主动式电池组均衡电路及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种主动式电池组均衡电路及控制方法，该主动式电池组均衡电路包括电压监测电路、电流监测电路、开关阵列、双向DC‑DC变换器、均衡母线和控制电路，所述微控制器用于根据所述电压监测电路和电流监测电路的采样值判断电池组中各单节电池的荷电状态，所述驱动电路用于控制所述开关阵列将所述电池组中的不平衡电池选通到所述双向DC‑DC变换器的输入端，并控制所述双向DC‑DC变换器交替工作在充电和放电两个状态，使不平衡电池与整个电池组之间实现能量交换。本发明专利技术显著减少了整个均衡系统的开关数量和储能元件，具有结构简单、控制灵活、易于扩展、效率较高的优势。

【技术实现步骤摘要】
主动式电池组均衡电路及控制方法
本专利技术涉及电池均衡
，特别涉及一种主动式电池组均衡电路及控制方法。
技术介绍
为了满足电动汽车等大功率应用对电压和功率的要求，锂离子电池通常串联和并联连接来构成电池组。而电池组中的电池通常存在性能差异，并且这些差异会随着电池的老化而扩大。这将导致电池组可以容量和寿命的下降，甚至引起火灾和爆炸。因此，应采用电池均衡技术来实现电池组的均衡管理，充分发挥电池现有的潜能、延长电池的使用寿命，保障电池组安全可靠的工作。传统电池均衡方法需要采用大量的开关和储能元件才能实现均衡，具有集成度低、可靠性差、成本高的缺点。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种主动式电池组均衡电路及控制方法，旨在提高了均衡系统的集成度和可靠性，解决低成本、小体积均衡长串联电池组的难题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种主动式电池组均衡电路，包括电压监测电路、电流监测电路、开关阵列、双向DC-DC变换器、均衡母线和控制电路，所述控制电路包括微控制器和与所述微控制器连接的驱动电路，所述电池组通过所述电压监测电路、电流监测电路连接到所述微控制器，所述微控制器通过所述驱动电路连接所述开关阵列和双向DC-DC变换器，所述电池组中的单节电池通过所述开关阵列连接到所述双向DC-DC变换器的输入端，所述双向DC-DC变换器的输出端连接整个电池组；所述微控制器用于根据所述电压监测电路和电流监测电路的采样值判断电池组中各单节电池的荷电状态，所述驱动电路用于控制所述开关阵列将所述电池组中的不平衡电池选通到所述双向DC-DC变换器的输入端，并控制所述双向DC-DC变换器交替工作在充电和放电两个状态，使不平衡电池与整个电池组之间实现能量交换。本专利技术进一步的技术方案是，所述电池组包括n节串联的单节电池，所述开关阵列包括n+1个开关管，所述双向DC-DC变换器包括六个开关管、一个电感、电容C1、均衡母线电容C2和一个变压器；其中，所述DC-DC变换器中的四个开关管组成两个桥臂，所述电容C1与所述电感L1串联后分别连接所述两个桥臂的中点，然后与均衡母线电容C2并联；所述DC-DC变换器中的另外两个开关管和所述变压器构成双向反激变换器，所述双向反激变换器的输入端连接所述均衡母线电容C2，输出端连接整个电池组。本专利技术进一步的技术方案是，所述开关阵列同一时刻只能选通一节电池，且奇数节单节电池和偶数节单节电池经过所述开关阵列连接到所述双向DC-DC变换器输入端的电压极性不同。本专利技术进一步的技术方案是，所述双向DC-DC变换器能使均衡电流工作在连续可调状态。本专利技术主动式电池组均衡电路的有益效果是：本专利技术通过上述技术方案，包括电压监测电路、电流监测电路、开关阵列、双向DC-DC变换器、均衡母线和控制电路，所述控制电路包括微控制器和与所述微控制器连接的驱动电路，所述电池组通过所述电压监测电路、电流监测电路连接到所述微控制器，所述微控制器通过所述驱动电路连接所述开关阵列和双向DC-DC变换器，所述电池组中的单节电池通过所述开关阵列连接到所述双向DC-DC变换器的输入端，所述双向DC-DC变换器的输出端连接整个电池组；所述微控制器用于根据所述电压监测电路和电流监测电路的采样值判断电池组中各单节电池的荷电状态，所述驱动电路用于控制所述开关阵列将所述电池组中的不平衡电池选通到所述双向DC-DC变换器的输入端，并控制所述双向DC-DC变换器交替工作在充电和放电两个状态，使不平衡电池与整个电池组之间实现能量交换，显著减少了整个均衡系统的开关数量和储能元件，具有结构简单、控制灵活、易于扩展、效率较高的优势；此外，还能使均衡电流工作在连续可调状态，具备卓越的单节电池快速均衡性能，提高了均衡系统的集成度和可靠性，解决了低成本小体积均衡长串联电池组的难题。