺序串联成回路，所述变压器副边线圈通过二极管与对应的一节电芯串联；所述变压器副边线圈的输出信号通过所述信号反馈模块传递到所述脉宽控制器，所述微控制器通过所述脉宽控制器控制所述NMOS管的导通；(5)脉宽调制器根据信号反馈模块的输出电流和电压信号调整输出脉冲宽度，以控制输出电流和电压对电芯进行充电；对电芯充电按照先恒流后恒压的顺序进行；(6)电芯电压达到一定的值之后，微控制器关闭该均衡控制模块； (7)循环上述步骤(3) (6)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池组主动电荷均衡系统，其特征在于：所述锂电池组由N节电芯串联而成，N≥1，每节所述电芯两端分别与多路复用器连接，所述多路复用器依次通过差动放大器、数模转换器后与微控制器连接；所述微控制器分别通过一个均衡控制模块与每一节电芯连接；所述均衡控制模块包括脉宽调制器、变压器、NMOS管、信号反馈模块，所述锂电池组与所述变压器主边线圈、NMOS管顺序串联成回路，所述变压器副边线圈通过二极管与对应的一节电芯串联；所述变压器副边线圈的输出信号通过所述信号反馈模块传递到所述脉宽控制器，所述微控制器通过所述脉宽控制器控制所述NMOS管的导通。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池组主动电荷均衡系统，其特征在于所述锂电池组由N节电芯串联而成，N ≥ 1，每节所述电芯两端分别与多路复用器连接，所述多路复用器依次通过差动放大器、数模转换器后与微控制器连接；所述微控制器分别通过一个均衡控制模块与每一节电芯连接；所述均衡控制模块包括脉宽调制器、变压器、NMOS管、信号反馈模块，所述锂电池组与所述变压器主边线圈、 OS管顺序串联成回路，所述变压器副边...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘培德，王大瑞，刘宝忠，张志贤，苏哲锋，
申请(专利权)人：德龙伟创科技深圳有限公司，苏哲锋，
类型：实用新型
国别省市：