一種蓄電池組均衡系統(tǒng)和均衡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種蓄電池組均衡系統(tǒng)和均衡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于通過串聯(lián)單體電池組成的蓄電池組來說，各單體電池充放電不一致是導(dǎo)致蓄電池組使用壽命下降的重要因素。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)采用單體電池并聯(lián)電阻的方式來旁路掉多余的電能，但這種將多余電能以熱能形式損耗掉以實現(xiàn)各單體電池間能量均衡的方式屬于有損均衡，不利于節(jié)能和環(huán)保，并且轉(zhuǎn)化的熱量又會給蓄電池組的熱管理帶來負(fù)擔(dān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供一種蓄電池組均衡系統(tǒng)和均衡控制方法，以對蓄電池組中各單體電池的能量進(jìn)行無損均衡。
[0005]一種蓄電池組均衡系統(tǒng)，包括蓄電池組均衡電路和控制器，其中:
[0006]所述蓄電池組均衡電路包括與蓄電池組中各單體電池--對應(yīng)連接的均衡電路單元;
[0007]每個均衡電路單元包括由4個開關(guān)管構(gòu)成的全橋電路、連接在所述全橋電路輸出側(cè)的變壓器繞組、與所述變壓器繞組的漏感串聯(lián)后構(gòu)成諧振腔的諧振電容，以及并聯(lián)在所述諧振電容上的可控開關(guān)；
[0008]每個均衡電路單元的變壓器繞組為同一變壓器磁芯上的相同匝數(shù)的互耦繞組；
[0009]所述控制器分別與所述蓄電池組均衡電路以及蓄電池組中各單體電池相連，用于在檢測到蓄電池組中各單體電池能量不均衡時，控制蓄電池組中能量最低的單體電池對應(yīng)的可控開關(guān)閉合、能量最高的單體電池對應(yīng)的可控開關(guān)斷開，并對所述能量最高的單體電池對應(yīng)的全橋電路進(jìn)行開啟脈沖控制，所述脈沖控制結(jié)束后重新檢測蓄電池組中各單體電池能量是否均衡。
[0010]其中，所述控制器為以蓄電池組中存在外電壓高于第一電壓閾值的單體電池，和/或蓄電池組中存在外電壓低于第二電壓閾值的單體電池作為蓄電池組中各單體電池能量不均衡的判定標(biāo)準(zhǔn)的控制器，其中，所述第一電壓閾值不小于所述第二電壓閾值。
[0011]其中，所述控制器為以蓄電池組中存在剩余電量高于第一電量閾值的單體電池，和/或蓄電池組中存在單體電池剩余電量低于第二電量閾值的單體電池作為蓄電池組中各單體電池能量不均衡的判定標(biāo)準(zhǔn)的控制器，其中，所述第一電量閾值不小于所述第二電量閾值。
[0012]其中，所述控制器為以固定開關(guān)頻率對蓄電池組中能量最高的單體電池對應(yīng)的全橋電路進(jìn)行開啟脈沖控制的控制器，其中，所述固定開關(guān)頻率小于所述蓄電池組均衡電路中最小漏感對應(yīng)的諧振腔的諧振頻率。
[0013]其中，所述控制器為對所述能量最高的單體電池對應(yīng)的全橋電路進(jìn)行開環(huán)的固定開關(guān)頻率、固定開關(guān)脈沖次數(shù)的開啟脈沖控制，或?qū)λ瞿芰孔罡叩膯误w電池對應(yīng)的全橋電路進(jìn)行閉環(huán)的對需要進(jìn)行充/放電單體電池一次性均衡到期望值的固定開關(guān)頻率、不定脈沖次數(shù)的開啟脈沖控制的控制器。
[0014]其中，所述可控開關(guān)為繼電器。
[0015]其中，所述4個開關(guān)管均為NMOS或均為IGBT。
