定稿发明串联蓄电池组的主动被动协同混合均衡电路及均衡方法文档格式.docx
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同时,在充电均衡过程中,多余的能量是作为热量释放掉的,使得整个系统的效率低、功耗高。
有些场合为限制功耗,电路一般只允许以100mA左右的小电流放电,从而导致充电平衡耗时可高达几小时。
主动均衡硬件电路复杂,制作成本较高,且需要一套复杂的软件算法才能实现。
在使用电感均衡的过程中,由于电池组典型的电压因受到电感感性元件的影响,将对电芯电压产生波动或干扰,因此对电芯电压的采集要求极高;
主动均衡虽然均衡电流大,可以达到1A,甚至平均值可达到5A,但是均衡误差大,尤其是电池组进入恒压充电阶段,各电池单元电压很接近的时候,主动均衡的效果较差、均衡效率较低,不利于细分管理。
发明内容本发明的目的是提供一种串联蓄电池组的主动被动协同混合均衡电路及均衡方法,能够充分利用单一均衡方式的优点,弥补单一均衡方式的不足,实现了均衡效率的最优化。
本发明采用下述技术方案:
一种串联蓄电池组的主动被动协同混合均衡电路,所述的主动被动协同混合均衡电路包括主动均衡电路、被动均衡电路和控制芯片;
所述的主动均衡电路包含主动均衡驱动单元和多组用于控制相邻两个电池相互间充电的子主动均衡电路;
每组子主动均衡电路均包括两个功率放大驱动电路和两个mos管,每组子主动均衡电路中的第一功率放大驱动电路的输出端连接第一mos管的栅极,第一mos管采用N沟道mos管;
每组子主动均衡电路中的第二功率放大驱动电路的输出端连接第二mos管的栅极,第二mos管采用P沟道mos管;
第一mos管的源极连接所控制的相邻两个电池中的第一电池的负极,第一mos管的漏极连接第二mos管的源极,第二mos管的漏极连接所控制的相邻两个电池中的第二电池的正极,电感的第一端连接第一mos管的漏极,电感的第二端连接相邻两个电池中的第一电池的正极,第一mos管的源极和漏极间并联有第一二极管,第一二极管的正极连接第一mos管的源极;
第二mos管的源极和漏极间并联有第二二极管,第二二极管的正极连接第二mos管的源极;
控制芯片的信号输出端连接主动均衡驱动单元的信号输入端,主动均衡驱动单元的信号输出端分别连接每组子主动均衡电路中第一功率放大驱动电路和第二功率放大驱动电路的输入端;
所述的被动均衡电路包括被动均衡驱动单元、移位寄存器和多组用于控制每一个电池放电的子被动均衡电路;
每组子被动均衡电路均包括与所控制的电池串联的第三mos管和耗能电阻;
控制芯片的信号输出端连接被动均衡驱动单元的信号输入端,被动均衡驱动单元的信号输出端连接移位寄存器的信号输入端,移位寄存器的信号输出端分别连接每组子被动均衡电路中第三mos管的栅极。
所述的第一功率放大驱动电路和第二功率放大驱动电路均采用互补对称放大驱动电路,第一功率放大驱动电路包括第一三极管和第二三极管,第一三极管采用PNP型三级管,第二三极管采用NPN型三级管,第一三极管的基极和第二三极管的基极连接,第一三极管的集电极连接第二三极管的发射极,第一三极管的基极和第二三极管的基极共同通过第一电容连接第一mos管的栅极,第一三极管的发射极连接第一二极管的正极,第二三极管的集电极连接第二二极管的负极;
第二功率放大驱动电路包括第三三极管和第四三极管,第三三极管采用PNP型三级管,第四三极管采用NPN型三级管,第三三极管的基极和第四三极管的基极连接,第三三极管的集电极连接第四三极管的发射极,第三三极管的基极和第四三极管的基极共同通过第二电容连接第二mos管的栅极,第三三极管的发射极连接第一二极管的正极,第四三极管的集电极连接第二二极管的负极。
所述的主动均衡驱动单元的信号输出端分别通过反相器和光耦对应连接每组子主动均衡电路中第一功率放大驱动电路和第二功率放大驱动电路的输入端;
移位寄存器的信号输出端分别通过光耦对应连接每组子被动均衡电路中第三mos管的栅极。
利用权利要求1所述的串联蓄电池组的主动被动协同混合均衡电路的均衡方法,包括以下步骤:
A:
控制芯片通过电流检测设备检测串联电池组中的电流值,并与涓流充电电流门限值和涓流放电电流门限值进行比较,判断电池组处于放电阶段或是充电阶段,若测量到的电流值高于涓流放电电流门限值,则判断处于放电阶段,进入步骤B;
若测量到的电流值高于涓流充电电流门限值,则判断处于充电阶段,进入步骤C;
B:
控制芯片通过计算处于同一子主动均衡电路内的两块电池的电压差是否高于预设电压差门限值,判断电池组在放电过程中是否出现不均衡状态;
若电池组出现不均衡状态且控制芯片判断出某一块电池在放电过程中出现电压较低状况,则控制芯片控制主动均衡电路工作实现主动均衡,利用与电压较低的电池处于同一子主动均衡电路内的另一块电压较高的电池对电压较低的电池进行充电,直至整个电池组放电至欠压状态;
C:
控制芯片通过计算处于同一子主动均衡电路内的两块电池的电压差是否高于预设电压差门限值,判断电池组在充电过程中是否出现不均衡状态,若电池组在恒流充电阶段发生不均衡状态且控制芯片判断出某一块电池在恒流充电过程中出现电压较低状况,则进入步骤D;
