[发明专利]一种锂离子储能电池电压均衡方法及其电路

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子储能电池技术领域，具体涉及一种锂离子储能电池电压均衡方法及其电路。

背景技术

锂离子单体工作电压为3.7V或3.2V，单体电压较低，为了满足储能系统电压和容量的要求，一般将电池单体串联起来。但由于锂离子单体在内阻、自放电率、荷电状态、端电压等方面存在个体差异，长时间运行会造成单体的容量不同，严重影响电池组的效率，因此对电池组各单体的容量均衡是保证电池组长期高效运行的关键技术。

现有技术中，锂离子容量均衡的方法主要有电阻消耗法、开关电容法、多绕组变压器法、开关电感法、多模块开关均衡法、DC/DC变流器法等。如公开号为CN102593888A的申请文件公开的蓄电池均衡充放电控制系统，每个蓄电池单体通过一个开关与电阻连接，当检测到某个蓄电池单体电压过高，CPU控制开关导通使它对电阻放电，这种结构放电速度快、简单、成本低，但缺点也很明显，能量消耗大，效率低。公开号为CN102496976A的申请文件公开的串联锂电池均衡充电装置，设计通过多绕组正激变压器转移单体电池过多能量的办法，每个电池单体通过MOSFET开关管与变压器一个绕组相连，当该电池单体电压过高，单片机控制MOSFET管开关工作，通过正激变换器将过高的能量转移到变换器与副边绕组相连的能量低的单体中，实现能量的转移。该均衡方法不消耗能量，但是也存在一些缺点，如设计多绕组正激变压器难度大，变压器原、副边通过磁耦合来传递能量，在实际应用中过多的副边绕组在无反馈控制下各自输出电压容易受到负载的影响，很难做到输出电压一致性，并且变压器体积和重量较大，不利于集成，难以得到实质应用。公开号为CN102201682A的申请文件公开的电池管理系统，其中的电池均衡模块采用了开关电感均衡法，两节电池与开关电感电路相连接，通过控制开关管T11、T12，在开关周期内对电感L的充电以及放电的方法来实现电池多余能量的转移。具体实现方法是，在开关周期中，开关导通时电池1向电感充电，电感储能，开关关断时，电感的能量通过二极管向电池2放电，该电路仅靠电感进行能量传递，并且只有在开关关断状态下才向负载输出电流，因此电路工作效率不高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种运用锂离子电池组双向DC/DC变流均衡法，电路拓扑机构简单易于集成、能耗小、工作效率高、可快速实现电池组电压均衡的电路及均衡方法。

为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明的一种锂离子储能电池电压均衡电路，包括至少有第一单体电池和第二单体电池串联的电池组、电性连接各单体电池的电压采样电路、可控制电压采样电路及接收其反馈数据的DSP电路和由DSP电路控制的双向DC/DC变流电路，针对N节单体电池，双向DC/DC变流电路包括有N-1个均衡单元，均衡单元包括第一单体电池、第二单体电池、第一N-MOS型场效应管、第二N-MOS场效应管、第一二极管、第二二极管、第一电感、第二电感和电容，第一单体电池的负极与第二单体电池的正极相连串接，第一单体电池的正极连接第一电感的一端，第一电感的另一端连接第一N-MOS型场效应管的漏极，第一N-MOS型场效应管的源极连接第一单体电池的负极，第二单体电池的负极连接第二电感的一端，第二电感的另一端连接第二场效应管的漏极，第二N-MOS型场效应管的源极连接第二单体电池的正极，第一二极管的负极和正极分别连接第一N-MOS型场效应管的源极和漏极，第二二极管的负极和正极分别连接第二N-MOS型场效应管的源极和漏极。电路结构简单容易实现，开关频率高，大大减小了储能元件电感、电容的体积，减小了PCB板的面积，容易模块化。采用上述均衡单元的双向DC/DC变流电路可实现双向电流流动控制，在锂电池组充电或放电都可快速的实现电池电压均衡。

所述均衡单元的电容，两端分别连接第一N-MOS型场效应管的漏极和第二N-MOS型场效应管的源极。电容C起储能，并且作为平波，保持输出电压的稳定。同时均衡单元通过电容C作为输入和输出电压隔离，抑制电磁干扰。

进一步，所述第一N-MOS型场效应管内部集成上述第一二极管，第二N-MOS场效应管内部集成上述第二二极管，电子元件体积更小，容易集成于PCB电路中。

一种锂离子储能电池电压均衡电路的均衡方法，应用于上述锂离子储能电池电压均衡电路，包括如下步骤：

步骤S1：电压采样电路实时监测电池组的各单体电池信息；

步骤S2：DSP电路根据电压采样电路采集的电池信息确定需均衡的单体电池，即比较相邻单体电池的电压。