电池组单体并联充电电路

贾佳鹏， 蒋笑奕

（郑州日产汽车有限公司技术中心， 河南 郑州 450018）

电动汽车用电池组的平台电压通常达到360～380V，故需要很多电池单体串联才能达到如此高的电压。由于各单体用到的材质和工艺过程不会完全一样，总会存在性能稍差的单体：容量稍低、内阻稍大、自放电稍大等。在频繁充放电过程中，性能差的单体会更早达到充电截止电压和放电截止电压。若充电均衡或放电均衡电路性能不佳，会造成衰减单体的性能进一步劣化，容量显著降低，在电池组充电或放电开始不久即达到过充或过放状态，从而造成严重事故 （过热、爆燃）。就目前已经市场化的均衡电路而言，还没有性能优越的充电均衡电路。比如：应用最广泛的被动式充电均衡使用数十毫安级的电流进行分流，对于动辄100Ah以上的车用电池单体而言，几乎等于没有作用。而主动式均衡电路结构复杂、成本高、可靠性差、性能一般，很少使用。本文提出一种更具优势的新充电电路结构，在保证充电效率的前提下，实现单体均压。

1 基本思路

电池组充放电单体的电路连接：电池组放电时，各单体串联，提供高电压。而充电时，为摒弃串联充电的固有缺点（衰减单体过充），需要把所有单体转化为并联连接，连接单路充电机，这样就能在硬件上保证各单体均压充电。

2 关键部件

1） 对转换部件的基本要求电池组放电完毕，需要充电时，此时主回路内没有电流。但在电池组放电及充电时，转换器件需要经过前述电流，要求压降尽量低，减少发热与功率损耗。同时要求体积小、寿命长、工作可靠。

2） 转换器件选型以带有逻辑控制功能的大电流MOS电路开关为合适。

3 原理框图

以4个单体的串并联转换电路为例，以下同。

图1为串联放电状态，每个单体通过固态MOS开关内的触点形成串联，电池单体与正负母线连接的回路由于2个相应触点断开而无效。

图1 串联放电状态

图2为并联充电状态。每个单体通过集成MOS开关内的2个触点分别与正负母线连接，使得每个单体都并联在正负母线上，串联回路触点断开而使串联无效。

图2 并联充电状态

图3为单个MOS开关内部触点切换原理图。单片MOS开关内包括信号处理部分和3个触点回路。其中触点k1闭合、k2k3触点断开，连接在AB端子的单体通过k1触点成串联状态，连接在CD端子的正负母线由于k2k3触点断开而无效。各单体串联后连接正负母线。

图4为充电状态的内部触点说明。其中触点k1断开串联失效，k2k3触点闭合，连接在AB端子的单体通过k2k3触点连接到CD端子的正负母线，各单体并联在正负母线上。

图3 单个MOS开关内部触点切换原理图

图4 充电状态的内部触点说明

表1为MOS开关内3个触点通断逻辑状态。

表1 固态开关的控制逻辑

4 结论

此单体并联充电电路具有结构简单、成本低效率高、占用空间小、可靠、市场易接受的优点，能达到与其他复杂昂贵的主动充电均衡电路的相同效果。