一種動力鋰離子電池的主動均衡系統及均衡方法

2023-11-10 16:17:32 1

專利名稱：一種動力鋰離子電池的主動均衡系統及均衡方法
技術領域：
本發明涉及一種主動均衡系統及均衡方法，尤其是一種動力鋰離子電池的主動均衡系統及均衡方法，屬於動力鋰離子電池的技術領域。
背景技術：
動力鋰離子電池多採用串聯方式連接，由於各單體鋰離子電池在製造、初始容量、 電壓、內阻以及鋰離子電池組中各單體鋰離子電池的溫度等方面均不完全相同，在使用過程中，會造成某單體鋰離子電池的過充電和過放電現象，嚴重時會造成個別鋰離子電池的容量比其他鋰離子電池都低，在放電過程中，其電量在放電過程中，其電量首先放完。為了對串聯後的動力鋰離子電池進行保護，不得不停止整個電池組的放電，對整個鋰離子電池使用時間和容量造成極大的傷害。實際上一組鋰離子電池中的實際放出的容量是由實際容量最小的那塊鋰離子電池所決定的，即該鋰離子電池容量告終時，其他鋰離子電池無法繼續工作。動力鋰離子的充電過程中也是如此。在充電過程中，首先放完電的鋰離子電池，又會首先被充滿，這樣就會出現過充電的現象，使得整個鋰離子電池組不能正常被充滿電。因此在混合動力電動汽車的儲能電池工作過程中，鋰離子電池間的不均衡性是影響鋰離子電池工作的一個非常有害的因素，對電池組進行均衡控制是十分有必要。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種動力鋰離子電池的主動均衡系統及均衡方法，其使用操作方便，延長電池的使用壽命，適應性好，安全可靠。按照本發明提供的技術方案，所述動力鋰離子電池的主動均衡系統，包括由若干單體電池串聯組成的電池模塊，所述電池模塊通過電池組電壓採樣模塊與均衡控制器的輸入端相連；電池模塊內任意單體電池通過單體電池電壓測量模塊與均衡控制器的輸入端相連，電池模塊內任意單體電池均與電量均衡模塊相連，電量均衡模塊與均衡控制器的輸出端相連；電池組電壓採樣模塊將電池模塊的電壓採樣輸入到均衡控制器內，單體電池電壓測量模塊將電池模塊內相應單體電池電壓輸入到均衡控制器內；均衡控制器根據電池模塊的採樣電壓值及相應單體電池的數量計算電池模塊內單體電池的平均電壓值，並將相應平均電壓值與電池模塊內所有單體電池電壓相比較；當單體電池電壓、電池模塊內單體電池的平均電壓值間與均衡控制器設定的電壓關係相對應時，均衡控制器向電量均衡模塊輸出均衡控制信號，對電池模塊內相應的單體電池主動均衡，使單體電池電壓、電池模塊內單體電池的平均電壓值與均衡控制器內設定的電壓關係相匹配。所述電量均衡模塊包括變壓器Tl，所述變壓器Tl初級線圈的中心抽頭與電池模塊的負極端相連，電池模塊的正極端接地；電池模塊內任意單體電池的正、負極端均設有測量開關，單體電池兩端的測量開關與變壓器Tl次級線圈的兩端對應相連，變壓器Tl初級線圈的一端通過第一均衡開關接地，另一端通過第二均衡開關接地，第一均衡開關及第二均衡開關的控制端分別與均衡控制器的輸出端相連；單體電池兩端測量開關的控制端與均衡控制器的輸出端相連；單體電池電壓測量模塊包括運算放大器，所述運算放大器的同相端、 反相端與變壓器Tl次級線圈的兩端對應相連，運算放大器的輸出端與均衡控制器的輸入端相連。所述變壓器Tl次級線圈的一端通過正極總線與電池模塊內單體電池正極端的測量開關相連，變壓器Tl次級線圈的另一端通過負極總線與電池模塊內單體電池負極端的測量開關相連。