一种分布式可级联隔离均衡电路及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式可级联隔离均衡电路，包括:电源输入选择模块在选择外部交流电源供电时，与AC/DC整流器和线性稳压器模块连通，在选择电池组两端的总电压作为电源输入时，与DC/AC逆变器模块连通；AC/DC整流器和线性稳压器模块的输出端与DC/AC逆变器模块连接；DC/AC逆变器模块的输出端通过双绞连接线连接至直流输出模块；直流输出模块连接至动力电池组；电压检测和被动均衡电路模块用于检测动力电池的电压；驱动模块与DC/AC逆变器模块和直流输出模块分别连接，电压检测和被动均衡电路模块和驱动模块分别与微控制器连接。本发明专利技术均衡输入电源可选，可以选择外部220V交流电输入或者电池组总电压输入，实现充电均衡或电池组组内均衡。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式可级联隔离均衡电路及控制方法
本专利技术涉及一种分布式可级联隔离均衡电路及控制方法。
技术介绍
能源危机和环境污染是当今世界面临的两大难题。电动汽车以节能、环保而广受人们的欢迎，已成为未来汽车发展的必然趋势。而锂离子电池因其高能量密度、低放电率和没有记忆效应，作为动力源被广泛应用在电动汽车和混合电动汽车中。但是受到电池制造技术和电源管理系统的技术制约，动力电池使用过程中需要大量单体多级串并联才能够提供足够的供电电压和驱动功率。但是这类电池串联使用时，容易由于容量的不均衡问题造成部分电池单体过充电与过放电的现象，大大影响动力电池组的使用寿命和安全性。因此，必须对电池组进行均衡管理。显而易见，作为电池管理系统的关键技术之一，串联电池组的有效均衡已经成为一个研究热点。目前，电池均衡主要有电池选择、耗散型均衡和非耗散型均衡三大类。电池选择均衡是指通过实验选择性能一致的电池单体构建电池组，一般有两步筛选过程。第一步，在不同的放电电流下，选择电池平均容量相近的电池单体；第二步，在第一步筛选的电池单体中，通过脉冲充、放电实验在不同SOC下选择具有相近电池电压变化量的电池单体。由于电池单体的自放电率不尽相同，电池选择均衡在电池整个生命周期内不足以保持电池组一直均衡。它只能作为其他均衡方法的一种补充均衡方法。耗散型均衡(也称为电池旁路法均衡)通过给电池组中每个电池单体并联一个耗散器件进行放电分流，从而实现电池电压的均衡。耗散均衡进一步又被分为两类：被动均衡和主动均衡。耗散均衡结构和控制简单、成本低，但是存在能量浪费和热管理的问题。非耗散均衡采用电容、电感等作为储能元件，利用常见的电源变换电路作为拓扑基础，采取分散或集中的结构，实现单向或双向的均衡方案，是电池均衡技术发展的主流。非耗散均衡存在电路结构复杂、体积大、成本高、均衡时间长、高开关损耗等问题。传统均衡方法不适合锂离子电池的主要原因如下：锂离子电池的开路电压在SOC为30％～70％之间时较为平坦，即使SOC相差很大，其对应的电压差也很小，此外由于电力电子器件存在导通压降，使得均衡电流很小，甚至可能导致电力电子器件不能正常导通；由于电力电子器件存在导通压降，电池单体间很难实现零电压差均衡。中国专利技术专利申请(申请号201010572115.X)公开了一种利用放电电阻对电池单体进行放电以实现电池单元均衡的电路，主要包括控制器、电池选择电路和放电电阻。该专利技术根据采集的电压值确定每个电池单体的剩余电量，然后控制电池选择电路将电量较高的电池单体与放电电阻并联，消耗该单体的电量，从而实现电池单元的电量均衡。很明显的，这种方法存在能量浪费和热管理的问题。中国专利技术专利申请(申请号201120421053.2)公开了一种电感型电池均衡电路，该电路中相邻两节电池共用一个电感，这个电感存储较高单体释放的能量，然后传递给相邻能量较低单体，以实现均衡作用。然而当电池单元电池单体数量较多时，由于这种均衡方法的能量传递必须是一个挨着一个的传递，因此均衡速度受到了很大的限制。中国技术专利申请(申请号201210595724.6)提出了一种电容式电池均衡电路，该电路每相邻的两节电池共用一个电容，当电容与电压较高的电池单体并联时，电池给电容充电；当电容与电压较低的电池单体并联时，电容给电池充电。