一种电池单体与电池组间均衡电路结构与方法技术

一种电池单体与电池组间均衡电路结构与方法，结构包括两个以上的电池单体，所有电池单体串联连接，每个电池单体均并联一个开关，每相邻m个电池单体组成一组，采用变压器正激耦合，每一组与整体电池组采用变压器反激连接，形成一个模组；方法是利用变压器反激原理将能量在电池模组与整体电池组间进行转移，同时，同一模组内m个电池在变压器正激作用下实现能量的转移；本发明专利技术在保证很好的均衡效果的同时，减少开关管和线圈绕组的数量，降低结构成本；同时实现正反激原理的结合，提高均衡速度。

Balanced circuit structure and method between battery monomer and battery pack

Circuit structure and method for balancing battery monomer and battery, the structure comprises more than two single batteries, all single battery connected in series, each single battery is parallel connected with a switch, each M cell group, the transformer coupled forward, each group with the overall the battery adopts flyback transformer connected to form a module; method is the use of flyback transformer principle of energy transfer, the battery module and the whole battery group at the same time, the transfer of the same module in M battery energy in the transformer forward under the action; the invention ensures a good equalization performance at the same time reduce the number of switches, and the coil winding, reduce the cost and achieve a combination of positive and negative structure; excitation principle, speed up the equalization.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池均衡
，特别提出一种电池单体与电池组间均衡电路结构与方法。
技术介绍
随着环境污染和能源危机的不断加剧，电动汽车以其环境污染小、能源利用率高等优点受到广泛关注。电池作为电动车的能量源，在电动汽车运行过程中起着至关重要的作用，同时电池问题一直是电动汽车的瓶颈之一，短期内难有较大突破。如何在现有技术条件下，尽可能较大程度地发挥电池的作用成为电池技术研究的重点。生产过程中，电池单体存在生产工艺、材料等差异；放置过程中，电池单体的自放电率存在有不同；使用过程中，电池受工作环境温度和电路等影响而存在差异。在上述因素的影响下，长时间充放电情况下，电池单体将处于不均衡状态。电池的不均衡状态将导致电池组整体容量下降、电池组中单体过充或过放，损害电池寿命。电池均衡技术就是使用一定的拓扑结构和控制方法消除电池间的差异，使电池处于均衡状态。现有的均衡技术或多或少存在一定的缺陷。被动均衡使用耗散元件将电池多余的能量用热能的形式耗散，虽然结构简单但易引起较大的能量损耗，均衡效率较低，热管理难度大；与buck-boost均衡原理只能在相邻电池单体间实现能量流动，在不相邻电池间需要均衡时，需经多次中间转换，影响均衡效率和速度；变压器正反激原理实现电池与电池组间的均衡，其中，单绕组变压器同一时刻只有一个单体电池进行均衡，均衡时间较长，且开光管数量较多，成本相应增加；多绕组变压器所有线圈均耦合在一起，变压器尺寸巨大，设计复杂；多个变压器给每个电池设置一个专用变压器，与电池组间进行均衡，变压器数量较多，磁损失增加，成本增加。综上所述，主动均衡较被动均衡更加节能。然而，在实际应用中，主动均衡由于大量元器件、复杂的控制等原因，并未得到广泛的应用。现如今，如何降低主动均衡使用成本成为研究的关键。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提出一种电池单体与电池组间均衡电路结构与方法，在保证很好的均衡效果的同时，减少开关管和线圈绕组的数量，降低结构成本；同时实现正反激原理的结合，提高均衡速度。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种电池单体与电池组间均衡电路结构，包括两个以上的电池单体C、变压器T、开关MOSFETM，所有电池单体Cij串联连接，i＝1～n，j＝1～m，每个电池单体C均并联一个开关MOSFETMij，每相邻m个电池单体组成一组，m＝2、3、…，采用变压器T正激耦合，每一组与整体电池组采用变压器T反激连接，形成一个模组。