單變壓器串聯(lián)電池主動均衡電路及其均衡方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的單變壓器串聯(lián)電池主動均衡電路及其均衡方法，包括數(shù)字控制單元、功率變換單元、電池組單元及測量單元，述電池組單元負極接地，所述電池組單元包括若干個單體電池，單體電池兩端均與測量單元相連，所述變壓器輸入同相端與電池組單元連接，所述數(shù)字控制單元與MOSFET柵極連接。本發(fā)明通過兩個MOSFET的巧妙配合實現(xiàn)了低損耗均衡技術(shù)，延長使用壽命，通過使用單個變壓器實現(xiàn)多節(jié)串聯(lián)電池均衡，使電路設(shè)計實用，可以支持多個電池組串聯(lián)和級聯(lián)，可擴展性極好、適宜推廣應(yīng)用。
【專利說明】單變壓器串聯(lián)電池主動均衡電路及其均衡方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種串聯(lián)電池主動均衡電路，特別涉及一種單變壓器串聯(lián)電池主動均衡電路及其均衡方法。

【背景技術(shù)】
[0002]單體鋰離子動力電池電壓一般比較低，在電動汽車上通常是串聯(lián)使用的。由于各單體鋰離子電池因制造工藝造成初始容量、電壓、內(nèi)阻等不完全相同，導(dǎo)致在使用過程中造成單體鋰離子電池的過充電和過放電現(xiàn)象，嚴重時會導(dǎo)致個別單體鋰離子電池提前老化、失效，動力鋰離子電池組的電容量下降、工作壽命縮短，為了減小不平衡性對動力電池組的影響，充電過程中要使用均衡電路。
[0003]傳統(tǒng)的電池組均衡方式主要可以分為兩大類，分別是能量消耗型和非能量消耗型。能量消耗型均衡方式通常在每只單體電池上并聯(lián)一個可控分流電阻。當(dāng)電池電壓達到或超過限制電壓時，導(dǎo)通分流電阻回路，使流過單體電池的充電電流減小，從而使單體電池的電壓維持限制值以內(nèi)。由于流過電阻的電能最終以熱能的形式得到了釋放，因此稱作能量消耗型均衡方式。能量消耗型均衡系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、運行穩(wěn)定性強等優(yōu)點，在早期的低容量、低電壓的電池組系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。
[0004]但是隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展，對于目前的大容量、高電壓等級的電池組系統(tǒng)，這種方法的能耗太大，顯然是不可取的。非能量消耗型均衡系統(tǒng)，一般需要一個電壓轉(zhuǎn)換器，在主控制器檢測到某單體電壓偏高時，將電壓偏高單體的能量通過變換器反饋到電壓偏低的單體，均衡過程中能量被重新利用，從而達到電壓和能量的均衡。
[0005]與被動均衡相對應(yīng)，主動均衡不需借助充電過程，可以在任意狀態(tài)下對電池組進行均衡控制，從理論上講是低能耗，高效率的均衡方式。但是從目前主動均衡技術(shù)研究的現(xiàn)狀分析，主動均衡方案由于涉及的元器件過多，實際結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)的安全運行穩(wěn)定性等問題依然很多，大多數(shù)均衡方案還處在理論研究階段，并未得到實際應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定且只使用一個變壓器的單變壓器串聯(lián)電池主動均衡電路及其均衡方法。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:一種單變壓器串聯(lián)電池主動均衡電路，包括數(shù)字控制單元、功率變換單元、電池組單元及測量單元，述電池組單元負極接地，所述電池組單元包括若干個單體電池，單體電池兩端均與測量單元相連，所述功率變換單元包括一個變壓器、多個檢測電阻及M0SFET，所述MOSFET與檢測電阻連接，所述MOSFET包括輸入MOSFET與輸出M0SFET，其中輸入MOSFET與變壓器輸入反相端連接，輸出MOSFET和變壓器輸出同相端相連，所述變壓器輸入同相端與電池組單元連接，所述數(shù)字控制單元與MOSFET柵極連接。
[0008]作為優(yōu)選，所述數(shù)字控制單元包括單片機(MCU)。
[0009]作為優(yōu)選，所述單片機(MCU)的PWM驅(qū)動電路與MSDFET柵極連接。
[0010]作為優(yōu)選，所述與輸入MOSFET連接的檢測電阻的另一端接地。