所述單體電池兩端的測量開關、第一均衡開關及第二均衡開關均採用場效應管； 第一均衡開關及第二均衡開關相應的漏極端與變壓器Tl初級線圈的兩端對應相連，第一均衡開關及第二均衡開關相應的源極端接地，第一均衡開關及第二均衡開關的柵極端與均衡控制器的輸出端相連；測量開關對應的柵極端均與均衡控制器相連，測量開關對應的漏極端與單體電池對應相連，測量開關對應的源極端與變壓器Tl的次級線圈相連。所述均衡控制器將電池模塊內單體電池的電壓與單體電池的平均電壓值相比較， 當IUmax-UaveI φ IUmin-UaveI時，通過電量均衡模塊對所述電壓值最大的單體電池進行上限均衡；當|umax-uj π |umin-uj時，通過電量均衡模塊對所述電壓值最小的單體電池進行下限均衡；Umax表示電壓值最大的單體電池電壓，Ullin表示電壓值最小的單體電池電壓。所述動力鋰離子電池的主動均衡方法包括如下步驟a、提供電池模，所述電池模塊由2η個單體電池依次串聯組成；電池模塊的正極端接地，η為正整數；電池模塊的負極端通過電池組電壓採樣模塊與均衡控制器的輸入端相連，電池組電壓採樣模塊將電池模塊的電壓Usim輸入到均衡控制器內，並得到電池模塊內單體電池的平均電壓值Uare;b、在上述單體電池的兩端均設置測量開關，與單體電池正極端相連的測量開關通過正極總線與變壓器Tl次級線圈的一端相連，與單體電池負極端相連的測量開關通過負極總線與變壓器Tl次級線圈的另一端相連；變壓器Tl次級線圈的兩端與單體電池電壓測量模塊的輸入端相連，變壓器Tl初級線圈的一端通過第一均衡開關接地，另一端通過第二均衡開關接地；第一均衡開關、第二均衡開關及測量開關的控制端均與均衡控制器的輸出端相連；C、斷開第一均衡開關及第二均衡開關，依次閉合單體電池兩端相應的測量開關， 對電池模塊內的單體電池電量進行依次循環測量，單體電池電壓通過單體電池電壓測量模塊輸入至均衡控制器內；d、均衡控制器將步驟c得到單體電池的電壓與步驟a中得到的單體電池的平均電壓值Uave相比較；均衡控制器通過變壓器Tl、第一均衡開關及第二均衡開關對電量高的單體電池進行上限均衡、對電量低的單體電池進行下限均衡。所述步驟c對電池模塊內的單體電池電量測量時，斷開第一均衡開關及第二均衡開關；均衡控制器先閉合測量開關Sl及測量開關S2，單體電池電壓測量模塊將單體電池Bl 的電壓輸入到均衡控制器內；然後均衡控制器斷開測量開關Si，並閉合第三測量開關S3， 單體電池電壓測量模塊將單體電池B2的電壓輸入到均衡控制器內，均衡控制器依次控制電池模塊內單體電池兩端的測量開關，直至將2η個單體電池的電壓值均輸入到均衡控制器內；均衡控制器控制相應測量開關的閉合時間為0. Ims0所述步驟d中均衡控制器對電池模塊內單體電池均衡控制時，均衡控制器將單體電池中最大電壓值及最小電壓值與單體電池的平均電壓值Uare相比較，當Iumax-UavJcHunin-UaJ時，對所述電壓值最大的單體電池進行上限均衡；當 Iumax-Uj π IUmin-Uj時，對所述電壓值最小的單體電池進行下限均衡；Umax表示電壓值最大的單體電池電壓，Umin表示電壓值最小的單體電池電壓。當均衡控制器檢測出第i(i為奇數時)個電池單體Bi的單體電池電壓Ui與單體電池的平均電壓值Uare相差最大，並滿足下限均衡的條件時，則均衡控制器使第一均衡開關導通，使電池模塊向變壓器Tl充電，然後斷開第一均衡開關，閉合相應的測量S」 si+1，變壓器Tl儲存的能量轉移到第i個電池單體Bi上；若檢測出第i (i為偶數時)電池單體Bi的電壓Ui與電池組單體的平均電壓值Uare相差最大，並滿足下限均衡的條件時，則均衡控制器使第二均衡開關導通，使電池模塊向變壓器Tl充電，然後斷開第二均衡開關，閉合相應的測量開關Si、Si+1，變壓器Tl儲存的能量轉移到第i個電池單體Bi上。