本发明专利技术涉及一种新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路及其控制方法，属于蓄电池组充放电技术领域。本发明专利技术包括功率开关组Ⅰ、功率开关组Ⅱ、电感L、一个功率开关M、电压源E、续流二极管D1和续流二极管D2；当蓄电池组处于充电状态时，均衡能量从电池组中具有最高荷电状态或最高端电压的第i个电池Celli向均衡电路转移；当蓄电池组处于放电状态时，均衡能量从均衡电路向电池组中具有最低荷电状态或最低端电压的第j个电池Cellj转移。本发明专利技术拓扑电路原理简单；既降低了开关损耗又使功率开关器件的控制电路简单化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于蓄电池组充放电
。
技术介绍
随着环境污染和能源危机的加剧，以蓄电池为动力源或辅助能源的各种电动车的发展成为必然。下面以锂电池为例进行说明。单体锂离子电池的标称电压最高为3.6v，使用中需要多个单体电池串联。单体电池的过充电或过放电都将影响电池单体及电池组的使用寿命，甚至发生爆炸事故，因此在多个单体电池串联使用时，不允许任何单体电池出现过放电和过充电的状态。由于各个单体电池性能的差异，在使用过程中就会出现单体端电压或单体电池的荷电状态(S0C)的不一致，在很大程度上影响到了电池组的性能和使用寿命。为了提高电池组的储能和有效使用的容量以及延长电池的使用寿命，必须对串联单体蓄电池采取积极有效的均衡措施。 均衡的时效性体现在均衡速度和均衡效率两方面。均衡速度描述了电池组各单体电池达到均衡所用的时间；均衡效率则描述了均衡过程中能量的有效利用率。目前，电池组均衡有多种设计方案，从能量转移时的能量消耗特性区分为能耗型均衡和非能耗型均衡两种。非能耗均衡方案以电容或电感作为储能元件，通过开关器件使能量在单体电池之间或单体电池与电池组之间进行转移。由于电池单体电压只有几伏,对电池组中的低压单体电池充电时功率开关器件压降带来的损耗相对所占比例明显。现阶段均衡方案对均衡电流的控制能力弱，在均衡过程中大部分能量被开关器件损耗掉，均衡效率普遍较低，与电阻能耗型均衡方案相比优势不明显，且电路复杂。
技术实现思路
针对上述现有技术，为解决非能耗均衡方案均衡效率低的问题，本专利技术提供了，该拓扑电路简单，对均衡电流的控制能力强，均衡效高。 本专利技术的技术方案是:一种新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路，包括功率开关组1、功率开关组I1、电感L、一个功率开关M、电压源E、续流二极管D1和续流二极管D2 ；其中所述功率开关组I和功率开关组II为n+1个桥的桥式开关电路且其n+1条引出线接n个串联的单体电池，功率开关组I为上桥臂，功率开关组II为下桥臂；功率开关组I的一端同时与二极管D2的一端和电感L的一端相连，电感L的另一端同时与二极管D1的一端和功率开关Μ的一端相连,二极管D2的另一端和功率开关Μ的另一端同时与电压源Ε的一端相连；所述功率开关组II的一端同时与二极管D1的另一端和电压源Ε的另一端相连。 所述功率开关组I采用共漏极连接，所述功率开关组II采用共源极连接，功率开关组I的漏极同时与二极管D2的阳极和电感L的一端相连，电感L的另一端同时与二极管D1的阴极和功率开关Μ的源极相连,二极管D2的阴极和功率开关Μ的漏极同时与电压源Ε的正极相连；所述功率开关组II的源极同时与二极管D1的阳极和电压源E的负极相连。 所述功率开关组I由功率开关Al, 'An及对应的二极管DAI, 'DAn、一个功率开关An+1构成，功率开关组II由一个功率开关B1、功率开关B2，…，Bn+1及对应的二极管DB2,…，DBn+Ι构成，η为电池组中单体电池的个数。 所述功率开关组I采用共源极连接，所述功率开关组II采用共漏极连接，功率开关组I的源极同时与二极管D2的阴极和电感L的一端相连，电感L的另一端同时与二极管D1的阳极和功率开关Μ的漏极相连，二极管D2的阳极和功率开关Μ的源极同时与电压源Ε的负极相连；所述功率开关组II的漏极同时与二极管D1的阴极和电压源Ε的正极相连。 所述功率开关组I由一个功率开关Α1、功率开关Α2，...，Αη+1及对应的二极管DA2,...，DAn+l构成，功率开关组II由功率开关B1，…，Bn及对应的二极管DB1，...，DBn、一个功率开关Bn+1构成，η为电池组中单体电池的个数。 所述电压源Ε由电池组经DC/DC提供或者电池组以外的蓄电池组提供。 一种新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路的控制方法，当蓄电池组处于充电状态时，均衡能量从电池组中具有最高荷电状态或最高端电压的第i个电池Celli向均衡电路转移；当蓄电池组处于放电状态时，均衡能量从均衡电路向电池组中具有最低荷电状态或最低端电压的第j个电池Cell j转移；当蓄电池组处于充电状态时:控制单体电池Celli的上下两个放电功率开关Ai+1和Bi，使其中一个功率开关处于导通状态，对另一个功率开关进行PWM控制，从而实现能量由单体电池Celli向均衡电路转移；其中，均衡电路为典型的升降压斩波电路；当蓄电池组处于放电状态时:控制单体电池Cellj的上下两个充电功率开关Aj和Bj+Ι以及功率开关M，使功率开关A j和B j+1处于导通状态，而对功率开关Μ进行PWM控制，从而实现能量由均衡电路向单体电池Cellj转移；其中，均衡电路为典型的降压斩波电路。 一种新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路的控制方法，当蓄电池组处于充电状态时，均衡能量从电池组中具有最高荷电状态或最高端电压的第i个电池Celli向均衡电路转移；当蓄电池组处于放电状态时，均衡能量从均衡电路向电池组中具有最低荷电状态或最低端电压的第j个电池Cellj转移；当蓄电池组处于充电状态时:控制单体电池Celli的上下两个放电功率开关Ai和Bi+Ι，使其中一个功率开关处于导通状态，对另一个功率开关进行PWM控制，从而实现能量由单体电池Celli向均衡电路转移；其中，均衡电路为典型的升降压斩波电路；当蓄电池组处于放电状态时:控制单体电池Cellj的上下两个充电功率开关Aj+1和Bj以及功率开关M，使功率开关Aj+Ι和Bj处于导通状态，而对功率开关Μ进行PWM控制，从而实现能量由均衡电路向单体电池Cellj转移；其中，均衡电路为典型的降压斩波电路。 