[0011]一種如上述的串聯(lián)電池主動均衡電路的均衡方法，包括以下步驟:
I)通過測量單元測量到是放電狀態(tài)時，通過單片機(MCU)控制MOSFET做功率變換的儲能變換，通過單片機(MCU)控制MOSFET功率變換電路的同步輸出整流，通過升壓方式補償放電不平衡。
[0012]3)通過測量單元測量的電量差異和補償周期，調(diào)整占空比，從而調(diào)整了補償電流和時間。
[0013]2)通過測量單元測量到是充電狀態(tài)時，通過單片機(MCU)控制MOSFET做功率變換的儲能變換，通過單片機(MCU)控制MOSFET功率變換電路的同步輸出整流，通過降壓方式給不足的電池充電進行充電不平衡補償。
[0014]4)通過測量單元測量的電量差異和補償周期，調(diào)整占空比，從而調(diào)整了補償電流和時間。
[0015]通過以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明使用元器件少、結(jié)構(gòu)極其簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性強，適宜推廣應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1是本發(fā)明的電路涉及圖。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實施例及附圖來進一步詳細說明本發(fā)明。
[0019]一種如圖1所示的單變壓器串聯(lián)電池主動均衡電路，包括數(shù)字控制單元1、功率變換單元2、電池組單元3及測量單元4,述電池組單元3負極接地,所述電池組單元3包括若干個單體電池，單體電池兩端均與測量單元4相連，所述功率變換單元2包括一個變壓器、多個檢測電阻及M0SFET，所述MOSFET與檢測電阻連接，所述MOSFET包括輸入MOSFET與輸出M0SFET，其中輸入MOSFET與變壓器輸入反相端連接，輸出MOSFET和變壓器輸出同相端相連，所述變壓器輸入同相端與電池組單元3連接，所述數(shù)字控制單元I與MOSFET柵極連接。
[0020]作為優(yōu)選，所述數(shù)字控制單元I包括單片機(MCU)。
[0021]作為優(yōu)選，所述單片機(MCU)的PWM驅(qū)動電路與MSDFET柵極連接。
[0022]作為優(yōu)選，所述與輸入MOSFET連接的檢測電阻的另一端接地。
[0023]一種如上述的串聯(lián)電池主動均衡電路的均衡方法，包括以下步驟:
I)通過測量單元4測量到是放電狀態(tài)時，通過單片機(MCU)控制MOSFET做功率變換的儲能變換，通過單片機(MCU)控制MOSFET功率變換電路的同步輸出整流，通過升壓方式補償放電不平衡。
[0024]3)通過測量單元4測量的電量差異和補償周期，調(diào)整占空比，從而調(diào)整了補償電流和時間。
[0025]2)通過測量單元4測量到是充電狀態(tài)時，通過單片機(MCU)控制MOSFET做功率變換的儲能變換，通過單片機(MCU)控制MOSFET功率變換電路的同步輸出整流，通過降壓方式給不足的電池充電進行充電不平衡補償。
[0026]4)通過測量單元4測量的電量差異和補償周期，調(diào)整占空比，從而調(diào)整了補償電流和時間。
[0027]具體舉例如下:
A)列如3串電池組為例:電池電壓12V左右，測量單元4測試到電池方向為充電式，功率變換單元2為充電均衡模式，在這種模式下，單片機(MCU)連接PWMl信號控制輸入MOSFET (Ql)的柵極，通過PWM波，控制輸入MOSFET (Ql)的占空比，從而使電路工作在降壓同步模式，MOSFET (Ql)開關(guān)打開時間內(nèi)變壓器Tl存儲能量，MOSFET (Ql)打開時間內(nèi)MCU控制MOSFET (Q2、Q3…)等關(guān)閉，使每一路輸出回路無電流輸出，等MOSFET (Ql)關(guān)閉時間內(nèi)，變壓器Tl電壓反向抬高，變壓器的能量傳入輸出繞組，根據(jù)單片機(MCU)的A/D數(shù)字采樣的電池電壓和輸入輸出電流，控制最大輸出電流、最大輸入電流；根據(jù)平均電壓的最大誤差電壓，確定給哪組充電，單片機(MCU)控制MOSFET (Q2或Q3…)等打開，或同時給每組電池傳遞能量，從而給電池進行充電，給據(jù)電池的電量情況決定那一路結(jié)束充電。