當均衡控制器檢測出第i(i為奇數時)個電池單體Bi的單體電池電壓Ui與單體電池的平均電壓值Uare相差最大，並滿足上限均衡的條件時，則均衡控制器閉合相應的測量開關Si、Si+1，使電池單體Bi向變壓器Tl充電，然後斷開測量開關Si、Si+1，閉合第一均衡開關，變壓器Tl存儲的能量轉移到電池模塊內；當測出第i(i為偶數時)電池單體&的電壓 Ui與電池組單體的平均電壓值Uare相差最大，並滿足上限均衡的條件時，則均衡控制器閉合相應的測量開關Si、Si+1，使電池單體Bi向變壓器Tl充電，然後斷開測量開關Si、Si+1，閉合第二均衡開關，變壓器Tl存儲的能量轉移到電池模塊內。本發明的優點通過電池組電壓採樣模塊間電池模塊的電壓值輸入到均衡控制器內，並得到電池模塊內單體電池的平均電壓值；均衡控制器通過單體電池電壓測量模塊對單體電池的電壓值進行採樣，均衡控制器間電壓值最大的單體電池電壓值、電壓值最小的單體電池電壓值與單體電池的平均電壓值進行比較，能夠對單體電池中最大電量的單體電池與最小電量的單體電池進行均衡，直至電池模塊內所有單體電池間的電量關係與均衡控制器內單體電池電量關係相匹配，能夠延長電池模塊的使用壽命；電量均衡模塊包括變壓器Tl，在對單體電池電量均衡時，通過電能-磁能-電能的轉換完成相互充電或放電的過程，實現了對電池單體電量的上限或下限均衡的功能，上限均衡適合在充電過程中均衡，防止個別電池單體過充，以保證每節電池單體的能量都能補充到相同的狀態；下限均衡可以避免過放；本發明的主動均衡系統對上、下限均衡兼備，同時解決了電池模塊的充電均衡和放電均衡，一舉兩得；效應高，損失功耗小，無需採用冷卻措施同時改善了系統平衡，延長電池組的工作時間及使用壽命。


圖1為本發明的原理框圖。
具體實施例方式下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。如圖1所示本發明包括電池模塊1、負極總線2、正極總線3、電池組電壓採樣模塊4、均衡控制器5、電量均衡模塊6、測量開關控制總線7及單體電池電壓測量模塊8。如圖1所示所述電池模塊1由2η個單體電池串聯組成，電池模塊1的正極端接地，電池模塊1的負極端通過電池組電壓採樣模塊4與均衡控制器5的輸入端相連，電池組電壓採樣模塊4對電池模塊1的電壓進行採樣，並將電池模塊1的電壓值輸入到均衡控制器5內；所述均衡控制器5為具有模數轉換功能的單片機或者其他微處理器。電池模塊1 內任意單體電池的兩端均設置測量開關，測量開關通過單體電池電壓測量模塊8與均衡控制器5的輸入端相連，單體電池電壓測量模塊8用於將電池模塊1內任意單體電池的電壓值均採樣輸入到均衡控制器5內。所述單體電池電壓測量模塊8與電池組電壓採樣模塊4 均採用運算放大器U1。為了對電池模塊1內相應單體電池進行均衡控制，均衡控制器5的輸出端與電量均衡模塊6相連。所述電量均衡模塊6包括變壓器Tl，所述變壓器Tl初級線圈的中心抽頭與電池模塊1的負極端及電池組電壓採樣模塊4，變壓器Tl初級線圈的一端通過第一均衡開關SWl 接地，另一端通過第二均衡開關SW2接地，第一均衡開關SWl與第二均衡開關SW2的控制端分別與均衡控制器5相連。具體實施時，第一均衡開關SWl及第二均衡開關SW2均採用場效應管，所述場效應管的柵極端均與均衡控制器5的輸出端相連，場效應管的源極端接地， 場效應管的漏極端與變壓器Tl的初級線圈相連。變壓器Tl次級線圈的一端通過負極總線 2與位於單體電池負極端的測量開關相連，變壓器Tl次級線圈的另一端通過正極總線3與位於單體電池正極端的測量開關相連，從而將變壓器Tl的次級線圈與電池模塊1內所有的單體電池正、負極端相連。