本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，特別涉及一種基于反激電路的電池組無(wú)損均衡電路。

背景技術(shù)：

電池組在經(jīng)過(guò)多個(gè)充放電循環(huán)后，各電池單體的剩余容量的分布大致會(huì)出現(xiàn)三種情況：某些電池單體的剩余容量偏高；某些電池單體的剩余容量偏低；某些電池單體的剩余容量偏高和某些電池單體的剩余容量偏低。針對(duì)上述三種情況，國(guó)內(nèi)外學(xué)者均提出了不同的鋰離子電池組均衡控制的解決方案，根據(jù)均衡過(guò)程中電路對(duì)能量的消耗情況，可分為能量耗散型和能量非耗散型兩大類(lèi)。

針對(duì)個(gè)別電池單體的剩余容量偏高的情況，有研究者提出的能量耗散型解決方案如并聯(lián)電阻分流法，它通過(guò)控制相應(yīng)的開(kāi)關(guān)器件將剩余容量偏高的電池模塊的能量通過(guò)電阻消耗掉，該方法將能量白白浪費(fèi)掉，并且在均衡過(guò)程中產(chǎn)生了大量的熱，增加了電池?zé)峁芾淼呢?fù)荷。也有研究者提出了雙向dc-dc均衡法、同軸變壓器均衡法等均衡電路，這些電路都采用了變壓器，增加了均衡電路的成本。

而目前能量非耗散型均衡電路均采用過(guò)多的儲(chǔ)能元件以達(dá)到能量交換的目的，基本儲(chǔ)能元件的數(shù)量都大于等于電池?cái)?shù)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種能量非耗散型的基于反激電路的電池組無(wú)損均衡電路，其減少均衡電路中儲(chǔ)能元件的數(shù)量，簡(jiǎn)化均衡電路。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種基于反激電路的電池組無(wú)損均衡電路，包括由n個(gè)電池串聯(lián)組成的電池組以及和電池組連接的均衡模塊，所述均衡模塊包括控制模塊以及依次電連接的第一均衡單元、反激電路和第二均衡單元，所述第一均衡單元、第二均衡單元分別與電池組連接；所述反激電路包括一反激變壓器，所述第一均衡單元電連接于反激變壓器的初級(jí)線圈，所述第二均衡單元電連接于反激變壓器的次級(jí)線圈；所述第一均衡單元、第二均衡單元均由n個(gè)開(kāi)關(guān)組件并聯(lián)組成，所述開(kāi)關(guān)組件由兩個(gè)反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)組成，反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)由兩個(gè)mosfet開(kāi)關(guān)采用反并聯(lián)的方式連接，實(shí)現(xiàn)雙向開(kāi)關(guān)；反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)的一端和電池的一極相連，另一端和反激變壓器的一端相連；所述第一均衡單元的第k個(gè)開(kāi)關(guān)組件的兩個(gè)反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)分別與第k個(gè)電池的正負(fù)極電連接并和初級(jí)線圈串聯(lián)組成閉合回路；所述第二均衡單元的第k個(gè)開(kāi)關(guān)組件的兩個(gè)反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)分別與第k個(gè)電池的正負(fù)極電連接并和次級(jí)線圈串聯(lián)組成閉合回路；所述第一均衡單元、第二均衡單元的每個(gè)反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)分別與控制模塊電連接。

進(jìn)一步闡述方案，所述控制模塊包括微控制器和所有反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路，所述微控制器檢測(cè)電池組中各個(gè)電池的電量并決定均衡電池組的控制策略，所述微控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路給反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)的門(mén)極提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電壓或者關(guān)斷電壓，讓反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)按照控制策略的需求開(kāi)啟或者關(guān)閉。

進(jìn)一步闡述方案，所述控制策略具有以下步驟：

步驟一，根據(jù)微控制器檢測(cè)電池組中各個(gè)電池的電量，計(jì)算出電池組的平均電量；

步驟二，通過(guò)微控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)電池組中各個(gè)電池的電量并按電量高低進(jìn)行排序，選取電量高的電池作為供電電池，選取電量低的電池作為充電電池，

步驟三，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路打開(kāi)第一均衡單元中與供電電池兩極連接的兩個(gè)反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)，使得供電電池與反激變壓器的初級(jí)線圈可以構(gòu)成一個(gè)閉合回路，將供電電池的能量傳遞給反激變壓器；

