串联电池组的主被动混合均衡电路及其充电控制方法技术

本发明专利技术公开了一种串联电池组的主被动混合均衡电路及其充电控制方法。该均衡电路包括：主动均衡电路、被动均衡电路和控制电路，主动均衡电路包括能量切换开关组、反激式变压器和储能电容，被动均衡电路包括接地滤波电路和放电开关组，控制电路包括主控制单元和电池监测单元。本发明专利技术提供的所述主被动混合均衡电路，在恒流充电阶段采用主动均衡电路，在恒压充电阶段采用被动均衡电路，均衡效果更加理想；该均衡电路与传统单一的均衡电路相比，无需能量切换开关组进行单体电池与单体电池之间能量的传递，控制算法更加简单；在主动均衡过程中通过反激式变压器进行能量存储，实现了储能电容与串联电池组以及储能电容与各个单体电池之间的能量转换。

【技术实现步骤摘要】
串联电池组的主被动混合均衡电路及其充电控制方法
本专利技术涉及电池管理
，具体而言，涉及一种串联电池组的主被动混合均衡电路及其充电控制方法。
技术介绍
目前，随着电动汽车的快速发展，电池管理系统越来越成为人们关注的焦点，由于每节锂电池在生产过程中不可避免地存在物理特性上的差异，或者其他外界条件的干扰都会使大量锂电池组使用的情况出现不均衡问题，最终导致锂电池组利用率下降，进而影响每节锂电池的使用寿命，甚至会烧毁锂电池组，出现破坏整个电池管理系统的重大事故。因此，如何对锂电池组的一致性进行均衡控制，是一项急需解决的技术问题。基于上述情况，出现很多种电池均衡电路，主要分为主动均衡控制电路和被动均衡控制电路，然而上述控制电路存在以下缺陷：(1)主动均衡控制电路硬件电路复杂，工作过程繁琐需要配合复杂的软件算法才能实现均衡效果，可靠性低，尤其在恒压充电阶段，容易受到储能元件的干扰，均衡效果较差；(2)被动均衡控制电路通过把多余的能量释放掉来达到均衡效果，这会造成能量的不必要浪费，降低电池组的利用率，同时在小功率限制场合，会使恒流充电阶段的时间变长，无法满足快速充电的要求。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的第一目的在于提出一种串联电池组的主被动混合均衡电路。本专利技术的第二目的在于提出一种适用于串联电池组的主被动混合均衡电路的充电控制方法。本专利技术的第三目的在于提出一种计算机装置。本专利技术的第四目的在于提出一种计算机可读存储介质。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面的技术方案，提供了一种串联电池组的主被动混合均衡电路，所述串联电池组包括多个串联的单体电池，所述均衡电路包括：主动均衡电路、被动均衡电路和控制电路，所述主动均衡电路包括：能量切换开关组、反激式变压器和储能电容，所述被动均衡电路包括：接地滤波电路和放电开关组，所述控制电路包括：主控制单元和电池监测单元；其中，串联电池组的输出端分别与所述接地滤波电路的输入端和反激式变压器的输入端相连接，所述接地滤波电路的输出端与所述电池监测单元的输入端相连接，所述电池监测单元的输出端与所述放电开关组的输入端相连接，所述放电开关组的输出端与所述串联电池组的输入端相连接；所述电池监测单元与所述主控制单元相连接，所述主控制单元的输出端与所述能量切换开关组的输入端相连接，所述能量切换开关组的输出端分别与所述反激式变压器的输入端和储能电容的输入端相连接，所述反激式变压器的输出端与所述储能电容的输入端相连接，所述储能电容的输出端与所述串联电池组的输入端相连接；所述接地滤波电路，用于对每个单体电池输出的模拟电信号进行过滤，并输出过滤后的模拟电信号；所述电池监测单元，用于采集所述过滤后的模拟电信号，并将所述过滤后的模拟电信号转换成数字电信号，将所述数字电信号发送至所述主控制单元；所述主控制单元，用于接收所述数字电信号，并根据所述数字电信号控制所述能量切换开关组中的每个开关元件的导通与关断，以供串联电池组将能量储存在所述反激式变压器的初级线圈；所述反激式变压器，所述反激式变压器的初级线圈将所述能量传递给其次级线圈，所述次级线圈将存储的能量传递给所述储能电容；所述储能电容，用于将存储的能量传递给串联电池组，以实现所述储能电容与串联电池组之间的能量转换；所述储能电容，还用于将存储的能量传递给所述单体电池，以实现所述储能电容与各个单体电池之间的能量转换；以及所述电池监测单元，还用于根据所述数字电信号控制所述放电开关组中的每个开关元件的导通与关断，以供所述串联电池组中的待放电的各个单体电池放电。