《串联蓄电池组的主动被动协同混合均衡电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《串联蓄电池组的主动被动协同混合均衡电路（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、说明书串联蓄电池组的主动被动协同混合均衡电路技术领域本发明涉及动力电池管理技术领域，尤其涉及一种串联蓄电池组的主动 被动协同混合均衡电路。背景技术锂离子电池组由多个电池单体串联而成。在日常的循环使用过程中，对 电池组的充电和放电会逐渐导致电池单体之间出现不均衡现象，电池性能和 一致性下降，表现为单体电池间电压呈现差异，当一组串联的电池单体中有 一个或多个电池单体的充电速度比其他电池单体更快或更慢，也就是出现了 不均衡现象。现有电池管理系统的均衡方法基本采用单一的均衡方法，要么单一采用 主动均衡方式，要么单一采用被动均衡方式。然而，这两种均衡方式都存在 缺陷：被动均衡只能做充电均衡；同时，在充电
2、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
3、蓄电池组的主动被动协同混合均衡电路， 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
4、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
5、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
6、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
7、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。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
8、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；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结构相同，可成阵列 排列
9、，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 m
10、os 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
11、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
12、，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
13、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。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作原理进行详细说明：图 1 中画出了两组子主动均衡电路，分别为控制第一电池 cell_1 和第二 电池 cell_2 间相互充电的第一子主动均衡电路，以及控制第二电池 cell_2 和第三电池 cell_3 间相互充电的第二子主动均衡电路。在此以第一子主动均 衡电
14、路控制第一电池 cell_1 和第二电池 cell_2 间实现主动均衡为例。第一子主动均衡电路中包括两个功率放大驱动电路和两个 mos 管，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和第二功率放大驱动电路用于 PWM 驱动信号进行反向 处理并进行光耦隔离，以实现了弱电低压控制高压浮地 DC/DC 的双重隔离的 效果，大大提高了第一子均衡电路在大电流均衡时的高效性，可靠性以及稳 定性。由于在均衡过程中要考虑到均衡效率的问题，以及高压隔离的问题， 互补对称放大驱动电路能够将 PWM 信号的上升和下降斜率做的非常好，从而 提高了均衡电源的效率第一功
15、率放大驱动电路包括第一三极管Q1和第二三极管Q2,第一三极管 Q1采用PNP型三级管，第二三极管Q2采用NPN型三级管，第一三极管Q1的 基极和第二三极管 Q2 的基极连接，第一三极管 Q1 的集电极连接第二三极管 Q2 的发射极，第一三极管 Q1 的基极和第二三极管 Q2 的基极共同通过第一电 容 C1 连接第一 mos 管 Q11 的栅极，第一三极管 Q1 的发射极连接第一二极管 D1 的正极，第二三极管 Q2 的集电极连接第二二极管 D2 的负极；第一 mos 管 Q11 采用 N 沟道 mos 管。第二功率放大驱动电路包括第三三极管Q3和第四三极管Q4,第三三极管 Q3采用PNP型三级
16、管，第四三极管Q4采用NPN型三级管，第三三极管Q3的 基极和第四三极管 Q4 的基极连接，第三三极管 Q3 的集电极连接第四三极管 Q4 的发射极，第三三极管 Q3 的基极和第四三极管 Q4 的基极共同通过第二电 容 C2 连接第二 mos 管 Q12 的栅极，第三三极管 Q3 的发射极连接第一二极管D1 的正极，第四三极管 Q4 的集电极连接第二二极管 D2 的负极。第二功率放 大驱动电路的输出端连接第二 mos 管 Q12 的栅极，第二 mos 管 Q12 采用 P 沟 道 mos 管；第一 mos管Q11的源极连接所控制的相邻两个电池中的第一电池cell 的负极，第一 mos管Q11的漏极连接第二mos管Q12的源极，第二mos管Q12 的漏极连接所控制的相邻两个电池中的第二电池cell_2的正极，电感L的第 一端连接第一 mos 管 Q11 的漏极，电感 L 的第二端连接相邻两个电池中的第 一电池cell的正极，第一 mos管QI 1的源极和漏极间并
