一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路及方法技术

本发明专利技术公开了基于软开关全桥电路的电池组均衡电路及方法，包括包含多个电池单体的电池组、电压采集电路、开关切换电路、控制器以及至少一个软开关全桥双向DC‑DC电路。该方法包括：电压采集电路对电池组中各个电池单体的电压进行采集；根据采集到的各个电池单体的电压，从而判断电池单体是否需要进行均衡；当判断结果为电池单体需要进行均衡时，控制器则控制开关切换电路，使所需进行均衡的电池单体与软开关全桥双向DC‑DC电路连接；控制软开关全桥双向DC‑DC电路，使能量在电池组与所需进行均衡的电池单体之间流动。本发明专利技术的均衡电路能提供10A甚至更高的均衡电流，可满足大功率设备对10A甚至更高的均衡电流的要求。本发明专利技术可广泛应用于电池均衡领域中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池组均衡技术，尤其涉及一种基于软开关全桥双向DC-DC电路的电池组均衡电路及方法。
技术介绍
在电池的实际使用中，单体电池的电压和容量往往无法满足负载的需求，因此经常需要将多个单体电池经过串、并联成电池组后进行使用。然而，不同单体电池在制作过程中由于生产工艺的局限，往往存在使用初始条件的差异（容量有微小差别），另外在使用过程中，不同的工作条件（如温度和老化程度的不同）也将导致电池单体间性能上存在差别。在进行多次充放电后，这些差别如果不经过控制，将逐渐扩大，同时形成短板效应，即容量相对低的容量越来越小，电量间的差异也会越来越大，从而造成单体电池的过充或过放，大大影响整个电池组的性能和寿命。因此，需要对电池组中的单体电池进行均衡来有效减小不同单体电池在使用中出现的电量差异。目前现有的均衡方式主要分为两种，被动均衡和主动均衡。所述的被动均衡方式是指，通过在电路中串入电阻等功率消耗元件（负载），将电量高的电池单体的多余能量通过热的形式耗散掉。但是被动均衡方式具有以下四方面明显的缺陷：1、由于多余的能量通过负载以热形式耗散，由此产生的热量将会给散热带来很大的问题，同时电池过热也会反而增加电池的不一致性，形成恶性循环；2、被动均衡的均衡电流较小，因此均衡时间较长，也只能应用在小容量电池上；3、被动均衡的工作原理，是当某节电池电量高于预设值后，即开启均衡，否则关闭均衡，因此均衡功能只能在充电末端开启，而在充电前端以及放电过程中，无法进行均衡；4、由于被消耗的能量无法被系统利用，造成了能量上的浪费，导致整个系统能量利用率低。而所述的主动均衡方式是指，通过电感、电容等储能元件，将能量在电池间相互转移，从而完成均衡功能，由此可知，主动均衡方式中能量没有以热的形式耗散，因此与被动均衡相比，主动均衡具有均衡电流大、不存在散热问题、能量利用率高等优点。对于所述的主动均衡方式，其还具体分为分布式和集中式。所述分布式主动均衡方式是指，能量在电池单体和电池单体间相互流动。常见的分布式主动均衡方法为，在每两节相邻电池间接入储能元件（电容或电感），储能元件与开关串联，当检测到电池单体间电压存在差异时，依次闭合所有开关，使得相邻的电池单体间通过储能元件依次进行均衡。但是，分布式主动均衡电路具有以下两方面的缺陷：1、由于均衡要在所有相邻电池单体件进行，因此均衡电流小，均衡速度慢；2、由于能量在不同电池单体间进行了多次传递，因此能量损耗大，能量利用率仍然较为低下。而集中式主动均衡电路则并不存在上述分布式主动均衡电路所具有的缺点，因此，集中式主动均衡电路更广泛地被应用于电池组均衡领域中。然而，所述的集中式主动均衡电路的核心元件通常为DC-DC电路，而无论是反激DC-DC电路还是正激DC-DC电路，它们所能提供的均衡电流均不超过5A，因此，对于大功率设备而言，当需要10A甚至更高的均衡电流时，目前基于反激DC-DC电路或正激DC-DC电路的集中式主动均衡电路均无法满足这一要求。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路。本专利技术的另一目的是提供一种基于软开关全桥电路的电池组均衡方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其包括包含多个电池单体的电池组、电压采集电路、开关切换电路、控制器以及至少一个软开关全桥双向DC-DC电路，所述电压采集电路、开关切换电路以及至少一个软开关全桥双向DC-DC电路均与控制器连接，所述多个电池单体均与电压采集电路连接，所述软开关全桥双向DC-DC电路的一端通过开关切换电路与电池单体连接，所述软开关全桥双向DC-DC电路的另一端与电池组连接。