优选地，所述主控制单元具体包括：第一电源模块、第一SPI通信接口模块、单片机控制器、异或门处理电路、第一磁偶隔离模块和第一驱动模块；其中，所述第一电源模块分别与所述单片机控制器、异或门处理电路、第一磁偶隔离模块和第一驱动模块相连接，所述第一SPI通信接口模块分别与所述电池监测单元和单片机控制器相连接，所述单片机控制器的输出端和异或门处理电路的输入端相连接，所述异或门处理电路的输出端与所述第一磁偶隔离模块的输入端相连接，所述第一磁偶隔离模块的输出端与所述第一驱动模块的输入端相连接，以及所述第一驱动模块的输出端与所述能量切换开关组的输入端相连接；所述单片机控制器，用于通过第一SPI通信接口模块接收所述电池监测单元输出的数字电信号，并根据所述数字电信号控制发出对所述能量切换开关组的时序控制信号，并将所述时序控制信号发送至所述异或门处理电路；所述异或门处理电路，用于接收所述时序控制信号，并对该时序控制信号进行运算，输出运算后的时序控制信号至所述第一磁偶隔离模块；所述第一磁偶隔离模块，用于接收所述运算后的时序控制信号，并对该运算后的时序控制信号进行磁偶隔离，并将磁偶隔离后的时序控制信号发送至所述第一驱动模块；所述第一驱动模块，用于接收所述磁偶隔离后的时序控制信号，并根据该磁偶隔离后的时序控制信号发送对应的驱动信号至所述能量切换开关组，以控制所述能量切换开关组中的每个开关元件的导通与关断；所述第一电源模块，用于分别为所述单片机控制器、异或门处理电路、第一磁偶隔离模块和第一驱动模块供电。优选地，所述电池监测单元具体包括：第二电源模块、第二SPI通信接口模块、电池模拟信号采集接口模块、电池管理芯片、第二磁偶隔离模块和第二驱动模块；其中，所述第二电源模块分别与所述第二磁偶隔离模块和第二驱动模块相连接，所述接地滤波电路的输出端与所述第二SPI通信接口模块的输入端相连接，所述电池管理芯片分别与所述第二SPI通信接口模块和电池模拟信号采集接口模块相连接，所述电池管理芯片的输出端与所述第二磁偶隔离模块的输入端相连接，所述第二磁偶隔离模块的输出端与所述第二驱动模块的输入端相连接，所述第二驱动模块的输出端与所述放电开关组的输入端相连接，以及所述第二SPI通信接口模块与所述主控制单元相连接；所述电池管理芯片，用于通过电池模拟信号采集接口模块采集所述接地滤波电路输出的过滤后的模拟电信号；所述电池管理芯片，用于通过第二SPI通信接口模块将所述过滤后的模拟电信号转换成数字电信号，将所述数字电信号发送至所述主控制单元，以供所述主控制单元根据所述数字电信号控制所述能量切换开关组中的每个开关元件的导通与关断；所述电池管理芯片，还用于根据所述数字电信号控制发出对所述放电开关组的时序控制信号，并将所述放电开关组的时序控制信号发送至所述第二磁偶隔离模块；所述第二磁偶隔离模块，用于接收所述放电开关组的时序控制信号，并对该放电开关组的时序控制信号进行磁偶隔离，并将磁偶隔离后的时序控制信号发送至所述第二驱动模块；所述第二驱动模块，用于接收所述磁偶隔离后的时序控制信号，并根据该磁偶隔离后的时序控制信号发送对应的驱动信号至所述放电开关组，以控制所述放电开关组中的每个开关元件的导通与关断。优选地，当所述串联电池组包括三个串联的锂电池Cell12、锂电池Cell26和锂电池Cell34时，所述接地滤波电路，包括第一滤波电路、第二滤波电路和第三滤波电路，所述第一滤波电路包括滤波电容C9和电阻R10，所述第二滤波电路包括滤波电容C24和电阻R23，所述第三滤波电路包括滤波电容C32和电阻R30；所述放电开关组，包括开关管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联电池组的主被动混合均衡电路，所述串联电池组包括多个串联的单体电池，其特征在于，所述均衡电路包括：主动均衡电路、被动均衡电路和控制电路，所述主动均衡电路包括：能量切换开关组、反激式变压器和储