基于Buck_Boost单元的反激式多路均衡电路及其控制方法技术

本发明专利技术涉及锂电池均衡技术领域，尤其是基于Buck_Boost单元的反激式多路均衡电路及其控制方法；该均衡拓扑由n个电池单体依次串联组成串联电池组，串联电池组连接变压器的输入端，变压器输出端接一个储能电容，储能电容两端分别连接Buck_Boost单元的输入端，每个电池单体分别连接一个Buck_Boost单元输出端。该拓扑通过变压器对储能电容充电，电容临时存储能量，再通过控制每个Buck_Boost单元中的开关管，将电容中的能量通过Buck_Boost单元分配到需要均衡的电池单体，通过周期性的将电池组能量反馈到电池单体，实现对电池组的整体均衡。该发明专利技术电池组的放电回路经过每个电池单体，电容可向电池单体多路同时放电，具有均衡速度快，能量损耗小等优点。

Flyback Multiplex Equalization Circuit Based on Buck_Boost Unit and Its Control Method

The invention relates to the technical field of lithium battery equalization, in particular a flyback multi-channel equalization circuit based on Buck_Boost unit and its control method; the equalization topology consists of N batteries in series, which connect the input end of transformer, the output end of transformer is connected with an energy storage capacitor, and the input end of Buck_Boost unit is connected with each other respectively. A battery unit is connected to the output of a Buck_Boost unit. The topology charges the energy storage capacitor by transformer, and the capacitor temporarily stores the energy. Then, by controlling the switches in each Buck_Boost unit, the energy in the capacitor is distributed to the battery unit that needs to be balanced through the Buck_Boost unit, and the battery energy is fed back to the battery unit periodically to achieve the overall balance of the battery. The discharge circuit of the battery pack passes through each battery unit, and the capacitor can discharge to the battery unit at the same time, which has the advantages of fast equalization speed and low energy loss.