當單體電池兩端的測量開關閉合時，且其餘單體電池兩端的測量開關均斷開時，變壓器Tl的次級線圈能夠與相應的單體電池相連；能夠實現對相應單體電池電量的均衡。所述測量開關也採用場效應管，所述場效應管的柵極端通過測量開關控制總線7與均衡控制器5的輸出端相連，場效應管的漏極端與單體電池的電極端相連，場效應管的源極端與變壓器Tl的次級線圈相連。單體電池電壓測量模塊8的運算放大器Ul的同相端及反相端分別與變壓器Tl的次級線圈兩端相連，從而實現了將單體電池正、負極兩端的測量開關與運算放大器Ul相連。均衡控制器5通過電池組電壓採樣模塊4獲得電池模塊1的總電壓U·，由於電池模塊1由2η個單體電池串聯組成，因此能得到電池模塊1內單體電池的平均電壓值U·，即
為Uave = 。均衡控制器5通過單體電池電壓測量模塊8分別測量電池模塊1內個單 2n
體電池相應的電壓Ui, i = 1，2Λ2η。均衡控制器5內設定了單體電池的最大電壓值Umax、 最小電壓值Umin及單體電池的平均電壓值Uare間的關係，當單體電池的電壓值與單體電池的平均電壓值Uave滿足設定關係時，均衡控制器5通過電量均衡模塊6對相應的單體電池電量進行均衡，使均衡後的電池電量與均衡控制器5內單體電池電量與電池模塊1電量的關係相匹配。具體實施的優化方案為所述均衡控制器5將電池模塊1內單體電池的電壓與單體電池的平均電壓值相比較，當IUmax-Uj Φ IUmin-Uj時，通過電量均衡模塊6對所述電壓值最大的單體電池進行上限均衡；當IUmax-Uj π IUmin-Uj時，通過電量均衡模塊6對所述電壓值最小的單體電池進行下限均衡；Umax表示電壓值最大的單體電池電壓，Umin表示電壓值最小的單體電池電壓。具體均衡時，當均衡控制器5檢測出第i (i為奇數時)個電池單體&的單體電池電壓Ui與單體電池的平均電壓值Uare相差最大，並滿足下限均衡的條件時，則均衡控制器5 使第一均衡開關SWl導通，使電池模塊1向變壓器Tl充電，然後斷開第一均衡開關SW1，閉合相應的測量S」 Si+1，變壓器Tl儲存的能量轉移到第i個電池單體Bi上；若檢測出第i (i 為偶數時)電池單體&的電壓Ui與電池組單體的平均電壓值Uare相差最大，並滿足下限均衡的條件時，則均衡控制器5使第二均衡開關SW2導通，使電池模塊1向變壓器Tl充電，然後斷開第二均衡開關SW2，閉合相應的測量開關S」Si+1，變壓器Tl儲存的能量轉移到第i個電池單體Bi上。當均衡控制器5檢測出第i(i為奇數時)個電池單體Bi的單體電池電壓 Ui與單體電池的平均電壓值Uave相差最大，並滿足上限均衡的條件時，則均衡控制器5閉合相應的測量開關Si、Si+1，使電池單體Bi向變壓器Tl充電，然後斷開測量開關Si、Si+1，閉合第一均衡開關SW1，變壓器Tl存儲的能量轉移到電池模塊1內；當測出第i(i為偶數時)電池單體Bi的電壓Ui與電池組單體的平均電壓值Uare相差最大，並滿足上限均衡的條件時， 則均衡控制器5閉合相應的測量開關Si、Si+1，使電池單體Bi向變壓器Tl充電，然後斷開測量開關S」 Si+1，閉合第二均衡開關SW2，變壓器Tl存儲的能量轉移到電池模塊1內。均衡控制器5通過對單體電池的電壓值比較，來對電池模塊1內單體電池的電量進行均衡。單體電池通過均衡控制器5及電量均衡模塊6進行均衡後，使得單體電池的電壓值Ui與單體電池的平均電壓值Uave間的差值小於等於50 μ V時，均衡控制器5完成對電池模塊1內單體電池的均衡過程。