能电容，所述被动均衡电路包括：接地滤波电路和放电开关组，所述控制电路包括：主控制单元和电池监测单元；其中，串联电池组的输出端分别与所述接地滤波电路的输入端和反激式变压器的输入端相连接，所述接地滤波电路的输出端与所述电池监测单元的输入端相连接，所述电池监测单元的输出端与所述放电开关组的输入端相连接，所述放电开关组的输出端与所述串联电池组的输入端相连接；所述电池监测单元与所述主控制单元相连接，所述主控制单元的输出端与所述能量切换开关组的输入端相连接，所述能量切换开关组的输出端分别与所述反激式变压器的输入端和储能电容的输入端相连接，所述反激式变压器的输出端与所述储能电容的输入端相连接，所述储能电容的输出端与所述串联电池组的输入端相连接；所述接地滤波电路，用于对每个单体电池输出的模拟电信号进行过滤，并输出过滤后的模拟电信号；所述电池监测单元，用于采集所述过滤后的模拟电信号，并将所述过滤后的模拟电信号转换成数字电信号，将所述数字电信号发送至所述主控制单元；所述主控制单元，用于接收所述数字电信号，并根据所述数字电信号控制所述能量切换开关组中的每个开关元件的导通与关断，以供串联电池组将能量储存在所述反激式变压器的初级线圈；所述反激式变压器，所述反激式变压器的初级线圈将所述能量传递给其次级线圈，所述次级线圈将存储的能量传递给所述储能电容；所述储能电容，用于将存储的能量传递给串联电池组，以实现所述储能电容与串联电池组之间的能量转换；所述储能电容，还用于将存储的能量传递给所述单体电池，以实现所述储能电容与各个单体电池之间的能量转换；以及所述电池监测单元，还用于根据所述数字电信号控制所述放电开关组中的每个开关元件的导通与关断，以供所述串联电池组中的待放电的各个单体电池放电。...

【技术特征摘要】
1.一种串联电池组的主被动混合均衡电路，所述串联电池组包括多个串联的单体电池，其特征在于，所述均衡电路包括：主动均衡电路、被动均衡电路和控制电路，所述主动均衡电路包括：能量切换开关组、反激式变压器和储能电容，所述被动均衡电路包括：接地滤波电路和放电开关组，所述控制电路包括：主控制单元和电池监测单元；其中，串联电池组的输出端分别与所述接地滤波电路的输入端和反激式变压器的输入端相连接，所述接地滤波电路的输出端与所述电池监测单元的输入端相连接，所述电池监测单元的输出端与所述放电开关组的输入端相连接，所述放电开关组的输出端与所述串联电池组的输入端相连接；所述电池监测单元与所述主控制单元相连接，所述主控制单元的输出端与所述能量切换开关组的输入端相连接，所述能量切换开关组的输出端分别与所述反激式变压器的输入端和储能电容的输入端相连接，所述反激式变压器的输出端与所述储能电容的输入端相连接，所述储能电容的输出端与所述串联电池组的输入端相连接；所述接地滤波电路，用于对每个单体电池输出的模拟电信号进行过滤，并输出过滤后的模拟电信号；所述电池监测单元，用于采集所述过滤后的模拟电信号，并将所述过滤后的模拟电信号转换成数字电信号，将所述数字电信号发送至所述主控制单元；所述主控制单元，用于接收所述数字电信号，并根据所述数字电信号控制所述能量切换开关组中的每个开关元件的导通与关断，以供串联电池组将能量储存在所述反激式变压器的初级线圈；所述反激式变压器，所述反激式变压器的初级线圈将所述能量传递给其次级线圈，所述次级线圈将存储的能量传递给所述储能电容；所述储能电容，用于将存储的能量传递给串联电池组，以实现所述储能电容与串联电池组之间的能量转换；所述储能电容，还用于将存储的能量传递给所述单体电池，以实现所述储能电容与各个单体电池之间的能量转换；以及所述电池监测单元，还用于根据所述数字电信号控制所述放电开关组中的每个开关元件的导通与关断，以供所述串联电池组中的待放电的各个单体电池放电。2.