本专利技术的工作原理是:本专利技术中以电感L为储能元件，通过开关的PWM控制使均衡能量在单体电池与均衡电路之间转移。均衡电路中的功率开关均采用功率M0SFET开关，基于典型的升降压斩波电路工作原理和降压斩波电路工作原理，电池组充电时通过降低电池组中电压最高的单体电池的充电电流来提高整个电池组的充电容量，而电池组放电时通过降低电池组中电压最低的单体电池的放电电流来提高整个电池组的放电容量。在实际应用时，可以根据所用各单体电池的荷电状态不一致程度，通过调节占空比来调节均衡电流的大小。 本专利技术的有益效果是:拓扑电路原理简单，基于典型的斩波电路原理，均衡电流值可灵活调整，均衡效率高。使用时，只需设定PWM的频率和合适的占空比，均衡过程中只需对一个开关进行PWM控制，其他相关开关一直处于导通状态，这样既降低了开关损耗又使功率开关器件的控制电路简单化。 【附图说明】 图1是本专利技术一种新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路原理图一；图2是图1对应情况下，电池组充电时的均衡放电原理图；图3是图2所示均衡过程的等效电路；图4是图2所示均衡过程的相关波形图；图5是图1对应情况下，电池组放电时的均衡充电原理图；图6是图5所示均衡过程的等效电路；图7是图5所示均衡过程的相关波形图；图8是本专利技术一种新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路原理图二；图9是图8对应情况下，电池组充电时的均衡放电原理图；图10是图9所示均衡过程的等效电路；图11是图9所示均衡过程的相关波形图；图12是图8对应情况下，电池组放电时的均衡充电原理图；图13是图12所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路，其特征在于：包括功率开关组Ⅰ、功率开关组Ⅱ、电感L、一个功率开关M、电压源E、续流二极管D1和续流二极管D2；其中所述功率开关组Ⅰ和功率开关组Ⅱ为n+1个桥的桥式开关电路且其n+1条引出线接n个串联的单体电池，功率开关组Ⅰ为上桥臂，功率开关组Ⅱ为下桥臂；功率开关组Ⅰ的一端同时与二极管D2的一端和电感L的一端相连，电感L的另一端同时与二极管D1的一端和功率开关M的一端相连，二极管D2的另一端和功率开关M的另一端同时与电压源E的一端相连；所述功率开关组Ⅱ的一端同时与二极管D1的另一端和电压源E的另一端相连。
【技术特征摘要】
1.一种新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路，其特征在于:包括功率开关组1、功率开关组I1、电感L、一个功率开关M、电压源E、续流二极管Dl和续流二极管D2 ;其中所述功率开关组I和功率开关组II为n+1个桥的桥式开关电路且其n+1条引出线接η个串联的单体电池，功率开关组I为上桥臂，功率开关组II为下桥臂；功率开关组I的一端同时与二极管D2的一端和电感L的一端相连，电感L的另一端同时与二极管Dl的一端和功率开关M的一端相连，二极管D2的另一端和功率开关M的另一端同时与电压源E的一端相连；所述功率开关组II的一端同时与二极管Dl的另一端和电压源E的另一端相连。2.根据权利要求1所述的新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路，其特征在于:所述功率开关组I采用共漏极连接，所述功率开关组II采用共源极连接，功率开关组I的漏极同时与二极管D2的阳极和电感L的一端相连，电感L的另一端同时与二极管Dl的阴极和功率开关M的源极相连，二极管D2的阴极和功率开关M的漏极同时与电压源E的正极相连；所述功率开关组II的源极同时与二极管Dl的阳极和电压源E的负极相连。3.根据权利要求2所述的新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路，其特征在于:所述功率开关组I由功率开关Al，…，An及对应的二极管DAl,…，DAn、一个功率开关Αη+1构成，功率开关组II由一个功率开关B1、功率开关Β2，…，Βη+1及对应的二极管DB2，…，DBn+Ι构成，η为电池组中单体电池的个数。4.根据权利要求1所述的新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路，其特征在于:所述功率开关组I采用共源极连接，所述功率开关组II采用共漏极连接，功率开关组I的源极同时与二极管D2的阴极和电感L的一端相连，电感L的另一端同时与二极管Dl的阳极和功率开关M的漏极相连，二极管D2的阳极和功率开关M的源极同时与电压源E的负极相连；所述功率开关组II的漏极同时与二极管Dl的阴极和电压源E的正极相连。5.根据权利要求4所述的新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路，其特征在于:所述功率开关组I由一个功率开关Al、功率开关Α2, — ,Αη+1及对应的二极管DA2, — ,DAn+Ι构成，功率开关组II由功率开关B...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘红锐，张昭怀，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53
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