均衡控制器5內也根據工作需要設定相應的均衡參數，當單體電池的電壓值Ui與單體電池的平均電壓值Uare間的差值滿足相應的均衡參數後，均衡控制器5完成對單體電池的均衡控制。為了對上述動力鋰離子電池進行主動均衡，所述動力鋰離子電池的主動均衡方法包括如下步驟a、提供電池模塊1，所述電池模塊1由2η個單體電池依次串聯組成，η為正整數； 電池模塊1的正極端接地，電池模塊1的負極端通過電池組電壓採樣模塊4與均衡控制器5 的輸入端相連，電池組電壓採樣模塊4將電池模塊1的電壓Usum輸入到均衡控制器5內，並得到電池模塊1內單體電池的平均電壓值Uare ；單體電池的平均電壓值Uare為算術平均值；b、在上述單體電池的兩端均設置測量開關，與單體電池正極端相連的測量開關通過正極總線3與變壓器Tl次級線圈的一端相連，與單體電池負極端相連的測量開關通過負極總線2與變壓器Tl次級線圈的另一端相連；變壓器Tl次級線圈的兩端與單體電池電壓測量模塊8的輸入端相連，變壓器Tl初級線圈的一端通過第一均衡開關SWl接地，另一端通過第二均衡開關SW2接地；第一均衡開關SW1、第二均衡開關SW2及測量開關的控制端均與均衡控制器5的輸出端相連；C、斷開第一均衡開關SWl及第二均衡開關SW2，依次閉合單體電池兩端相應的測量開關，對電池模塊1內的單體電池電量進行依次循環測量，單體電池電壓通過單體電池電壓測量模塊8輸入至均衡控制器5內；對電池模塊1內的單體電池電量測量時，斷開第一均衡開關SWl及第二均衡開關 SW2 ；均衡控制器5先閉合單體電池Bl兩側的測量開關Sl及測量開關S2，單體電池電壓測量模塊8將單體電池Bl的電壓輸入到均衡控制器5內；然後均衡控制器5斷開測量開關 Si，並閉合第三測量開關S3，單體電池電壓測量模塊8將單體電池B2的電壓輸入到均衡控制器5內，均衡控制器5依次控制電池模塊1內單體電池兩端的測量開關，直至將2η個單體電池的電壓值均輸入到均衡控制器5內；均衡控制器5控制相應測量開關的閉合時間為 0. Ims ；d、均衡控制器5將步驟c得到單體電池的電壓與步驟a中得到的單體電池的平均電壓值Uave相比較；均衡控制器5通過變壓器Tl、第一均衡開關SWl及第二均衡開關SW2對電量高的單體電池進行上限均衡、對電量低的單體電池進行下限均衡；均衡控制器5對電池模塊1內單體電池均衡控制時，均衡控制器5將單體電池中最大電壓值及最小電壓值與單體電池的平均電壓值Uave相比較，當|umax-uave| Φ IUfflin-UavJ 時，對所述電壓值最大的單體電池進行上限均衡；當Iumax-UavJ π |umin-uaJ時，對所述電壓值最小的單體電池進行下限均衡；Umax表示電壓值最大的單體電池電壓，Umin表示電壓值最小的單體電池電壓；當均衡控制器5檢測出第i (i為奇數時)個電池單體Bi的單體電池電壓Ui與單體電池的平均電壓值Uave相差最大，並滿足下限均衡的條件時，則均衡控制器5使第一均衡開關SWl導通，使電池模塊1向變壓器Tl充電，然後斷開第一均衡開關SW1，閉合相應的測量Si、Si+1，變壓器Tl儲存的能量轉移到第i個電池單體Bi上；若檢測出第i (i為偶數時) 電池單體&的電壓Ui與電池組單體的平均電壓值Uare相差最大，並滿足下限均衡的條件時， 則均衡控制器5使第二均衡開關SW2導通，使電池模塊1向變壓器Tl充電，然後斷開第二均衡開關SW2，閉合相應的測量開關S」 Si+1，變壓器Tl儲存的能量轉移到第i個電池單體 BJ ；當均衡控制器5檢測出第i (i為奇數時)個電池單體Bi的單體電池電壓Ui與單體電池的平均電壓值Uave相差最大，並滿足上限均衡的條件時，則均衡控制器5閉合相應的測量開關S」 Si+1，使電池單體Bi向變壓器Tl充電，然後斷開測量開關S」 Si+1，閉合第一均衡開關(SWl)，變壓器Tl存儲的能量轉移到電池模塊1內；當測出第i(i為偶數時)電池單體Bi的電壓Ui與電池組單體的平均電壓值Uare相差最大，並滿足上限均衡的條件時，則均衡控制器5閉合相應的測量開關Si、Si+1，使電池單體Bi向變壓器Tl充電，然後斷開測量開關Si、Si+1，閉合第二均衡開關SW2，變壓器Tl存儲的能量轉移到電池模塊1內；直至整個電池模塊1內所有單體電池的電量均與均衡控制器5內的均衡參數相匹配。本發明通過電池組電壓採樣模塊4間電池模塊1的電壓值輸入到均衡控制器5 內，並得到電池模塊1內單體電池的平均電壓值；均衡控制器5通過單體電池電壓測量模塊 8對單體電池的電壓值進行採樣，均衡控制器5間電壓值最大的單體電池電壓值、電壓值最小的單體電池電壓值與單體電池的平均電壓值進行比較，能夠對單體電池中最大電量的單體電池與最小電量的單體電池進行均衡，直至電池模塊1內所有單體電池間的電量關係與均衡控制器5內單體電池電量關係相匹配，能夠延長電池模塊1的使用壽命；電量均衡模塊 6包括變壓器Tl，在對單體電池電量均衡時，通過電能-磁能-電能的轉換完成相互充電或放電的過程，實現了對電池單體電量的上限或下限均衡的功能，上限均衡適合在充電過程中均衡，防止個別電池單體過充，以保證每節電池單體的能量都能補充到相同的狀態；下限均衡可以避免過放；本發明的主動均衡系統對上、下限均衡兼備，同時解決了電池模塊1的充電均衡和放電均衡，一舉兩得；效應高，損失功耗小，無需採用冷卻措施同時改善了系統平衡，延長電池組的工作時間及使用壽命。
權利要求
1.一種動力鋰離子電池的主動均衡系統，其特徵是包括由若干單體電池串聯組成的電池模塊(1)，所述電池模塊(1)通過電池組電壓採樣模塊(4)與均衡控制器( 的輸入端相連；電池模塊(1)內任意單體電池兩端的測量開關通過單體電池電壓測量模塊(8)與均衡控制器( 的輸入端相連，電池模塊(1)內任意單體電池均與電量均衡模塊(6)相連，電量均衡模塊(6)與均衡控制器(5)的輸出端相連；電池組電壓採樣模塊(4)將電池模塊(1)的電壓採樣輸入到均衡控制器(5)內，單體電池電壓測量模塊(8)將電池模塊(1)內相應單體電池電壓輸入到均衡控制器(5)內；均衡控制器( 根據電池模塊(1)的採樣電壓值及相應單體電池的數量計算電池模塊(1) 內單體電池的平均電壓值，並將相應平均電壓值與電池模塊(1)內所有單體電池電壓相比較；當單體電池電壓、電池模塊(1)內單體電池的平均電壓值間與均衡控制器( 設定的電壓關係相對應時，均衡控制器(5)向電量均衡模塊(6)輸出均衡控制信號，對電池模塊(1) 內相應的單體電池主動均衡，使單體電池電壓、電池模塊(1)內單體電池的平均電壓值與均衡控制器(5)內設定的電壓關係相匹配。
2.根據權利要求1所述的動力鋰離子電池的主動均衡系統，其特徵是所述電量均衡模塊(6)包括變壓器Tl，所述變壓器Tl初級線圈的中心抽頭與電池模塊(1)的負極端相連，電池模塊(1)的正極端接地；電池模塊(1)內任意單體電池的正、負極端均設有測量開關，單體電池兩端的測量開關與變壓器Tl次級線圈的兩端對應相連，變壓器Tl初級線圈的一端通過第一均衡開關(SWl)接地，另一端通過第二均衡開關(SW》接地，第一均衡開關 (Sffl)及第二均衡開關(SW2)的控制端分別與均衡控制器(5)的輸出端相連；單體電池兩端測量開關的控制端與均衡控制器(5)的輸出端相連；單體電池電壓測量模塊(8)包括運算放大器(U1)，所述運算放大器(Ul)的同相端、反相端與變壓器Tl次級線圈的兩端對應相連，運算放大器(Ul)的輸出端與均衡控制器(5)的輸入端相連。