若电池组处于恒压充电阶段且控制芯片判断出某一块电池在恒流充电过程中出现电压较高状况,则进入步骤E;
D:
控制芯片控制主动均衡电路工作实现主动均衡,利用与电压较低的电池处于同一子主动均衡电路内的另一块电压较高的电池对电压较低的电池进行充电,直至电压较低的电池电压达到过压点;
E:
控制芯片控制被动均衡电路工作实现被动均衡,利用与电压较高的电池连接的子被动均衡电路对电压较高的电池进行放电,直至电压较高的电池电压与电池组中其他电池电压一致。
所述的步骤B中,当电池组在放电过程中,若处于同一子主动均衡电路内的两块电池的电压差高于预设电压差门限值时,则判断电池组在放电过程中发生不均衡状态;
所述的步骤C中,当电池组在恒流充电阶段中,若处于同一子主动均衡电路内的两块电池的电压差高于预设电压差门限值时,则判断电池组在恒流充电阶段中发生不均衡状态。
所述的步骤B和步骤C中,若电池组出现不均衡状态且控制芯片判断出某一块电池在放电过程中出现电压较低状况,则控制模块首先控制与电压较低的电池处于同一子主动均衡电路内的电压较高的电池相对应的mos管在第一组离散时间间隙内导通,使电压较高电池向子主动均衡电路内的电感储能;
然后控制模块控制与电压较低的电池对应的mos管在第二组离散时间间隙内导通,使电感向电压较低的电池充电;
第一组离散时间间隙和第二组离散时间间隙互不重叠。
所述的步骤C中,当电池组处于恒压充电阶段,若某一块电池的电压高于预设单块电池电压门限值时,判断电池组恒压充电阶段发生不均衡状态。
所述的步骤C中,若电池组出现不均衡状态且控制芯片判断出某一块电池在放电过程中出现电压较高状况时,控制模块控制与电压较高的电池连接的子被动均衡电路中的mos管导通,利用与过压电池串联的耗能电阻进行放电。
本发明在电池组充电时,在恒流充电阶段先使用主动均衡对电池进行第一阶段能量搬移,在电池电压接近过压点时,电池充电电流减小,逐渐转入恒压充电过程,此时关闭主动均衡,启用被动均衡,在充电末端进行第二阶段能量搬移,一方面可以消除主动均衡对电池电压采样造成的影响,消除电感等储能元件在高频开关信号下产生的干扰,同时可以更精确的控制充电过压门限,从而使电池的容量更精准的保持一致。
本发明提供的主动被动协同混合均衡方法及均衡电路,充分利用了单一均衡方式的优点,弥补了单一均衡方式的不足,实现了均衡效率的最优化。
附图说明图1为本发明所述串联蓄电池组的主动被动协同混合均衡电路的电路原理示意图。
具体实施方式本发明所述的串联蓄电池组的主动被动协同混合均衡电路,用于控制由多组电池串联组成的电池组,所述的主动被动协同混合均衡电路包括主动均衡电路、被动均衡电路和控制芯片;
每组子主动均衡电路结构相同,可成阵列排列,分别控制相邻两个电池相互间充电。
例如针对由N+1块电池串联形成的电池组,可设置N组子主动均衡电路进行控制,用于控制第一电池和第二电池相互间充电的第一子主动均衡电路、用于控制第二电池和第三电池相互间充电的第二子主动均衡电路,以此类推,以及用于控制第N电池和第N+1电池相互间充电的第N子主动均衡电路。
每组子主动均衡电路均包括两个功率放大驱动电路和两个mos管,每组子主动均衡电路中的第一功率放大驱动电路的输出端连接第一mos管的栅极,第一mos管采用N沟道mos管;
每组子主动均衡电路中的第二功率放大驱动电路的输出端连接第二mos管的栅极,第二mos管采用P沟道mos管;
第一mos管的源极连接所控制的相邻两个电池中的第一电池的负极,第一mos管的漏极连接第二mos管的源极,第二mos管的漏极连接所控制的相邻两个电池中的第二电池的正极,电感的第一端连接第一mos管的漏极,电感的第二端连接相邻两个电池中的第一电池的正极,第一mos管的源极和漏极间并联有第一二极管,第一二极管的正极连接第一mos管的源极;
第二mos管的源极和漏极间并联有第二二极管,第二二极管的正极连接第二mos管的源极;
控制芯片的信号输出端连接主动均衡驱动单元的信号输入端,主动均衡驱动单元的信号输出端分别连接每组子主动均衡电路中第一功率放大驱动电路和第二功率放大驱动电路的输入端。
本实施例中,主动均衡驱动单元的信号输出端分别通过反相器和光耦对应连接每组子主动均衡电路中第一功率放大驱动电路和第二功率放大驱动电路的输入端。
第一功率放大驱动电路和第二功率放大驱动电路均采用互补对称放大驱动电路,第一功率放大驱动电路包括第一三极管和第二三极管,第一三极管采用PNP型三级管,第二三极管采用NPN型三级管,第一三极管的基极和第二三极管的基极连接,第一三极管的集电极连接第二三极管的发射极,第一三极管的基极和第二三极管的基极共同通过第一电容连接第一mos管的栅极,第一三极管的发射极连接第一二极管的正极,第二三极管的集电极连接第二二极管的负极;
本实施例中,移位寄存器的信号输出端分别通过光耦对应连接每组子被动均衡电路中第三mos管的栅极。
以下结合图1对本发明所述的串联蓄电池组的主动被动协同混合均衡电路的工
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- 定稿 发明 串联 蓄电池 主动 被动 协同 混合 均衡 电路 方法