【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池管理，具体地，涉及一种串联电池包、电量主动均衡电路、控制方法及拓展拓扑。
技术介绍
1、由于单节锂电池电芯(cell)所提供的电压约为4v，为满足实际使用中电池供电电压，如电动汽车300v平台，通常采用多级串联拓扑结构将电芯组合为电池包(pack)。然而，同一批次的电池由于制造工艺误差，存在自放电率、容量、内阻等参数不一致的情况，导致大量一致性不达标的优质电池由于无法组包而被囤积或低价处理。同时，电池包在使用过程中，由于内部各电芯老化程度不同，也会出现电芯一致性变差的现象。
2、因此，由于电芯的先天固有差异和后天使用差异，串联电芯始终存在一致性差的问题，串联拓扑结构电池包在充电时，部分电芯已充满，而剩余部分未能充满；在放电时，部分电芯已放完，而剩余部分仍存在未用尽电量。
3、为解决上述问题，必须发展可靠的电池电量均衡技术，以确保电池安全提高电能利用率。目前多数均衡研究局限于构造电感、电容等储能元件的电路拓扑结构，对电路模块化应用涉及较少。在串联电池包的电量主动均衡相关技术中，兼具快速性、高效性、经济性、可拓展性的电量均衡方法及模块化应用已经成为电池管理优化的重要方向。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种串联电池包、电量主动均衡电路、控制方法及拓展拓扑。
2、根据本专利技术的一个方面，提供一种串联电池包，包括2至16个串联的电芯，每个电芯对应1套反激式变压器和1个光耦继电器，所有所述反激式变压器复用
3、所述反激式变压器输入侧连接多个串联电芯，输出侧连接单个电芯，实现降压和能量传输；所述光耦继电器，接收来自外部微控制器mcu发出的0/1信号，实现对单个电芯充电的选通任务，控制电芯的均衡时间；所述高频斩波管，接收来自mcu发出的pwm信号，调整反激式变压器输出侧电压，控制对应的电芯的均衡电流。
4、优选的，所述光耦继电器是一种光电池输出型光电耦合器，内部结构包含发光二极管led、光电池和mos管，与所述反激式变压器一次侧正端相连；
5、通过输入驱动信号控制所述二极管led发光与熄灭，即当二极管led发光照射pn结组且光电子能量大于禁带宽度时，激发整列所述光电池产生光生电压，使所述mos管导通，在接入负载后产生光生电流；当所述二极管led熄灭，所述光电流消失，所述光耦继电器内部负载电容上的电荷被释放，所述mos管关断。
6、根据本专利技术的第二个方面，提供一种串联电池包的电量主动均衡电路，包括检测芯片、微控制器mcu和控制电路；
7、所述检测芯片采集所有电芯电压、电流、温度并进行检测，获得电芯状态、充电器状态和负载状态；
8、所述微控制器mcu接收所述电芯状态、所述充电器状态和所述负载状态，以此为依据判断工作模式，并获得相应的均衡时间和均衡电流；并转化为控制信号；
9、所述控制电路将所述控制信号输入至所述串联电池包。控制荷电状态soc高的电芯向荷电状态soc低的电芯充电，实现荷电状态soc趋于一致。
10、优选的，所述检测芯片包括：
11、电池包连接单元，检测芯片端口是否连接电芯；
12、多路adc单元，获取当前时刻电压；
13、过压检测单元，检测当前电压，超过所指定的范围提出过压警告并停止均衡，切断充电桩；
14、温度检测单元，获取电芯温度，检测当前各电芯温度，超过所指定范围提出温度过高警告并停止均衡，切断充电桩或负载；
15、过流检测单元，获取电芯电流，检测当前电芯充放电电流，超过所指定的范围提出过流警告并切断充电桩或负载；
16、预充放电单元，控制电芯内部电荷量初始变化率。
17、优选的，所述微控制器mcu包括：
18、模式判断单元，根据所述电芯状态、所述充电器状态和所述负载状态，识别四种电芯工作模式，分别是充电均衡模式、放电均衡模式、睡眠均衡模式和停止均衡模式；
19、主动均衡计算单元，以每个电芯的soc为输入，基于判断的所述工作模式的电流、电压以及温度特点，获得均衡时间和均衡电流。
20、优选的，所述充电均衡模式是指电芯连接充电器时，一边充电一边均衡；
21、所述放电均衡模式是指电芯连接负载处于放电状态时，一边放电一边均衡；