3.根據權利要求2所述的動力鋰離子電池的主動均衡系統，其特徵是所述變壓器Tl 次級線圈的一端通過正極總線(3)與電池模塊(1)內單體電池正極端的測量開關相連，變壓器Tl次級線圈的另一端通過負極總線(2)與電池模塊(1)內單體電池負極端的測量開關相連。
4.根據權利要求2所述的動力鋰離子電池的主動均衡系統，其特徵是所述單體電池兩端的測量開關、第一均衡開關(SWl)及第二均衡開關(SW2)均採用場效應管；第一均衡開關(SWl)及第二均衡開關(SW》相應的漏極端與變壓器Tl初級線圈的兩端對應相連，第一均衡開關(SWl)及第二均衡開關(SW2)相應的源極端接地，第一均衡開關(SWl)及第二均衡開關(SW》的柵極端與均衡控制器(5)的輸出端相連；測量開關對應的柵極端均與均衡控制器( 相連，測量開關對應的漏極端與單體電池對應相連，測量開關對應的源極端與變壓器Tl的次級線圈相連。
5.根據權利要求1所述的動力鋰離子電池的主動均衡系統，其特徵是所述均衡控制器(5)將電池模塊(1)內單體電池的電壓與單體電池的平均電壓值相比較，當 IUmax-Uj Φ IUfflin-Uave時，通過電量均衡模塊(6)對所述電壓值最大的單體電池進行上限均衡；當Iumax-UareI π IUfflin-Uave時，通過電量均衡模塊(6)對所述電壓值最小的單體電池進行下限均衡；Umax表示電壓值最大的單體電池電壓，Unin表示電壓值最小的單體電池電壓。
6.一種動力鋰離子電池的主動均衡方法，其特徵是，所述動力鋰離子電池的主動均衡方法包括如下步驟(a)、提供電池模塊(1)，所述電池模塊(1)由2η個單體電池依次串聯組成，η為正整數；電池模塊(1)的正極端接地，電池模塊(1)的負極端通過電池組電壓採樣模塊(4)與均衡控制器(5)的輸入端相連，電池組電壓採樣模塊(4)將電池模塊(1)的電壓Usum輸入到均衡控制器(5)內，並得到電池模塊(1)內單體電池的平均電壓值Uare;(b)、在上述單體電池的兩端均設置測量開關，與單體電池正極端相連的測量開關通過正極總線(3)與變壓器Tl次級線圈的一端相連，與單體電池負極端相連的測量開關通過負極總線(2)與變壓器Tl次級線圈的另一端相連；變壓器Tl次級線圈的兩端與單體電池電壓測量模塊(8)的輸入端相連，變壓器Tl初級線圈的一端通過第一均衡開關(SWl)接地， 另一端通過第二均衡開關(SW2)接地；第一均衡開關(SWl)、第二均衡開關(SW2)及測量開關的控制端均與均衡控制器(5)的輸出端相連；(C)、斷開第一均衡開關(SWl)及第二均衡開關(SW2)，依次閉合單體電池兩端相應的測量開關，對電池模塊(1)內的單體電池電量進行依次循環測量，單體電池電壓通過單體電池電壓測量模塊(8)輸入至均衡控制器(5)內；(d)、均衡控制器(5)將步驟(c)得到單體電池的電壓與步驟(a)中得到的單體電池的平均電壓值Uave相比較；均衡控制器(5)通過變壓器Tl、第一均衡開關(SWl)及第二均衡開關(SW2)對電量高的單體電池進行上限均衡、對電量低的單體電池進行下限均衡。