[0016]一種均衡控制方法，應(yīng)用于蓄電池組均衡電路，該蓄電池組均衡電路包括與蓄電池組中各單體電池--對應(yīng)連接的均衡電路單元；每個均衡電路單元包括由4個開關(guān)管構(gòu)成的全橋電路、連接在所述全橋電路輸出側(cè)的變壓器繞組、與所述變壓器繞組的漏感串聯(lián)后構(gòu)成諧振腔的諧振電容，以及并聯(lián)在所述諧振電容上的可控開關(guān)；每個均衡電路單元的變壓器繞組為同一變壓器磁芯上的相同匝數(shù)的互耦繞組；該均衡控制方法包括:
[0017]獲取蓄電池組中各電池單體的能量；
[0018]判斷蓄電池組中各電池單體的能量是否均衡；
[0019]若不均衡，控制蓄電池組中能量最低的單體電池對應(yīng)的可控開關(guān)閉合、能量最高的單體電池對應(yīng)的可控開關(guān)斷開，并對所述能量最高的單體電池對應(yīng)的全橋電路進(jìn)行開啟脈沖控制，所述脈沖控制結(jié)束后重新檢測蓄電池組中各單體電池能量是否均衡。
[0020]其中，所述判斷蓄電池組中各電池單體的能量是否均衡，包括:判斷蓄電池組中是否存在外電壓高于第一電壓閾值的單體電池，和/或是否存在外電壓低于第二電壓閾值的單體電池，其中，所述第一電壓閾值不小于所述第二電壓閾值。
[0021]其中，所述判斷蓄電池組中各電池單體的能量是否均衡，包括:判斷蓄電池組中是否存在剩余電量高于第一電量閾值的單體電池，和/或是否存在剩余電量低于第二電量閾值的單體電池，其中，所述第一電量閾值不小于所述第二電量閾值。
[0022]從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明在檢測到各單體電池能量不均衡時，通過控制能量最低的單體電池對應(yīng)的均衡電路單元中的可控開關(guān)閉合、能量最高的單體電池對應(yīng)的均衡電路單元中的可控開關(guān)斷開，并對能量最高的單體電池對應(yīng)的全橋電路開啟脈沖控制，使能量直接從能量最高者流向能量最低者，該均衡控制邏輯判斷過程循環(huán)執(zhí)行，使得蓄電池組中各單體電池能量可以達(dá)到均衡，均衡效果迅速、控制邏輯簡單；在整個能量轉(zhuǎn)移過程中不涉及電阻散熱，是一種無損均衡策略，有利于節(jié)能、環(huán)保，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
【附圖說明】
[0023]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)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明實施例公開的一種蓄電池組均衡電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實施例公開的一種全橋電路的控制脈沖示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實施例公開的一種均衡控制方法流程圖；
[0027]圖4為所述均衡控制方法的一種具體實現(xiàn)方法流程圖；
[0028]圖5為所述均衡控制方法的又一種具體實現(xiàn)方法流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030]本發(fā)明實施例公開了一種蓄電池組均衡系統(tǒng)，以對蓄電池組中各單體電池的能量進(jìn)行無損均衡，包括蓄電池組均衡電路和控制器；
[0031]參見圖1，所述蓄電池組均衡電路包括與蓄電池組中各單體電池機(jī)?^--
對應(yīng)連接的均衡電路單元(Ai?An);每個均衡電路單元包括4個開關(guān)管(Sg'S.m =1，2，3…n，下同)、1個變壓器繞組(Xm)、l個諧振電容(CJ和I個可控開關(guān)(Km)，其中:
[0032]I) 4個開關(guān)管‘?S mD)構(gòu)成全橋電路(Hm);
[0033]2)變壓器繞組(Xm)接在全橋電路(Hm)的輸出側(cè)，且每個均衡電路單元的變壓器繞組(Xi?Xn)為同一變壓器磁芯上的相同匝數(shù)的互耦繞組；
[0034]3)諧振電容(Crm)與變壓器繞組(Xm)的漏感(Lkm)相串聯(lián)構(gòu)成諧振腔；