为实现上述目的，本专利技术还提出一种主动式电池组均衡电路控制方法，所述方法应用于如上所述的主动式电池组均衡电路，所述方法包括以下步骤：微控制器获取电压监测电路的采样值和电流监测电路的采样值；根据所述电压监测电路的采样值和电流监测电路的采样值计算电池组中各单节电池的SOC值；根据所述各单节电池的SOC值获取所述各单节电池的SOC值与电池组平均SOC值的差值；将所述差值与预设的最大均衡阈值和最小均衡阈值相比对；当所述差值大于所述最大均衡阈值、或者小于所述最小均衡阈值时，控制所述主动式电池组均衡电路对电池组执行均衡操作。本专利技术进一步的技术方案是，所述控制所述主动式电池组均衡电路对电池组执行均衡操作的步骤之前包括：微控制器按照差值从大到小的顺序对不平衡电池进行均衡排序；按照均衡排序通过驱动电路依次导通开关阵列中各个不平衡电池对应的开关管，将不平衡电池依次选通到双向DC-DC变换器的输入端；根据所述各单节电池的SOC值获取所述各单节电池的SOC值与电池组平均SOC值的差值，控制双向DC-DC变换器的工作状态，以对电池组执行均衡操作。本专利技术进一步的技术方案是，所述按照均衡排序通过驱动电路依次导通开关阵列中各个不平衡电池对应的开关管的步骤之前包括：判断不均衡电池是奇数或偶数；根据判断结果以及所述差值获取对应的工作模式，所述工作模式包括均衡过电压的奇数节电池模式、均衡过电压的偶数节电池模式、均衡欠电压的奇数节电池模式和均衡欠电压的偶数节电池模式；所述按照均衡排序通过驱动电路依次导通开关阵列中各个不平衡电池对应的开关管的步骤还包括：根据所述均衡排序以及所述工作模式通过驱动电路依次导通开关阵列中各个不平衡电池对应的开关管。本专利技术进一步的技术方案是，所述根据所述各单节电池的SOC值获取所述各单节电池的SOC值与电池组平均SOC值的差值，控制双向DC-DC变换器的工作状态，以对电池组执行均衡操作的步骤包括：当奇数节电池或偶数节电池的SOC值与电池组平均SOC值的差值大于所述最大均衡阈值时，采用对应的衡过电压的奇数节电池模式或均衡过电压的偶数节电池模式控制所述双向DC-DC变换器将工作在放电状态；当奇数节电池或偶数节电池的SOC值与电池组平均SOC值的差值小于所述最小均衡阈值时，采用对应的均衡欠电压的奇数节电池模式或均衡欠电压的偶数节电池模式控制所述双向DC-DC变换器将工作在充电状态。本专利技术进一步的技术方案是，所述当所述差值大于所述最大均衡阈值时，控制所述主动式电池组均衡电路对电池组执行均衡操作的步骤包括：当所述差值大于所述最大均衡阈值时，控制过压电池向所述均衡母线电容C2传递能量；控制所述均衡母线电容C2向整个电池组传递能量。本专利技术进一步的技术方案是，所述当所述差值小于所述最小均衡阈值时，控制所述主动式电池组均衡电路对电池组执行均衡操作的步骤包括：当所述差值小于所述最小均衡阈值时，控制整个电池组向所述均衡母线电容C2传递能量；控制所述均衡母线电容C2向欠压电池传递能量。本专利技术主动式电池组均衡电路控制方法的有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动式电池组均衡电路，其特征在于，包括电压监测电路、电流监测电路、开关阵列、双向DC-DC变换器、均衡母线和控制电路，所述控制电路包括微控制器和与所述微控制器连接的驱动电路，所述电池组通过所述电压监测电路、电流监测电路连接到所述微控制器，所述微控制器通过所述驱动电路连接所述开关阵列和双向DC-DC变换器，所述电池组中的单节电池通过所述开关阵列连接到所述双向DC-DC变换器的输入端，所述双向DC-DC变换器的输出端连接整个电池组；/n所述微控制器用于根据所述电压监测电路和电流监测电路的采样值判断电池组中各单节电池的荷电状态，所述驱动电路用于控制所述开关阵列将所述电池组中的不平衡电池选通到所述双向DC-DC变换器的输入端，并控制所述双向DC-DC变换器交替工作在充电和放电两个状态，使不平衡电池与整个电池组之间实现能量交换。/n