经过电容的充、放电，能量从电压较高的电池单体转移到电压较低的电池单体，从而使得其电压相等。但是当串联电池单体数量较多，所需要的均衡电容和开关模块及其驱动电路较多，导致电路体积庞大，并且当电压最高和最低的电池相邻多个单体时，这种“击鼓传花”的均衡方式，使得均衡效率会大大降低。中国专利技术专利申请(申请号201310278475.2)提出了一种动力电池零电流开关主动均衡电路及实现方法，其能够实时判断电池组中电压最高和最低的电池单体，并对其进行零电流开关均衡，并且每次均衡都是针对电池组中电压差最大的两个电池单体进行削峰填谷，极大提高了均衡效率，有效改善了电池单体之间的不一致性。但是，由于所使用的电力电子器件存在导通压降，使得电池单体间很难达到零电压差均衡，并且均衡电流很小，均衡时间较长。中国专利技术专利申请(申请号201410211996.0)提出了一种基于多副边变压器的电池组均衡电路及实现方法，使用多副边变压器进行能量传递，通过PWM信号的占空比的调节来实现均衡电流的调节，每次通过开关模块选通最低电压的电池单体进行均衡，有效的改善了电池单体的不一致性。但是由于每次只对最低电压的电池单体进行均衡，完成整个电池组的均衡所需时间较长，同时缺少必要的均衡保护电路对电池单体进行保护，容易发生过均衡。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提出了一种分布式可级联隔离均衡电路及控制方法，该分布式可级联隔离均衡电路能对所有需要均衡的电池单体同时进行均衡，极大的缩短了均衡所需时间，提高了均衡效率。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种分布式可级联隔离均衡电路，包括：电源输入选择模块、AC/DC整流器和线性稳压器模块、DC/AC逆变器模块、直流输出模块、动力电池组、微控制器、电压检测和被动均衡模块和、驱动模块；所述电源输入选择模块在选择外部交流电源供电时，与AC/DC整流器和线性稳压器模块连通，在选择电池组两端的总电压作为电源输入时，与DC/AC逆变器模块连通；所述AC/DC整流器和线性稳压器模块的输出端与DC/AC逆变器模块连接；所述DC/AC逆变器模块的输出端通过双绞连接线连接至直流输出模块；所述直流输出模块连接至动力电池组；所述电压检测和被动均衡电路模块用于检测动力电池的电压和实现被动均衡功能；所述驱动模块与DC/AC逆变器模块和直流输出模块分别连接，所述电压检测和被动均衡电路模块、驱动模块分别与微控制器连接。所述电源输入选择模块通过选择开关K11选择外部交流电或者电池组两端的总电压作为电源输入；当选择开关K11选择外部交流电时，电源输入选择模块通过选择开关K12连接AC/DC整流器和线性稳压器模块，电路工作于充电均衡状态，此时整个电池组的总能量增加，电池单体电压均衡水平趋于一致；当选择开关K11选择电池组两端的总电压作为电源输入时，电源输入选择模块通过选择开关K12连接DC/AC逆变器模块，电路工作于组内均衡状态，此时整个电池组的总能量基本不变，电池单体电压均衡水平趋于一致。所述AC/DC整流器和线性稳压器模块包括：整流桥BR11、电容C11和线性稳压电路依次连接；所述线性稳压电路包括：电阻R11和稳压管Z11的串联支路一并接在电容C11两端，IGBTQ11的门极连接至电阻R11和稳压管Z11之间、发射极与限流电阻R14连接，IGBTQ11的集电极连接至整流桥BR11的正极输出端；分压电阻R12和R13串联连接组成串联支路二，所述串联支路二的一端与IGBTQ11的集电极连接、另一端连接至整流桥BR11的负极输出端；三极管Q12的基极连接至分压电阻R12和R13之间、集电极与IGBTQ11的门极连接、发射极连接至电容C12，稳压二极管Z12连接在三极管Q12的集电极和发射极之间；电容C12并接在线性稳压电路的输出端。