[发明专利]基于电容网络的均衡装置、可级联均衡电池组及控制方法

说明书

本发明公开一种基于电容网络的均衡装置、可级联均衡电池组及控制方法，用于电池组均衡控制，电池组由n个电池单元串联连接组成；均衡电路包括：n个半桥电路，每一半桥电路并联连接于电池单元两端，每一所述半桥电路的中点并联连接一对应的开关电容，每一所述半桥电路包括串联连接的二开关管；一储能电容网络，包括由开关电容串联组成的基本储能电容网络；一链式驱动电容网络，一端电性连接所述半桥电路或储能电容网络，另一端电性连接一驱动脉冲发生器，驱动脉冲发生器电性连接链式驱动电容网络；一控制逻辑电路，电性连接电池组、驱动脉冲发生器及一主控板。采用上述方案本发明的均衡装置均衡效果突出，性能可靠，通用性强且可扩展性强。

技术领域

本发明属于充电控制技术领域，尤其涉及一种基于电容网络的电池组均衡装置、可级联均衡电池组及控制方法。

背景技术

目前电动设备，如电动汽车和汽车启动电瓶等，广泛应用于市场，电动设备基于可充放电的串联电池组，尤其是高低压、大电流动力铅酸电池组和锂电池组。电池供电的设备为获得一定输出电压和功率，通常由多个电池单元串并联而成，但是由于电池单元容量有差异，串联充电时不能同时充满电，放电时不能同时完全放电，造成电池组可使用容量下降，随着电池老化，单元不均衡现象更为突出。以往铅酸电池时代，电池组使用时充放电不频繁，电池单元不均衡对电池组影响不严重，需求不迫切，研究不多。而随着电动汽车的出现，使电池组用途发生变化，需要频繁、深度充放电，对均衡技术领域需求猛增。

在充电过程中，为了使每个单元电芯充满电，通常采用充电均衡电路，在电池单元接近充满电时，降低高电压单元充电电流或放电，减缓充电速度，延长充电时间，使低电压单元获得更多电量，直至同时充电至充电截止电压；在使用电池放电过程中，为了使每个电池单元完全放电，通常使用有源器件(active component，也称主动元件)均衡电路，用高电压电池单元或电池组能量为低电压电池单元充电，使所有电池单元同时完全放电，提高可使用容量。

已有技术中电池组一般采用无源器件(passive component，也称被动器件)，如功率电阻放电实现均衡。充电过程中，当每个电芯单元充电电压高于一定值时，通过电阻分流充电电压过高的电池单元，使充电电压较低的电池单元继续充电，直至同时充电至充电截止电压。这种电路一是发热，二是消耗能量，一般只用于充电均衡，同时由于电流不能过大，均衡能力有限，均衡充电时间长，效果不理想；也有采用有源器件充放电均衡电路，如开关电容法、开关电感法、多模块开关选择法、多绕组变压器均衡法、双向DC-DC变流器法等等，其中开关电容法体积小、重量轻、成本低，发热低，电磁兼容性好，性能可靠，尤其值得研究。但是，开关电容法均衡电路结构中储能电容的开关控制部分比较复杂，由于被驱动开关电路直流电平不一，有些专利技术仅仅停留在采用计算机软件模拟驱动，并没有实现实际电路应用。传统技术中，主要采用单片机输出控制信号，由光耦或脉冲变压器耦合应对电平移动驱动MOSFET开关，实现均衡功能；也有采用机械开关如继电器来实现电平移动和开关，却存在工作频率低、均衡效率低、体积大、成本高等缺点。

发明内容

为解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于电容网络的均衡装置、可级联均衡电池组及控制方法，采用链式结构的驱动电容网络实现电平移动和驱动功能，实现并简化了储能电容网络和半桥电路的开关控制，同时具备级联均衡特性，适用于电池组内单元电压电芯单元间均衡，也适应于高电压电池组单元组成的长串电池组的电池组单元级间均衡。

为实现上述目的，一方面，本发明公开了一种用于电池组的基于电容网络的均衡装置，用于对电池组进行均衡控制，所述电池组包括n个串联连接的电池单元B1、B2、……、Bn，所述均衡电路包括：

n个半桥电路，每一半桥电路并联连接于所述电池单元两端，每一所述半桥电路包括串联连接的二开关管，所述开关管采用二极管、场效应管MOSFET或IGBT中任一项或其组合，组成储能电容的开关网络。