【技术特征摘要】
1.一种主动式电池组均衡电路，其特征在于，包括电压监测电路、电流监测电路、开关阵列、双向DC-DC变换器、均衡母线和控制电路，所述控制电路包括微控制器和与所述微控制器连接的驱动电路，所述电池组通过所述电压监测电路、电流监测电路连接到所述微控制器，所述微控制器通过所述驱动电路连接所述开关阵列和双向DC-DC变换器，所述电池组中的单节电池通过所述开关阵列连接到所述双向DC-DC变换器的输入端，所述双向DC-DC变换器的输出端连接整个电池组；
所述微控制器用于根据所述电压监测电路和电流监测电路的采样值判断电池组中各单节电池的荷电状态，所述驱动电路用于控制所述开关阵列将所述电池组中的不平衡电池选通到所述双向DC-DC变换器的输入端，并控制所述双向DC-DC变换器交替工作在充电和放电两个状态，使不平衡电池与整个电池组之间实现能量交换。


2.根据权利要求1所述的主动式电池组均衡电路，其特征在于，所述电池组包括n节串联的单节电池，所述开关阵列包括n+1个开关管，所述双向DC-DC变换器包括六个开关管、一个电感、电容C1、均衡母线电容C2和一个变压器；其中，所述DC-DC变换器中的四个开关管组成两个桥臂，所述电容C1与所述电感L1串联后分别连接所述两个桥臂的中点，然后与均衡母线电容C2并联；所述DC-DC变换器中的另外两个开关管和所述变压器构成双向反激变换器，所述双向反激变换器的输入端连接所述均衡母线电容C2，输出端连接整个电池组。


3.根据权利要求1所述的主动式电池组均衡电路，其特征在于，所述开关阵列同一时刻只能选通一节电池，且奇数节单节电池和偶数节单节电池经过所述开关阵列连接到所述双向DC-DC变换器输入端的电压极性不同。


4.根据权利要求1所述的主动式电池组均衡电路，其特征在于，所述双向DC-DC变换器能使均衡电流工作在连续可调状态。


5.一种主动式电池组均衡电路控制方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1至4任意一项所述的主动式电池组均衡电路，所述方法包括以下步骤：
微控制器获取电压监测电路的采样值和电流监测电路的采样值；
根据所述电压监测电路的采样值和电流监测电路的采样值计算电池组中各单节电池的SOC值；
根据所述各单节电池的SOC值获取所述各单节电池的SOC值与电池组平均SOC值的差值；
将所述差值与预设的最大均衡阈值和最小均衡阈值相比对；
当所述差值大于所述最大均衡阈值、或者小于所述最小均衡阈值时，控制所述主动式电池组均衡电路对电池组执行均衡操作。


6.根据权利要求5所述的主动式电池组均衡电路控制方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王毅，齐贤斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东;44