[0035]4)可控開關(guān)(Km)并聯(lián)在諧振電容(CJ上，用于短接諧振電容(CJ ;
[0036]所述控制器分別與蓄電池組均衡電路以及蓄電池組中各單體電池相連，用于在檢測到蓄電池組中各單體電池能量不均衡時，控制蓄電池組中能量最低的單體電池對應(yīng)的可控開關(guān)閉合、能量最高的單體電池對應(yīng)的可控開關(guān)斷開，并對所述能量最高的單體電池對應(yīng)的全橋電路進(jìn)行開啟脈沖控制，所述脈沖控制結(jié)束后重新檢測蓄電池組中各單體電池能量是否均衡。
[0037]其中，4個開關(guān)管(S——S Ul0)可統(tǒng)一米用 NMOS(N-Metal Oxide SemiconductorFET, N溝道-金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)，也可統(tǒng)一采用IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，絕緣柵雙極晶體管)，但并不局限?？煽亻_關(guān)(Km)可采用繼電器，且同樣不作局限。
[0038]在本實施例公開的蓄電池組均衡系統(tǒng)中，所述控制器通過控制所述蓄電池組均衡電路來對蓄電池組中各單體電池進(jìn)行能量均衡維護(hù)，以B1為蓄電池組中能量最低的單體電池、B2為蓄電池組中能量最高的單體電池為例，在閉合K1、斷開K2、對H2進(jìn)行開啟脈沖控制后，B2的能量先經(jīng)全橋電路H 2、由LjP C ,2組成的諧振腔、變壓器繞組X 2構(gòu)成的諧振變換器原邊諧振電路，再經(jīng)變壓器繞組X1、全橋電路H1中開關(guān)管的體二極管、可控開關(guān)K i構(gòu)成的副邊整流電路，流到蓄電池組中能量最低的單體電池Biq由于XnS同一變壓器磁芯上的相同匝數(shù)的互耦繞組，單體電池&在蓄電池組中能量最低，電壓最低，因此X1上會獲得感應(yīng)電勢，感應(yīng)電流流經(jīng)Lkl、KjP H B i充電，從而實現(xiàn)了直接利用能量最高的單體電池B 2為能量最低的單體電池B1進(jìn)行充電。之后再進(jìn)行新一輪的均衡控制邏輯判斷，直至蓄電池組中各單體電池能量達(dá)到均衡。
[0039]對Hm進(jìn)行開啟脈沖控制時對應(yīng)的控制脈沖可參考圖2，其中，S mA^P S Λ同步，S吣和Smc同步，且Sim和SmB互補導(dǎo)通，脈沖寬度均為50% (剔除死區(qū)時間)。脈沖的開關(guān)頻率fs為固定值(允許有一定抖頻)，且略小于Lkm構(gòu)成的諧振腔的諧振頻率fr?？紤]到Lkl?Lkn的大小可能會因放電的變壓器繞組與充電的變壓器繞組的位置不同而存在差異，因此實際的開關(guān)頻率fs選取應(yīng)以電感值最小的漏感對應(yīng)的諧振腔的諧振頻率為上限，這樣，在任意兩個變壓器繞組構(gòu)成變壓器時，開關(guān)頻率fs始終小于諧振頻率fr，使得蓄電池組均衡電路始終運行于感性區(qū)域。諧振電路的引入，使得蓄電池組均衡電路的開關(guān)損耗降到最低，器件應(yīng)力得到優(yōu)化，減少熱管理壓力和提升可靠性。
[0040]其中，所述開啟脈沖控制，可以設(shè)計為開環(huán)的固定開關(guān)頻率、固定開關(guān)脈沖次數(shù)的方案，也可以設(shè)計為閉環(huán)的對需要進(jìn)行充(放)電單體電池一次性均衡到期望值的固定開關(guān)頻率、不定脈沖次數(shù)的方案。
[0041 ] 其中，所述控制器可以以單體電池外電壓或單體電池剩余電量作為各單體電池能量是否均衡的衡量參數(shù)。具體的:
[0042]當(dāng)以單體電池外電壓作為衡量參數(shù)時，蓄電池組中各單體電池能量不均衡的判定標(biāo)準(zhǔn)為:蓄電池組中存在外電壓高于第一電壓閾值的單體電池，和/或蓄電池組中存在外電壓低于第二電壓閾值的單體電池，其中所述