根据权利要求1所述的串联电池组的主被动混合均衡电路，其特征在于，所述主控制单元具体包括：第一电源模块、第一SPI通信接口模块、单片机控制器、异或门处理电路、第一磁偶隔离模块和第一驱动模块；其中，所述第一电源模块分别与所述单片机控制器、异或门处理电路、第一磁偶隔离模块和第一驱动模块相连接，所述第一SPI通信接口模块分别与所述电池监测单元和单片机控制器相连接，所述单片机控制器的输出端和异或门处理电路的输入端相连接，所述异或门处理电路的输出端与所述第一磁偶隔离模块的输入端相连接，所述第一磁偶隔离模块的输出端与所述第一驱动模块的输入端相连接，以及所述第一驱动模块的输出端与所述能量切换开关组的输入端相连接；所述单片机控制器，用于通过第一SPI通信接口模块接收所述电池监测单元输出的数字电信号，并根据所述数字电信号控制发出对所述能量切换开关组的时序控制信号，并将所述时序控制信号发送至所述异或门处理电路；所述异或门处理电路，用于接收所述时序控制信号，并对该时序控制信号进行运算，输出运算后的时序控制信号至所述第一磁偶隔离模块；所述第一磁偶隔离模块，用于接收所述运算后的时序控制信号，并对该运算后的时序控制信号进行磁偶隔离，并将磁偶隔离后的时序控制信号发送至所述第一驱动模块；所述第一驱动模块，用于接收所述磁偶隔离后的时序控制信号，并根据该磁偶隔离后的时序控制信号发送对应的驱动信号至所述能量切换开关组，以控制所述能量切换开关组中的每个开关元件的导通与关断；所述第一电源模块，用于分别为所述单片机控制器、异或门处理电路、第一磁偶隔离模块和第一驱动模块供电。3.根据权利要求1所述的串联电池组的主被动混合均衡电路，其特征在于，所述电池监测单元具体包括：第二电源模块、第二SPI通信接口模块、电池模拟信号采集接口模块、电池管理芯片、第二磁偶隔离模块和第二驱动模块；其中，所述第二电源模块分别与所述第二磁偶隔离模块和第二驱动模块相连接，所述接地滤波电路的输出端与所述第二SPI通信接口模块的输入端相连接，所述电池管理芯片分别与所述第二SPI通信接口模块和电池模拟信号采集接口模块相连接，所述电池管理芯片的输出端与所述第二磁偶隔离模块的输入端相连接，所述第二磁偶隔离模块的输出端与所述第二驱动模块的输入端相连接，所述第二驱动模块的输出端与所述放电开关组的输入端相连接，以及所述第二SPI通信接口模块与所述主控制单元相连接；所述电池管理芯片，用于通过电池模拟信号采集接口模块采集所述接地滤波电路输出的过滤后的模拟电信号；所述电池管理芯片，用于通过第二SPI通信接口模块将所述过滤后的模拟电信号转换成数字电信号，将所述数字电信号发送至所述主控制单元，以供所述主控制单元根据所述数字电信号控制所述能量切换开关组中的每个开关元件的导通与关断；所述电池管理芯片，还用于根据所述数字电信号控制发出对所述放电开关组的时序控制信号，并将所述放电开关组的时序控制信号发送至所述第二磁偶隔离模块；所述第二磁偶隔离模块，用于接收所述放电开关组的时序控制信号，并对该放电开关组的时序控制信号进行磁偶隔离，并将磁偶隔离后的时序控制信号发送至所述第二驱动模块；所述第二驱动模块，用于接收所述磁偶隔离后的时序控制信号，并根据该磁偶隔离后的时序控制信号发送对应的驱动信号至所述放电开关组，以控制所述放电开关组中的每个开关元件的导通与关断。4.根据权利要求1所述的串联电池组的主被动混合均衡电路，当所述串联电池组包括三个串联的锂电池Cell12、锂电池Cell26和锂电池Cell34时，其特征在于，所述接地滤波电路，包括第一滤波电路、第二滤波电路和第三滤波电路，所述第一滤波电路包括滤波电容C9和电阻R10，所述第二滤波电路包括滤波电容C24和电阻R23，所述第三滤波电路包括滤波电容C32和电阻R30；所述放电开关组，包括开关管Q18、开关管Q28和开关管Q36，所述开关管Q18、开关管Q28和开关管Q36均为N-MOSFET管；其中，所述滤波电容C9的一端分别与所述电阻R10的一端和电池监测单元的第一输入端相连，所述滤波电容C9的另一端接地，所述电阻R10的另一端与所述锂电池Cell12的正极相连，所述电池监测单元的第一输出端与所述开关管Q18的栅极连接，所述开关管Q18的源极分别与所述锂电池Cell12的负极和瞬态抑制二极管VD19的阳极相连，所述瞬态抑制二极管VD19的阴极连接至所述滤波电容C9...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘卫平，于春涛，古金，刘佳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22