进一步，所述软开关全桥双向DC-DC电路包括变压器、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管以及第八场效应管；所述变压器的源级同相端分别与第一场效应管的源极和第三场效应管的漏极连接，所述变压器的源级异相端分别与第二场效应管的源极和第四场效应管的漏极连接，所述第一场效应管的漏极和第二场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的源极和第四场效应管的源极连接，所述第一场效应管的漏极和第三场效应管的源极通过开关切换电路分别与电池单体的正极和负极连接；所述变压器的次级同相端分别与第六场效应管的源极和第八场效应管的漏极连接，所述变压器的次级异相端分别与第五场效应管的源极和第七场效应管的漏极连接，所述第五场效应管的漏极和第六场效应管的漏极均与电池组的正极连接，所述第七场效应管的源极和第八场效应管的源极均与电池组的负极连接；所述第一场效应管的栅极、第二场效应管的栅极、第三场效应管的栅极、第四场效应管的栅极、第五场效应管的栅极、第六场效应管的栅极、第七场效应管的栅极以及第八场效应管的栅极均与控制器连接。进一步，所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管以及第八场效应管均为带有稳压二极管的场效应管。进一步，所述软开关全桥双向DC-DC电路设有软开关保护电容。进一步，所述软开关保护电容包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容以及第八电容，所述第一电容与第一场效应管并联连接，所述第二电容与第二场效应管并联连接，所述第三电容与第三场效应管并联连接，所述第四电容与第四场效应管并联连接，所述第五电容与第五场效应管并联连接，所述第六电容与第六场效应管并联连接，所述第七电容与第七场效应管并联连接，所述第八电容与第八场效应管并联连接。进一步，所述软开关全桥双向DC-DC电路还包括源级电流补偿电路和/或次级电流补偿电路；所述源级电流补偿电路的第一连接端与第一场效应管的漏极连接，所述源级电流补偿电路的第二连接端与第三场效应管的源极连接，所述源级电流补偿电路的第三连接端与变压器的源级异相端连接；所述次级电流补偿电路的第一连接端与电池组的正极连接，所述次级电流补偿电路的第二连接端与电池组的负极连接，所述次级电流补偿电路的第三连接端与变压器的次级异相端连接。进一步，所述源级电流补偿电路包括第九电容、第十电容、第九二极管、第十二极管以及第一电感，所述第九电容的一端和第九二极管的负极均与第一场效应管的漏极连接，所述第十电容的一端和第十二极管的正极均与第三场效应管的源极连接，所述第一电感的一端分别与第九电容的另一端、第十电容的另一端、第九二极管的正极以及第十二极管的负极连接，所述第一电感的另一端与变压器的源级异相端连接。进一步，所述次级电流补偿电路包括第十一电容、第十二电容、第十一二极管、第十二二极管以及第二电感，所述第十一二极管的负极和第十一电容的一端均与电池组的正极连接，所述第十二二极管的正极和第十二电容的一端均与电池组的负极连接，所述第二电感的一端分别与第十一电容的另一端、第十二电容的另一端、第十一二极管的正极以及第十二二极管的负极连接，所述第二电感的另一端与变压器的次级异相端连接。进一步，所述软开关全桥双向DC-DC电路为模块化设计的软开关全桥双向DC-DC电路。