步驟四，當(dāng)步驟三中供電電池的能量傳遞給反激變壓器經(jīng)過(guò)一定時(shí)間t后，關(guān)閉第一均衡單元中與供電電池兩極連接的兩個(gè)反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)；同時(shí)打開(kāi)第二均衡單元中與充電電池兩極連接的兩個(gè)反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)，使得充電電池與反激變壓器的次級(jí)線圈可以構(gòu)成一個(gè)閉合回路，在t時(shí)間內(nèi)將反激變壓器從供電電池獲得的能量傳遞給充電電池；

步驟五，重復(fù)步驟二、三、四，直到電池組中的各電池電量與平均電量之差的絕對(duì)值小于a，則停止電池組的均衡。

進(jìn)一步闡述方案，所述時(shí)間t的范圍為0.05-0.25s。

進(jìn)一步闡述方案，所述a的范圍為0.005-0.02。

本發(fā)明有益效果在于只采用一個(gè)反激電路傳遞能量，就實(shí)現(xiàn)整個(gè)電池組的任意兩個(gè)電池之間的能量交換；電池組通過(guò)控制均衡模塊中的反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)的通斷與反激變壓器的作用，實(shí)現(xiàn)電池組的電量均衡，改善電池組電量不均衡的現(xiàn)象，提高電池組的可用容量，減小電池組的維修和更換周期，延長(zhǎng)電池組的使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1是電池組均衡電路原理圖。

圖2是某個(gè)電池bk能量過(guò)高時(shí)給變壓器儲(chǔ)存能量的均衡電路原理圖。

圖3是某個(gè)電池bk能量過(guò)高時(shí)變壓器釋放能量的均衡電路原理圖。

圖4是某個(gè)電池bk能量過(guò)低時(shí)給變壓器儲(chǔ)存能量的均衡電路原理圖。

圖5是某個(gè)電池bk能量過(guò)低時(shí)變壓器釋放能量的均衡電路原理圖。

圖6是以4節(jié)電池為例的均衡電路電池能量過(guò)高的仿真實(shí)驗(yàn)中各電池單體的電壓波形圖。

圖7是以4節(jié)電池為例的均衡電路電池能量過(guò)低的仿真實(shí)驗(yàn)中各電池單體的電壓波形圖。

圖中：1、電池組；2、第一均衡單元；3、第二均衡單元；4、反激變壓器；5、二極管；6、反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)；7、控制模塊。

具體實(shí)施方式

參照附圖1至附圖7介紹本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖1-7所示，一種基于反激電路的電池組無(wú)損均衡電路，包括由n個(gè)電池串聯(lián)組成的電池組1以及和電池組1連接的均衡模塊，所述均衡模塊包括控制模塊7以及依次電連接的第一均衡單元2、反激電路和第二均衡單元3，所述第一均衡單元2、第二均衡單元3分別與電池組1連接；所述反激電路包括一反激變壓器4和一個(gè)和次級(jí)線圈串聯(lián)的二極管5，所述第一均衡單元2電連接于反激變壓器4的初級(jí)線圈，所述第二均衡單元3電連接于反激變壓器4的次級(jí)線圈；所述第一均衡單元2、第二均衡單元3均由n個(gè)開(kāi)關(guān)組件并聯(lián)組成，所述開(kāi)關(guān)組件由兩個(gè)反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6組成，反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6由兩個(gè)mosfet開(kāi)關(guān)采用反并聯(lián)的方式連接，實(shí)現(xiàn)雙向開(kāi)關(guān)；反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6的一端和電池的一極相連，另一端和反激變壓器4的一端相連；所述第一均衡單元2的第k個(gè)開(kāi)關(guān)組件的兩個(gè)反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6分別與第k個(gè)電池的正負(fù)極電連接并和初級(jí)線圈串聯(lián)組成閉合回路；所述第二均衡單元3的第k個(gè)開(kāi)關(guān)組件的兩個(gè)反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6分別與第k個(gè)電池的正負(fù)極電連接并和次級(jí)線圈串聯(lián)組成閉合回路；所述第一均衡單元2、第二均衡單元3的每個(gè)反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6分別與控制模塊7電連接。

所述控制模塊7包括微控制器和所有反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6的驅(qū)動(dòng)電路，所述微控制器檢測(cè)電池組1中各個(gè)電池的電量并決定均衡電池組1的控制策略，所述微控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路給反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6的門(mén)極提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電壓或者關(guān)斷電壓，讓反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6按照控制策略的需求開(kāi)啟或者關(guān)閉。