[0028]B)測量單元4測試到電池方向為放電模式，功率變換單元2為放電均衡模式，在這種模式下，據(jù)A/D數(shù)字米樣的電池電壓和輸入輸出電流，控制最大輸出電流、最大輸入電流；根據(jù)平均電壓的最大誤差電壓，確定給那組電池放電，放電時間是多少，單片機(MCU)根據(jù)檢測結(jié)果選擇讓那一路電池做放電均衡，例如選擇第一路電池做放電均衡，這時單片機(MCU)控制輸入MOSFET (Q2)，單片機(MCU)發(fā)送PWM (PWM2)波，控制輸入MOSFET (Q2)的占空比，從而使電路工作在升壓壓同步模式，MOSFET(Q2)開關(guān)打開時間內(nèi)變壓器Tl存儲能量，MOSFET (Q2)打開時間內(nèi)單片機(MCU)控制MOSFET(Ql)關(guān)閉，使輸出回路無電流輸出，當(dāng)M0SFET(Q2)關(guān)閉時間內(nèi)，變壓器(Tl)電壓反向抬高，變壓器的能量傳入輸出繞組，單片機(MCU)控制MOSFET(Ql)打開，給電池進行充電，其他路同上敘述。
[0029]C)充電模式下某個電池不需要充電補償，可以斷開MOSFET使電路進入到非同步整流模式從而使這一路的充電電壓降低，從而降低了充電電流，甚至關(guān)斷電流，從而防止了電池過充的問題。
[0030]D)放電模式下，用某一路的開關(guān)管控制升壓變壓器的開關(guān)模式，使用循環(huán)放電均衡的方法完成放電均衡。
[0031]本發(fā)明通過兩個MOSFET的巧妙配合實現(xiàn)了低損耗均衡技術(shù)，延長使用壽命，通過使用單個變壓器實現(xiàn)多節(jié)串聯(lián)電池均衡；使電路設(shè)計實用，可以支持多個電池組串聯(lián)和級聯(lián)，可擴展性極好、適宜推廣應(yīng)用。
[0032]以上對本發(fā)明實施例所提供的技術(shù)方案進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實施例的原理；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例，在【具體實施方式】以及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種單變壓器串聯(lián)電池主動均衡電路，其特征在于:包括數(shù)字控制單元、功率變換單元、電池組單元及測量單元，述電池組單元負極接地，所述電池組單元包括若干個單體電池，單體電池兩端均與測量單元相連，所述功率變換單元包括一個變壓器、多個檢測電阻及MOSFET，所述MOSFET與檢測電阻連接，所述MOSFET包括輸入MOSFET與輸出M0SFET，其中輸入MOSFET與變壓器輸入反相端連接，輸出MOSFET和變壓器輸出同相端相連，所述變壓器輸入同相端與電池組單元連接，所述數(shù)字控制單元與MOSFET柵極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單變壓器串聯(lián)電池主動均衡電路，其特征在于:所述數(shù)字控制單元包括單片機(MCU)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單變壓器串聯(lián)電池主動均衡電路，其特征在于:所述單片機(MCU)的PWM驅(qū)動電路與MSDFET柵極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單變壓器串聯(lián)電池主動均衡電路，其特征在于:所述與輸入MOSFET連接的檢測電阻的另一端接地。
5.—種如權(quán)利要求1-4中任意一條所述的單變壓器串聯(lián)電池主動均衡電路的均衡方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)通過測量單元測量到是放電狀態(tài)時，通過單片機(MCU)控制MOSFET做功率變換的儲能變換，通過單片機(MCU)控制MOSFET功率變換電路的同步輸出整流，通過升壓方式補償放電不平衡； 2)通過測量單元測量的電量差異和補償周期，調(diào)整占空比，從而調(diào)整了補償電流和時間； 3)通過測量單元測量到是充電狀態(tài)時，通過單片機(MCU)控制MOSFET做功率變換的儲能變換，通過單片機(MCU)控制MOSFET功率變換電路的同步輸出整流，通過降壓方式給不足的電池充電進行充電不平衡補償； 4)通過測量單元測量的電量差異和補償周期，調(diào)整占空比，從而調(diào)整了補償電流和時間。
【文檔編號】H02J7/00GK104242395SQ201410489655
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】韓非 申請人:重慶星聯(lián)云科科技發(fā)展有限公司