[发明专利]一种动力锂离子电池模块的主动均衡电路及其均衡方法

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车电池管理技术领域，涉及一种动力锂离子电池模块充放电均衡电路及其控制方法。

背景技术

电动汽车用动力电池模块由单体锂离子电池串联而成，由于单体锂离子电池性能存在不一致性，在充放电时会出现单体电压不一致，从而影响和制约着整个电池模块的充放电能力。在工作中只要有一个单体电池达到充放电电压极限，整个电池模块就要停止充放电，否则单体电池会发生过充或过放，严重影响其寿命。对单体电池的有效均衡可以更好的发挥电池性能，延长使用寿命。

现有的均衡分为两种：一种是被动均衡，也称为能耗型均衡，通常采用在单体电池两端并联电阻的方式，通过电阻将电能转换成热能，来达到电压平衡，既消耗了电池模块的能量，又给电池热管理带来了困难，而且效率低下。另一种是主动均衡，也即非能耗性均衡，按能量转换元件类型可以分为电容均衡，电感均衡，变压器均衡，双向DC-DC均衡等四种。电容均衡电流不易控制，开关管分压也造成均衡效果不明显；电感均衡只能在相邻的单体电池间进行，结构复杂，均衡速度受限制；变压器均衡有磁饱和和结构复杂的问题；现有双向DC-DC均衡也存在各种设计和效率上的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动汽车动力锂离子电池模块充放电非耗能型均衡电路和均衡方法，以克服现有电路存在的上述不足。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种动力锂离子电池模块主动均衡电路，包括锂离子电池组、充放电开关组单元，充放电总线单元，能量转移电路和均衡控制器；所述锂离子电池组包含一个以上的锂离子单体电池，通过所述充放电开关组单元连接到所述充放电总线单元上；所述能量转移电路两侧分别与所述充放电总线单元相连；所述均衡控制器分别与所述能量转移单元、所述开关组单元及所述锂离子电池组相连，以控制所述开关组单元选通所需充放电的锂离子单体电池到所述能量转移电路中并进行充放电。

所述充放电开关组单元包含开关数目均等于所述锂离子电池组中锂离子单体电池数目的充电选通开关组和放电选通开关组，且所述充电选通开关组和所述放电选通开关组中的开关均与所述锂离子单体电池一一对应连接。

所述充放电总线单元包括充电总线和放电总线；所述能量转移电路包括电容C、二极管D1和D2、电感L1和L2、以及控制开关SW1、SW2、SW3和SW4；所述电容C通过所述二极管D1后与所述电感L1并联，所述二极管D1的正极与所述电容C相连；所述控制开关SW1和SW2的一端分别与所述电感L1的两端相连，另一端与所述放电总线相连；所述控制开关SW3和SW4的一端分别连接到所述电容C的两端，另一端分别连接到所述电感L2的两端；所述电感L2通过所述二极管D2后连接到所述充电总线上，所述二极管D2的正极与所述电感L2相连。

所述开关组单元、所述充放电总线单元、所述能量转移电路和所述均衡控制器集成在一个IC微处理器中。

所述控制开关由一个MOSFET管和一个导通电压为0.2～0.3V的二极管组成，所述二极管与所述MOSFET管内寄生二极管的极性相反。

所述MOSFET管采用高侧驱动方式驱动。

一种用于上述动力锂离子电池模块主动均衡电路的均衡方法，包括以下步骤：

（1）实时检测并比较各单体电池的端电压，计算目标单体电压，将端电压最低的单体电池连接到所述充电总线上；将端电压最高的单体电池连接到所述放电总线上；

（2）控制所述控制开关的开启和关闭，进行主动均衡；

（3）实时监测正在均衡的两个单体电池的电压是否达到目标单体电压值，如果是则关断四个控制开关；如果不是则不动作；

（4）检测是否还有其他单体电压不一致，如果有则返回步骤（1）进行新的循环；如果没有则关闭所述开关组单元，系统进入低功耗状态。

所述步骤（2）中的主动均衡过程包括以下步骤：

（21）开启放电侧的控制开关；

（22）当放电侧电感的电流等于需求值时，关断放电侧控制开关；

（23）开启充电侧控制开关；

（24）关闭充电侧开关；

（25）开启放电侧控制开关，并返回步骤（22）。

所述步骤（22）中需求值为与所述锂离子电池的容量相关的经验值。

所述步骤（23）和所述步骤（25）之前还包括延时过程。