22、所述睡眠均衡模式是指电芯没有连接负载和连接充电器，处于无外部回路状态，若干时刻倒计时结束后检测，仅在各电芯满足均衡需求时，唤醒均衡电路，进行电芯均衡；
23、所述停止均衡模式是指电芯当前时刻受限于电压、电流或温度的安全指标，下一时刻严禁进行均衡。
24、优选的，所述控制电路包括：
25、光电开关选通单元，输出多路控制信号，控制光继电器选通电芯并确定充放电时长；
26、mos栅极驱动单元，输出一路控制信号，用于提升反激式变压器一次侧mos管栅极驱动能力；
27、高频尖峰吸收单元，吸收高频斩波管在快速开通和关断时，产生的振荡尖峰。
28、根据本专利技术的第三个方面，提供一种串联电池包的电量主动均衡电路控制方法，包括：
29、采集所有电芯电压、电流、温度并进行检测，获得电芯状态、充电器状态和负载状态；
30、接收所述电芯状态、所述充电器状态和所述负载状态，以此为依据判断工作模式，并获得相应的均衡时间和均衡电流；
31、将所述均衡时间和所述均衡电流转为控制信号，输入至电量主动均衡电路，控制荷电状态soc高的电芯向荷电状态soc低的电芯充电，实现荷电状态soc趋于一致。
32、根据本专利技术的第四个方面，提供一种拓展拓扑，包括n层叠套结构，n≤3；
33、第n层结构包括第n层电池拓扑部分以及第n层电量主动均衡电路；
34、所述第n层电池拓扑部分包括2至16个串联的第n-1层结构，每个所述第n-1层结构对应1套反激式变压器和1个光耦继电器；所有所述反激式变压器复用单个高频斩波管；
35、所述第n层控制均衡电路，控制2至16个所述第n-1层结构的荷电状态soc趋于一致；
36、每层结构包括任一项所述的串联电池包和任一项所述的电量主动均衡电路。
37、与现有技术相比，本专利技术实施例至少具有如下的一种有益效果：
38、本专利技术实施例中的串联电池包(pack)以及电量主动均衡电路，基于反激式变换器电路提出，用于串联电芯实现主动均衡。该串联电芯主动均衡拓扑结构能够在电芯充电、放电、睡眠时快速高效的将能量从高饱和度电芯转移到低饱和度电芯上。
39、本专利技术实施例中的串联电池包和电量主动均衡电路，用单高频斩波管和多光耦继电器的拓扑替代了昂贵的多高频斩波管的拓扑，有效降低了元器件成本；从多路高频pwm优化成只需一路高频pwm和多路普通高低电平信号，降低了对mcu性能的需求。
40、本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种串联电池包，其特征在于，包括2至16个串联的电芯，每个电芯对应1套反激式变压器和1个光耦继电器，所有所述反激式变压器复用单个高频斩波管；
2.根据权利要求1所述的串联电池包，其特征在于，所述光耦继电器是一种光电池输出型光电耦合器，内部结构包含发光二极管LED、光电池和MOS管；
3.根据权利要求1所述的一种串联电池包，其特征在于，每个电芯包括一个电芯片或者若干个并联的电芯片。
4.一种适用于权利要求1-3任一项所述的串联电池包的电量主动均衡电路，其特征在于，包括检测芯片、微控制器MCU和控制电路；
5.根据权利要求4所述的一种串联电池包的电量主动均衡电路，其特征在于，所述检测芯片包括：
6.根据权利要求4所述的一种串联电池包的电量主动均衡电路，其特征在于，所述微控制器MCU包括：
7.根据权利要求6所述的一种串联电池包的电量主动均衡电路，其特征在于，
8.根据权利要求4所述的一种串联电池包的电量主动均衡电路，其特征在于，所述控制电路包括：
9.一种串联电池包的电量主动均衡电路控
10.一种拓展拓扑，其特征在于，包括N层叠套结构，N≤3；
...【技术特征摘要】
1.一种串联电池包，其特征在于，包括2至16个串联的电芯，每个电芯对应1套反激式变压器和1个光耦继电器，所有所述反激式变压器复用单个高频斩波管；
2.根据权利要求1所述的串联电池包，其特征在于，所述光耦继电器是一种光电池输出型光电耦合器，内部结构包含发光二极管led、光电池和mos管；
3.根据权利要求1所述的一种串联电池包，其特征在于，每个电芯包括一个电芯片或者若干个并联的电芯片。
4.一种适用于权利要求1-3任一项所述的串联电池包的电量主动均衡电路，其特征在于，包括检测芯片、微控制器mcu和控制电路；...
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