7.根據權利要求6所述動力鋰離子電池的主動均衡方法，其特徵是所述步驟(c)對電池模塊⑴內的單體電池電量測量時，斷開第一均衡開關(SWl)及第二均衡開關(SW2)； 均衡控制器(5)先閉合測量開關Sl及測量開關S2，單體電池電壓測量模塊⑶將單體電池Bl的電壓輸入到均衡控制器(5)內；然後均衡控制器(5)斷開測量開關Si，並閉合第三測量開關S3，單體電池電壓測量模塊(8)將單體電池B2的電壓輸入到均衡控制器(5)內， 均衡控制器( 依次控制電池模塊(1)內單體電池兩端的測量開關，直至將2η個單體電池的電壓值均輸入到均衡控制器(5)內；均衡控制器( 控制相應測量開關的閉合時間為 0. Ims0
8.根據權利要求6所述動力鋰離子電池的主動均衡方法，其特徵是所述步驟(d)中均衡控制器( 對電池模塊(1)內單體電池均衡控制時，均衡控制器( 將單體電池中最大電壓值及最小電壓值與單體電池的平均電壓值Uave相比較，當IUmax-UaveI φ IUfflin-UaveI時， 對所述電壓值最大的單體電池進行上限均衡；當Iumax-Uj π IUmin-Uj時，對所述電壓值最小的單體電池進行下限均衡；Umax表示電壓值最大的單體電池電壓，Ullin表示電壓值最小的單體電池電壓。
9.根據權利要求8所述動力鋰離子電池的主動均衡方法，其特徵是當均衡控制器(5) 檢測出第Ui為奇數時)個電池單體Bi的單體電池電壓Ui與單體電池的平均電壓值Uare 相差最大，並滿足下限均衡的條件時，則均衡控制器( 使第一均衡開關(SWl)導通，使電池模塊⑴向變壓器Tl充電，然後斷開第一均衡開關(SWl)，閉合相應的測量S」Si+1，變壓器Tl儲存的能量轉移到第i個電池單體Bi上；若檢測出第i (i為偶數時)電池單體Bi的電壓Ui與電池組單體的平均電壓值Uare相差最大，並滿足下限均衡的條件時，則均衡控制器 (5)使第二均衡開關(SW2)導通，使電池模塊(1)向變壓器Tl充電，然後斷開第二均衡開關 (SW2)，閉合相應的測量開關S」 Si+1，變壓器Tl儲存的能量轉移到第i個電池單體Bi上。
10.根據權利要求8所述動力鋰離子電池的主動均衡方法，其特徵是當均衡控制器 (5)檢測出第i(i為奇數時)個電池單體Bi的單體電池電壓Ui與單體電池的平均電壓值 Uare相差最大，並滿足上限均衡的條件時，則均衡控制器(5)閉合相應的測量開關Si、Si+1，使電池單體&向變壓器Tl充電，然後斷開測量開關Si、Si+1，閉合第一均衡開關(SW1)，變壓器 Tl存儲的能量轉移到電池模塊(1)內；當測出第i(i為偶數時)電池單體&的電壓^與電池組單體的平均電壓值Uare相差最大，並滿足上限均衡的條件時，則均衡控制器(5)閉合相應的測量開關S」 Si+1，使電池單體Bi向變壓器Tl充電，然後斷開測量開關S」 Si+1，閉合第二均衡開關(SW》，變壓器Tl存儲的能量轉移到電池模塊(1)內。
全文摘要
本發明涉及一種動力鋰離子電池的主動均衡系統及均衡方法，其包括電池模塊，電池模塊通過電池組電壓採樣模塊與均衡控制器的輸入端相連；電池模塊內任意單體電池通過單體電池電壓測量模塊與均衡控制器的輸入端相連，電池模塊內任意單體電池均與電量均衡模塊相連，電量均衡模塊與均衡控制器的輸出端相連；當單體電池電壓、電池模塊內單體電池的平均電壓值間與均衡控制器設定的電壓關係相對應時，均衡控制器向電量均衡模塊輸出均衡控制信號，對電池模塊內相應的單體電池主動均衡，使單體電池電壓、電池模塊內單體電池的平均電壓值與均衡控制器內設定的電壓關係相匹配。本發明使用操作方便，延長電池的使用壽命，適應性好，安全可靠。
文檔編號H02J7/00GK102170154SQ20111010112
公開日2011年8月31日 申請日期2011年4月21日 優先權日2011年4月21日
發明者談正言 申請人:無錫市凌翔電氣驅動技術有限公司