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种基于软开关全桥电路的电池组均衡方法，该方法包括：A、电压采集电路对电池组中各个电池单体的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其特征在于：其包括包含多个电池单体的电池组、电压采集电路、开关切换电路、控制器以及至少一个软开关全桥双向DC‑DC电路，所述电压采集电路、开关切换电路以及至少一个软开关全桥双向DC‑DC电路均与控制器连接，所述多个电池单体均与电压采集电路连接，所述软开关全桥双向DC‑DC电路的一端通过开关切换电路与电池单体连接，所述软开关全桥双向DC‑DC电路的另一端与电池组连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其特征在于：其包括包含多个电池单体的电池组、电压采集电路、开关切换电路、控制器以及至少一个软开关全桥双向DC-DC电路，所述电压采集电路、开关切换电路以及至少一个软开关全桥双向DC-DC电路均与控制器连接，所述多个电池单体均与电压采集电路连接，所述软开关全桥双向DC-DC电路的一端通过开关切换电路与电池单体连接，所述软开关全桥双向DC-DC电路的另一端与电池组连接。2.根据权利要求1所述一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其特征在于：所述软开关全桥双向DC-DC电路包括变压器、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管以及第八场效应管；所述变压器的源级同相端分别与第一场效应管的源极和第三场效应管的漏极连接，所述变压器的源级异相端分别与第二场效应管的源极和第四场效应管的漏极连接，所述第一场效应管的漏极和第二场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的源极和第四场效应管的源极连接，所述第一场效应管的漏极和第三场效应管的源极通过开关切换电路分别与电池单体的正极和负极连接；所述变压器的次级同相端分别与第六场效应管的源极和第八场效应管的漏极连接，所述变压器的次级异相端分别与第五场效应管的源极和第七场效应管的漏极连接，所述第五场效应管的漏极和第六场效应管的漏极均与电池组的正极连接，所述第七场效应管的源极和第八场效应管的源极均与电池组的负极连接；所述第一场效应管的栅极、第二场效应管的栅极、第三场效应管的栅极、第四场效应管的栅极、第五场效应管的栅极、第六场效应管的栅极、第七场效应管的栅极以及第八场效应管的栅极均与控制器连接。3.根据权利要求2所述一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其特征在于：所述软开关全桥双向DC-DC电路设有软开关保护电容。4.根据权利要求3所述一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其特征在于：所述软开关保护电容包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容以及第八电容，所述第一电容与第一场效应管并联连接，所述第二电容与第二场效应管并联连接，所述第三电容与第三场效应管并联连接，所述第四电容与第四场效应管并联连接，所述第五电容与第五场效应管并联连接，所述第六电容与第六场效应管并联连接，所述第七电容与第七场效应管并联连接，所述第八电容与第八场效应管并联连接。5.根据权利要求2-4任一项所述一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其特征在于：所述软开关全桥双向DC-DC电路还包括源级电流补偿电路和/或次级电流补偿电路；所述源级电流补偿电路的第一连接端与第一场效应管的漏极连接，所述源级电流补偿电路的第二连接端与第三场效应管的源极连接，所述源级电流补偿电路的第三连接端与变压器的源级异相端连接；所述次级电流补偿电路的第一连接端与电池组的正极连接，所述次级电流补偿电路的第二连接端与电池组的负极连接，所述次级电流补偿电路的第三连接端与变压器的次级异相端连接。6.根据权利要求5所述一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其特征在于：所述源级电流补偿电路包括第九电容、第十电容、第九二极管、第十二极管以及第一电感，所述第九电容的一端和第九二极管的负极均与第一场效应管的漏极连接，所述第十电容的一端和第十二极管的正极均与第三场效应管的源极连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟頔，吕洲，高福荣，姚科，
申请(专利权)人：广州市香港科大霍英东研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44