[发明专利]一种电池模组中电池单体的电压均衡电路及方法

说明书

本发明公开了一种电池模组中电池单体的电压均衡电路及方法。电池模组包含n个依次串联的单体电池，n个单体电池依次分成n/4个电池单组；每个电池单组内的4个电池单体平分成2个电池单元，每个电池单元由2个相邻的电池单体组成，这相邻的2个电池单元共享1个CUK变换器均衡电路；每个电池单元内的2个电池单体共享1个电感作为主动均衡电感；每个电池单组由每2个电池单元组成，电池单组与整个电池模组配置1个变压器均衡。本发明变压器原边绕组的数量为原来数量的1/4，均衡电阻数量只有现有方案的一半，变压器均衡和CUK变换器均衡是以能量转移的方式来实现的主动均衡，均衡过程中几乎没有能量损失，大大提高了电池均衡的效率和能量利用率。

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池模组中电池单体的电压均衡电路及方法。

背景技术

电池单组中单体电池在制造和使用过程中必然存在电压、容量、内阻等不一致，并且是一个不断累积的过程，时间越长单体电池之间产生的差异越大；并且锂离子电池单组还会受到使用环境的影响，在使用过程中单体电池的不一致性会被逐渐放大，从而导致某些单体电池性能加速衰减。

目前对电池的不一致性的解决方法是做电池均衡，即在循环使用过程中，以能量消耗或者转移的方式对电池单组内的单体能量适时进行平衡，从而降低单体发生过充过放的概率，消除放电深度差异对电池单组的不利影响，进而提高电池单组的整体能量利用率，延长电池循环寿命。

目前电池均衡方法主要分为被动均衡和主动均衡两大类，其中被动均衡分为电阻法和稳压管法两种，主动均衡主要包含电感法、电容法和变压器法三大类。

电阻均衡法，是通过均衡电阻发热消耗掉电压较高的电池单体电量达到电压均衡状态。相邻的单体电池不能同时开启均衡，也就是说，均衡开启的最多路数为总路数的一半，目的是避免均衡电流的相互干扰和均衡电路放电产生的热量过于集中，如图1所示。假设图中的3个电池单体B_n、B_n+1、B_n+2电压值均偏高，都需要开启均衡电路进行均衡，按电路设计方案，只能排个先后顺序进行均衡，比如先均衡间隔的2个电池单体B_n和B_n+2，最后均衡电池单体B_n+1。均衡具体步骤如下：首先，闭合开关K_n和K_n+2，固定电阻R_n和R_n+2开始均衡，电路中电流方向如图2所示；然后，断开开关K_n和K_n+2，闭合开关K_n+1，固定电阻R_n+1开始均衡，电路中电流方向如图3所示；最后，断开开关K_n+1，均衡完成。

CUK变换器均衡法，进行电池均衡时均衡放电和充电同时进行，均衡速度快，均衡能量转移效率高，但开关数量多，控制电路复杂；而且只能均衡相邻的2个电池单体，其均衡原理是利用单体电池之间的电压差进行能量转移均衡，故而在单体电压差较小时，均衡电流小，均衡效率低。CUK变换器均衡电路拓扑如图4所示。现假设第1个电池单体B₁相比第2个电池单体B₂电压较高，均衡步骤如下：

首先，功率开关管S_1-1中的MOS管Q_1-1导通，功率开关管S_1-2中的体二极管D_1-2反向截止，此时电池单体B₁流出的电流I₁使电感L_1-1储能；电容C₁放电电流I₂使电感L_1-2储能，并向电池单体B₂充电转移电量。第1个电池单体B₁的放电和第2个电池电池单体B₂的充电同时进行，能量双向流动。电流方向如图5所示。