[发明专利]一种能量总线型电池均衡电路

说明书

技术领域

本发明涉及充电电池及其管理系统。

背景技术

无容置疑，电动汽车、电动单车等，因具有零排放、绿色环保的绝对优势必将成为下一代汽车的发展方向。无论是以上纯电动车还是混合动力车，都对可重复使用的可充电式动力电池提出了很高的要求。

从电池容量、寿命、能量密度等指标可以看出，锂离子动力电池已经成为下一代电动车动力电池的首选，但这种电池却具有一个发展瓶颈。

因每个单体电池电压很低(仅几伏以内)，应用在电动车上时必须串联多个单体电池以达到数十伏到数百伏电压。又因为生产这种单体电池的性能指标不可能完全一致，那么在串联使用时，性能稍弱的电池就制约了这个电池组的性能发挥，而且性能弱的电池在应用中总是处于极限运用状态，致使其性能越来越差，最终导致整个电池组性能迅速恶化。试验证明，锂离子动力电池在成组运用时的寿命大幅度下降，只有单体电池寿命的1/3-1/5。因此，如何提高动力电池成组运用时的寿命就成为了动力车能否真正推广的关键性技术。

目前锂离子电池组均衡控制的技术中，根据均衡过程中电路对能量的消耗情况，可以分为能量耗散型和能量非耗散型两大类。能量耗散型是将多余的能量全部以热量的方式消耗，这不仅导致能量浪费，而且所产生的热量给电池组的热管理带来大问题，连接线也很多，但目前因原理简单而被大量采用；非耗散型是将某电池多余的能量转移到电池系统中，例如通过电感或电容器在能量富余的电池上取的一定的能量后通过一套切换矩阵转移到能量欠缺的电池上充电，这种方式能量转移结构极为复杂，可靠性很低，成本很高，故没有被采用；另一种通过变压器从电池系统中采用开关电源的原理将总能量的一部分转移到部分电池上，电路结构稍微简单但却不能实现电池能量直接从富余的电池转移到欠缺的电池，而是强迫整个电池系统放电去补充能量低的电池，显然这样将强制增加电池系统的放电时间，减低电池系统的使用寿命。

以上就是现有处理技术，总结其缺点如下：

(1)线路多，结构复杂，不利于标准化、模块化，可靠性低；

(2)热管理问题突出，非绿色环保(对能量耗散型技术)；

(3)本来电池组中均衡的要求是，有的电池能量欠缺、有的是能量富余，应该将能量从富余的电池转移到欠缺的电池中，但是现有技术中几乎都是将富余的能量补充到电池组所有电池中，这样将减低电池系统的使用寿命，若企图采取个别转移方式则电路控制机构极为复杂；

(4)均衡电流不可控或不便于控制，不利于根据不同电池的欠缺或富余程度采取不同的均衡强度，对电池性能优化不利。

对于超级电容亦可视为一种充电电池，在成组运用时同样存在类似均衡问题。

对于太阳能电池，目前也同样存在串联时不均衡难题，直接降低了太阳能发电量。

发明内容

鉴于上述，本发明提供一种实现电池系统中能量可控且高效动态转移的均衡能量总线型电池均衡电路。

本发明提供的能量总线型电池均衡电路，由若干能量总线型电池均衡电路单元组成，其特征在于：

所述能量总线型电池均衡电路单元由电池、电压采样电路、电流采样电路、嵌入式处理模块、能量可控收发电路和隔离脉冲变压器组成；

所述嵌入式处理模块与电压采样电路、电流采样电路、能量可控收发电路连接，能量可控收发电路与该电池两极通过电流采样电路相连，并与该隔离脉冲变压器的初级连接，该隔离脉冲变压器次级为能量总线端口，用于输出和输入能量脉冲，且该隔离脉冲变压器的该初级、次级绕组互相隔离；

所述嵌入式处理模块通过控制所述能量可控收发电路处于发送状态，将本单元电池能量以脉冲形式发送到该能量总线端口，并通过其脉冲宽度和脉冲串的脉冲个数来控制发送不同强度的能量；或者通过控制所述能量可控收发电路处于接收状态，以从该能量总线端口接收能量脉冲补充到本单元电池中，并通过接收的脉冲宽度和脉冲串的脉冲个数来控制接收不同强度的能量；所述嵌入式处理模块通过电压采样电路获取电压采样值、并通过电流采样电路获取电流采样值以测量和计算本单元电池输出和输入的能量；

若干以上所述的能量总线型电池均衡电路单元以下列方式组成电池系统：所述电池以正、负极首尾串联方式连接以得到电池电压相加的电池系统总电压，而所述能量总线端口均以并联方式连接，成为能量总线；

所述电池系统中具有电池富余能量的所述能量总线型电池均衡电路单元的能量由本单元的所述嵌入式处理模块控制所述能量可控收发电路处于发送状态，以脉冲形式发送到所述能量总线上；