【技术实现步骤摘要】
基于Buck_Boost单元的反激式多路均衡电路及其控制方法
本专利技术涉及锂电池均衡
，尤其是一种基于Buck_Boost单元的反激式多路均衡电路及其控制方法。
技术介绍
日益严重的环境问题和经济问题促使着各国都在积极推动清洁能源的开发，同时城市交通方面也在向着清洁、高效和可持续发展的方向发展，锂电池以能量密度高，体积小，无记忆效应、循环寿命长等优点，已被广泛应用于纯电动汽车和混合动力电动汽车。由于锂电池单体电压较低，为了实现在高压场合的应用，通常需要将很多个锂电池单体串联起来以达到高电压输出。但是锂电池在生产工艺方面存在一些差异，导致其单体电池内阻，储存能量，工作环境温度等参数不一致，因此电池组在充放电过程中会存在过充和过放现象，这样不仅降低了电池的效率、容量，更严重的会缩短电池寿命以至于会发生爆炸的危险。因此研究一种电池均衡电路来保证电池在工作过程中的电压一致问题，从而提高电池工作效率和延长电池寿命具有重要意义。目前，研究人员曾提出过许多均衡电路拓扑，按照拓扑结构分类，可以将这些均衡电路分为两大类：集中式均衡电路和分布式均衡电路。集中式均衡电路是指整个电池组共用一个均衡器，通过变换器分压等技术将能量重新分配到各个电池单体，最终实现能量在电池单体与电池组间传递的一种均衡方式。分布式均衡电路则是指每个电池单体都配有一个均衡器，通过每个均衡器工作来实现电池单体间的均衡。从能量角度来看，均衡电路又可分为耗散型均衡和非耗散型均衡。耗散型均衡是指通过每个电池单体两端并联的电阻消耗掉多余的能量来达到均衡的目的，该方法也是最早提出来的方案，但由于其存在大量的能量消耗以及会产生多余的热量，会使得均衡效率大大降低，因此非耗散型均衡电路成为研究的主流方向。非耗散型均衡电路是指通过电感，电容，变压器等储能元件将高电压电池中的能量转移到低电压电池中，在均衡过程很少有能量的损耗，并且具有较高的均衡效率。但是传统的Buck_Boost均衡电路方法，通过开关选择需要均衡的两个电池，将高电压电池中的能量转移到低电压的电池中，实现能量的传递，然而这种方法每次只能在两个电池之间进行能量的传递，因此会存在均衡速度较慢的问题。基于多绕组变压器的均衡电路，通过将电池组的能量从变压器原边传递到副边多绕组输出端，通过多绕组输出将能量传递到需要均衡的电池单体，这种均衡方法速度较快，但是要达到均衡，必须保证副边绕组参数完全一致，但是在实际中由于各绕组之间存在交叉影响，很难实现参数完全一致，所以极大的限制了该类拓扑在实际中的应用。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供了一种基于Buck_Boost单元的反激式多路均衡电路，既解决了传统Buck_Boost均衡速度慢的问题，又解决了多绕组变压器输出端交叉影响的问题。本专利技术采用的技术方案是：一种基于Buck_Boost单元的反激式多路均衡电路，包括n个电池单体，一个反激变压器，一个储能电容C1，n个Buck_Boost单元；每个电池单体分别连接一个Buck_Boost单元的输出端；n个Buck_Boost单元互相并联，并联后的输入端与储能电容C1连接；Buck_Boost单元的输出端分别连接一个电池单体；n个电池单体串联成电池组；串联电池组连接反激变压器原边，反激变压器副边接储能电容C1；反激变压器与电池组之间连接充电控制开关管SQ；所述的Buck_Boost单元包括两个开关管，三个二极管，一个电感；其中一个开关管和两个二极管分别与电感、电容构成谐振回路，另外一个开关管和另外一个二极管与电池单体构成放电回路。该均衡电路拓扑的控制方法，包括以下过程：通过对电池组释放能量，再将该部分能量转移到电池组中低能量的电池单体，从而实现电池单体间的均衡；具体过程如下：先控制反激变压器原边开关管导通，将电池组能量通过反激变压器传递到副边输出电容中，然后再控制低能量电池单体对应的Buck_Boost单元输入端开关管导通，电容与电感发生谐振，将电容中的能量分配到各个电感中，最后再控制Buck_Boost单元输出端开关管导通，将电感中的能量转移到电池单体中，从而实现能量从电池组向电池单体多路传递的过程。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)与现有的多绕组变压器均衡拓扑相比，本专利技术只包含一个变压器，并且输出端连接n个Buck_Boost单元，各单元之间相互独立控制，不存在多绕组变压器输出绕组之间互相交叉影响的问题，并且具有体积小，控制简单的优点。(2)本专利技术电池组放电回路流经整个电池组，不同位置的电池单体具有相同的均衡速度，避免了由于电池单体均衡速度不一致造成的电压交错现象，减小能量损耗。(3)本专利技术Buck_Boost单元在原有电路的基础上增加了一个开关管，两个二极管，用以限制电流路径，保证各个模态相互独立，避免互相交叉影响的问题。(4)本专利技术将电池组的能量向低能量电池单体转移时可实现多路同时均衡，从而提高了均衡速度。附图说明图1为本专利技术的基于Buck_Boost单元的反激式多路均衡电路结构图。图2为实施例以四电池组中B3、B4充电为例的电路工作时序图。图3为实施例以4电池组为例在一个周期内的工作模态1电路图。图4为实施例以4电池组为例在一个周期内的工作模态2电路图。图5为实施例以4电池组为例在一个周期内的工作模态3电路图。图6为实施例以4电池组为例在一个周期内的工作模态4电路图。图7a为实施例图1在模态1状态下的等效电路图。图7b为实施例图1在模态2状态下的等效电路图。图7c为实施例图1在模态3状态下的等效电路图。图7d为实施例图1在模态4状态下的等效电路图。图8为实施例图1在模态2状态下的励磁电感Lm和电容C1充放电波形。图9为实施例图1在模态3状态下的电容C1和电感L充放电波形。图10为实施例均衡电路拓扑控制流程图。图11为实施例均衡电路拓扑关键仿真波形。图12为实施例4电池串联电池组均衡仿真波形图。图13为实施例6电池串联电池组均衡仿真波形图。图14为实施例均衡拓扑在充电模式下4电池组的均衡仿真波形。图15为实施例均衡拓扑在放电模式下4电池组的均衡仿真波形。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。如图1所示，一种基于Buck_Boost单元的反激式多路均衡电路，包括n个电池单体B1、B2……Bn，一个反激变压器，一个储能电容C1，n个Buck_Boost单元；每个电池单体分别连接一个Buck_Boost单元的输出端；n个Buck_Boost单元互相并联，并联后的输入端与储能电容C1连接；Buck_Boost单元的输出端分别连接一个电池单体；n个电池单体串联成电池组；串联电池组连接反激变压器原边，反激变压器副边接储能电容C1；反激变压器与电池组之间连接充电控制开关管SQ；所述的Buck_Boost单元包括两个开关管，三个二极管，一个电感；其中一个开关管和两个二极管分别与电感、电容构成谐振回路，另外一个开关管和另外一个二极管与电池单体构成放电回路。该均衡电路拓扑的控制方法，包括以下过程：在一个周期开始时，先控制充电控制开关管SQ导通，电池组向变压器原边励磁电感储能，然后关断充电控制开关管SQ，此时原边励磁电感中的能量将通过变压器耦合释放到副边电容C1中，然后导通低能量的电池(m个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于Buck_Boost单元的反激式多路均衡电路，其特征在于，包括n个电池单体，一个反激变压器，一个储能电容，n个Buck_Boost单元；每个电池单体分别连接一个Buck_Boost单元的输出端；n个Buck_Boost单元互相并联，并联后的输入端与储能电容连接；Buck_Boost单元的输出端分别连接一个电池单体；n个电池单体串联成电池组；串联电池组连接反激变压器原边，反激变压器副边接储能电容；反激变压器与电池组之间连接充电控制开关管。

【技术特征摘要】
1.基于Buck_Boost单元的反激式多路均衡电路，其特征在于，包括n个电池单体，一个反激变压器，一个储能电容，n个Buck_Boost单元；每个电池单体分别连接一个Buck_Boost单元的输出端；n个Buck_Boost单元互相并联，并联后的输入端与储能电容连接；Buck_Boost单元的输出端分别连接一个电池单体；n个电池单体串联成电池组；串联电池组连接反激变压器原边，反激变压器副边接储能电容；反激变压器与电池组之间连接充电控制开关管。2.根据权利要求1所示的基于Buck_Boost单元的反激式多路均衡电路，其特征在于，所述的Buck_Boost单元包括两个开关管，三个二极管，一个电感；其中一个开关管和两个二极管分别与电感、电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐顺刚，李康乐，奥迪，高凯，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51