[发明专利]一种应用于动力电池的主被动结合型混合均衡电路

说明书

本发明公开了一种应用于动力电池的主被动结合型混合均衡电路。本发明包括底层被动均衡电路、中间层基于多绕组能量直接转移的主动均衡电路、上层基于多变压器的主动均衡电路。底层电路包括多个被动均衡器；中间层电路包括多个多绕组均衡器，每个多绕组均衡器包括多个单绕组均衡器；上层电路包括多个双向反激变换均衡器，每个双向反激变换均衡器包括一个原、副边侧电路。多个原边侧电路并联，正极接第一个多绕组均衡器的正极，负极接最后一个多绕组均衡器的负极。多个副边侧电路串联，每个副边侧电路接对应的单绕组均衡器。本发明通过三个层次的均衡电路的协同工作，在保证均衡效率与均衡速度的前提下，实现了电池组的所有电池剩余能量相同。

技术领域

本发明属于电池管理技术领域，涉及到电路与系统控制技术，特别是涉及到一种应用于动力电池的主被动结合型混合均衡电路。

背景技术

动力电池作为新能源汽车的核心部件与动力源泉，在新能源汽车产业链上占据着重要位置。由于电池在生产制造以及使用过程中的差异，电池组中的单体电池之间存在着不一致性。这些不一致必然会导致电池包的可用容量的损失，最终造成寿命下降，甚至造成安全隐患。有数据说明，单体电池的容量有百分之二十的差异，电池包会有百分之四十的容量损失。为了确保动力电池组的安全性以及延长其使用寿命，需要一个功能完善的电池管理系统。

作为BMS中的核心部分，电池均衡技术对锂电池的性能提升有着重要的意义。目前主流的电池均衡方案主要有两种：被动均衡，主动均衡。

被动均衡：被动均衡使利用控制对每一节电池能量的旁路消耗，使能量高的电池通过各自独立的放电电路释放多余的电量，最终使得串联电池组中每个电池实现能量均衡的目的，是目前市场上商业领域采用最多的均衡方式。被动均衡的实现结构一般都相对简单，但是效率低，一般都以电池组中能量最少的单体电池作为基准放电，因此造成了极大的能量损耗，往往伴随着局部发热严重的问题，因此对电池组热均衡系统要求更高。近年来这类被动均衡方式正在慢慢地往芯片集成化的方向发展。

主动均衡：主动均衡的实现原理是将串联电池组中能量较高的单体电池的能量转移到容量较低的单体电池中。这种电路一般通过特殊的电容、电感或变压器的组合电路实现，根据实现原理的不同方案对应的主动均衡电路也大相庭径，但是普遍结构都比较复杂，因此在应用于较大规模的电池组的情况下实现比较困难。因为主动均衡中各个串联电池单元的电量都各有升降变化，原来的算法策略控制难度也变得更大。又因为这种均衡方式并不是简单的消耗掉高电量的单体电池的能量，而是将高于平均电量的部分转移到低于平均电量的电池单体，很大程度上减少了能量的损耗，故也称无损均衡，是当前领域学术研究的主要对象。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，对传统的DC-DC拓扑进行改良，并将主动均衡与被动均衡结合起来，提供一种能够加快电池组能量均衡的速度，提高能量均衡的效率，最终使电池单体之间的不一致性保持在合理范围内的一种应用于动力电池的主被动结合型混合均衡电路。

本发明包括底层被动均衡电路、中间层基于多绕组能量直接转移的主动均衡电路、上层基于多变压器的主动均衡电路。

所述的底层被动均衡电路包括m组被动均衡器，每组包括n个被动均衡器，其中k个为正向绕组被动均衡器，另外n-k个为反向绕组被动均衡器；每个正向绕组被动均衡器包括一个NMOS管和一个电阻器：第一NMOS管Q₁的漏极接第一电阻器R₁的一端；每个反向绕组被动均衡器包括一个NMOS管和一个电阻器：第二NMOS管Q₂的漏极接第二电阻器R₂的一端。

所述的中间层基于多绕组能量直接转移的主动均衡电路，包括m个多绕组均衡器，每个多绕组均衡器包括n个单绕组均衡器，其中k个为正向绕组均衡器，另外n-k个为反向绕组均衡器。