所述控制策略具有以下步驟：

步驟一，根據(jù)微控制器檢測(cè)電池組1中各個(gè)電池的電量，計(jì)算出電池組1的平均電量；

步驟二，通過(guò)微控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)電池組1中各個(gè)電池的電量并按電量高低進(jìn)行排序，選取電量高的電池作為供電電池，選取電量低的電池作為充電電池，

步驟三，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路打開(kāi)第一均衡單元2中與供電電池兩極連接的兩個(gè)反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6，使得供電電池與反激變壓器4的初級(jí)線圈可以構(gòu)成一個(gè)閉合回路，將供電電池的能量傳遞給反激變壓器4；

步驟四，當(dāng)步驟三中供電電池的能量傳遞給反激變壓器4經(jīng)過(guò)一定時(shí)間t后，關(guān)閉第一均衡單元2中與供電電池兩極連接的兩個(gè)反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6；同時(shí)打開(kāi)第二均衡單元3中與充電電池兩極連接的兩個(gè)反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6，使得充電電池與反激變壓器4的次級(jí)線圈可以構(gòu)成一個(gè)閉合回路，在t時(shí)間內(nèi)將反激變壓器4從供電電池獲得的能量傳遞給充電電池；所述時(shí)間t取0.1s；

步驟五，重復(fù)步驟二、三、四，直到電池組1中的各電池電量與平均電量之差的絕對(duì)值小于a，則停止電池組1的均衡。所述a的取0.01。

如圖1，當(dāng)電池?cái)?shù)量為n時(shí)，電池組1中的電池由上至下分別命名為b1、b2……bn；反激電路包含一個(gè)單相反激變壓器4，一個(gè)二極管5；均衡模塊的mosfet開(kāi)關(guān)采用反并聯(lián)的連接方式，每2個(gè)mosfet為一組組成反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6，實(shí)現(xiàn)雙向開(kāi)關(guān)的功能，均衡模塊分為兩部分，第一均衡單元2這部分在電池組1左端，第一均衡單元2中的反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6數(shù)量為2n，由上至下分別命名為sl1、s'l1、sl2、s'l2……sln、s'ln，sln和s'ln組成一個(gè)開(kāi)關(guān)組件；第二均衡單元3這部分在電池組1右端，第二均衡單元3中的反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6數(shù)量也為2n，由上至下分別命名為sr1、s'r1、sr2、s'r2……srn、s'rn，srn、s'rn組成一個(gè)開(kāi)關(guān)組件。

均衡模塊的工作原理如下：

如圖1-5、6，當(dāng)電池組1的b1、b2……bn中某個(gè)電池能量過(guò)高時(shí)，假設(shè)該電池為bi(供電電池)，同時(shí)假設(shè)此時(shí)電池組1中電池bj(充電電池)能量最低（i≠j，若i=j則說(shuō)明電池組1不需要均衡）。在一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間段內(nèi)，使反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6s'li、srj和s'rj導(dǎo)通，同時(shí)給反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6sli加上合適的pwm波控制sli按一定規(guī)律開(kāi)通和關(guān)閉。在sli開(kāi)通時(shí)，電流通過(guò)bi、sli、反激變壓器4和s'li,bi放電為反激變壓器4儲(chǔ)存能量；在sli關(guān)閉時(shí)，電流通過(guò)反激變壓器4、srj、bj、s'rj和二極管5，反激變壓器4釋放能量至bj，實(shí)現(xiàn)了能量從bi到bj的轉(zhuǎn)移。

如圖1-5、7，當(dāng)電池組1的b1、b2……bn中某個(gè)電池能量過(guò)低時(shí)，假設(shè)該電池為bj(充電電池)，同時(shí)假設(shè)此時(shí)電池組1中電池bi(供電電池)能量最高（i≠j，若i=j則說(shuō)明電池組1不需要均衡）。在一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間段內(nèi)，使反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6s'li、srj和s'rj導(dǎo)通，同時(shí)給反并聯(lián)mosfet開(kāi)關(guān)6sli加上合適的pwm波控制sli按一定規(guī)律開(kāi)通和關(guān)閉。在sli開(kāi)通時(shí)，電流通過(guò)bi、sli、反激變壓器4和s'li,bi放電為反激變壓器4儲(chǔ)存能量；在sli關(guān)閉時(shí)，電流通過(guò)反激變壓器4、srj、bj、s'rj和二極管5，反激變壓器4釋放能量至bj，實(shí)現(xiàn)了能量從bi到bj的轉(zhuǎn)移。

以上所述并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)，對(duì)以上的實(shí)施例所作的任何修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。