所述直流输出模块包括与各电池单体连接的直流输出子模块；所述直流输出子模块包括：输入高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式可级联隔离均衡电路，其特征是，包括：电源输入选择模块、AC/DC整流器和线性稳压器模块、DC/AC逆变器模块、直流输出模块、动力电池组、微控制器、电压检测和被动均衡电路模块和驱动模块；所述电源输入选择模块在选择外部交流电源供电时，与AC/DC整流器和线性稳压器模块连通，在选择电池组两端的总电压作为电源输入时，与DC/AC逆变器模块连通；所述AC/DC整流器和线性稳压器模块的输出端与DC/AC逆变器模块连接；所述DC/AC逆变器模块的输出端通过双绞连接线连接至直流输出模块；所述直流输出模块连接至动力电池组；所述电压检测和被动均衡电路模块用于检测动力电池的电压，同时为电池组提供冗余被动均衡功能；所述驱动模块与DC/AC逆变器模块和直流输出模块分别连接，所述电压检测和被动均衡电路模块和驱动模块分别与微控制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种分布式可级联隔离均衡电路，其特征是，包括：电源输入选择模块、AC/DC整流器和线性稳压器模块、DC/AC逆变器模块、直流输出模块、动力电池组、微控制器、电压检测和被动均衡电路模块和驱动模块；所述电源输入选择模块在选择外部交流电源供电时，与AC/DC整流器和线性稳压器模块连通，在选择电池组两端的总电压作为电源输入时，与DC/AC逆变器模块连通；所述AC/DC整流器和线性稳压器模块的输出端与DC/AC逆变器模块连接；所述DC/AC逆变器模块的输出端通过双绞连接线连接至直流输出模块；所述直流输出模块连接至动力电池组；所述电压检测和被动均衡电路模块用于检测动力电池的电压，同时为电池组提供冗余被动均衡功能；所述驱动模块与DC/AC逆变器模块和直流输出模块分别连接，所述电压检测和被动均衡电路模块和驱动模块分别与微控制器连接。2.如权利要求1所述的一种分布式可级联隔离均衡电路，其特征是，所述电源输入选择模块通过选择开关K11选择外部交流电或者电池组两端的总电压作为电源输入；当选择开关K11选择外部交流电时，电源输入选择模块通过选择开关K12连接AC/DC整流器和线性稳压器模块，电路工作于充电均衡状态，此时整个电池组的总能量增加，电池单体电压均衡水平趋于一致；当选择开关K11选择电池组两端的总电压作为电源输入时，电源输入选择模块通过选择开关K12连接DC/AC逆变器模块，电路工作于组内均衡状态，此时整个电池组的总能量基本不变，电池单体电压均衡水平趋于一致。3.如权利要求1所述的一种分布式可级联隔离均衡电路，其特征是，所述AC/DC整流器和线性稳压器模块包括：整流桥BR11、电容C11和线性稳压电路依次连接；所述线性稳压电路包括：电阻R11和稳压管Z11的串联支路一并接在电容C11两端，IGBTQ11的基极连接至电阻R11和稳压管Z11之间、发射极与限流电阻R14连接，IGBTQ11的集电极连接至整流桥BR11的正极输出端；分压电阻R12和R13串联连接组成串联支路二，所述串联支路二的一端与IGBTQ11的发射极连接、另一端连接至整流桥BR11的负极输出端；三极管Q12的基极连接至分压电阻R12和R13之间、集电极与IGBTQ11的基极连接、发射极连接至电容C12，稳压二极管Z12连接在三极管Q12的集电极和发射极之间；电容C12并接在线性稳压电路的输出端。4.如权利要求1所述的一种分布式可级联隔离均衡电路，其特征是，所述直流输出模块包括与各电池单体连接的直流输出子模块；所述直流输出子模块包括：输入高频变压器T3n通过双绞连接线与输出变压器T21的副边连接，输入高频变压器T3n输出经过整流桥BR3n和大电容C3n变为直流电压，该电压流入IGBTQ3n的集电极，IGBTQ3n的基极与比较器连接，比较器的输入信号分别为检测电阻R3n的检测电流和电流给定值I3n；IGBTQ3n的发射极依次串联电感...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔纳新，于广，王通，张承慧，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37