所述的变压器T由m+1股绕组绕制而成，其中m股同向绕制，实现正激功能；剩余一股反向绕制，实现反激功能。所述的开关MOSFETMij为N沟道MOSFET，或为P沟道MOSFET。所述的电池单体与电池组间均衡电路结构的均衡方法，包括以下步骤：第一步，将电池组内相邻m个电池组成一个模组，共分为n组；第二步，利用电压传感器、电流传感器对每一模组的电压、电流进行检测；第三步，估计每一电池模组与整个电池组的平均状态；第四步，获取一组需要均衡的电池，在电池模组与整体电池组间进行均衡；第五步，判断需要均衡的电池模组平均能量是否高于整体电池组的平均能量；第六步，如果电池模组平均能量高于整体电池组的平均能量，则电池模组向整体电池组放电；如果电池模组平均能量低于整体电池组的平均能量，则整体电池组向电池模组充电；第七步，均衡后延时一段时间，返回第二步继续执行。所述的获取需要均衡电池模组的方法为基于电压方法、基于SOC方法或基于剩余电量方法选取。所述的电池模组向整体电池组放电的步骤为：第一步，同时闭合高能的电池模组内电池单体所对应的开关MOSFET，此时，电池模组内电池单体、导通的开关MOSFET以及变压器T一次侧绕组形成闭合环路状态，电池模组将能量储存在变压器T绕组中；第二步，同时断开高能的电池模组内电池单体对应的开关MOSFET，将变压器T中存储的能量释放至整个电池组。所述的整体电池组向电池模组充电的步骤为：第一步，闭合低能的电池模组变压器二次侧所对应的开关MOSFET，整体电池组、开关MOSFET以及变压器T二次侧绕组形成闭合环路，电池组向变压器T绕组释放能量；第二步，断开低能的电池模组变压器T二次侧所对应的开关MOSFET，将变压器T中储存的能量转移至低能的电池模组。在均衡过程中，由于同一模组电池中，m个单体电池对应的变压器正激耦合，因此当所需均衡的电池模组中单体电池对应的开关同时导通时，能量在m个单体电池间转移，以达到平衡状态。本专利技术的有益效果为：本专利技术在电池模组与整体电池组间，变压器反激耦合；在同一电池模组内，变压器正激耦合，因此，将变压器正激与反激原理结合，元器件数量减少的同时提高均衡效率。附图说明图1为本专利技术结构的拓扑图。图2为本专利技术方法的流程图。图3为本专利技术实施例中均衡过程图，图(a)为均衡第一阶段(t0-t1)电路运行过程图，图(b)为均衡第二阶段(t1-t2)电路运行过程图。图4为本专利技术实施例中均衡过程原理波形图。图5为本专利技术整体电池组向电池模组充电过程关键波形图。图6为本专利技术电池模组向整体电池组放电过程关键波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作详细描述。参照图1，一种电池单体与电池组间均衡电路结构，包括两个以上的电池单体C、变压器T、开关MOSFETM，所有电池单体Cij串联连接，i＝1～n，j＝1～m，每个电池单体C均并联一个开关MOSFETMij；每相邻m个电池单体组成一组，m＝2、3、…，采用变压器T正激耦合，每一组与整体电池组采用变压器T反激连接，形成一个模组，如模组1中电池单体C11、C12、…、C1m和电池组共用变压器T1，其中，电池单体C11、C12、…、C1m相互之间正激耦合，与电池组反激耦合，将变压器正激、反激工作原理相结合，将能量在电池单体与电池组间进行转移。所述的变压器T由m+1股绕组绕制而成，其中m股同向绕制，实现正激功能；剩余一股反向绕制，实现反激功能。所述的开关MOSFETMij为N沟道MOSFET，或为P沟道MOSFET。参照图2，所述的电池单体与电池组间均衡电路结构的均衡方法，包括以下步骤：第一步，将电池组内相邻m个电池组成一个模组，共分为n组；第二步，利用电压传感器、电流传感器对每一模组的电压、电流进行检测；第三步，估计每一电池模组与整个电池组的平均状态；第四步，获取一组需要均衡的电池，在电池模组与整体电池组间进行均衡；第五步，判断需要均衡的电池模组平均能量是否高于整体电池组的平均能量；第六步，如果电池模组平均能量高于整体电池组的平均能量，则电池模组向整体电池组放电；如果电池模组平均能量低于整体电池组的平均能量，则整体电池组向电池模组充电；第七步，均衡后延时一定时间，返回第二步继续执行。所述的获取需要均衡电池模组的方法为基于电压方法、基于SOC方法或基于剩余电量方法选取。所述的电池模组向整体电池组放电的步骤为：第一步，同时闭合高能的电池模组内电池单体所对应的开关MOSFET，此时，电池模组内电池单体、导通的开关MOSFET以及变压器T一次侧绕组形成闭合环路状态，电池模组将能量储存在变压器T绕组中；第二步，同时断开高能的电池模组内电池单体对应的开关MOSFET，将变压器T中存储的能量释放至整个电池组。所述的整体电池组向电池模组充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池单体与电池组间均衡电路结构，包括两个以上的电池单体C、变压器T、开关MOSFETM，其特征在于：所有电池单体Cij串联连接，i＝1～n，j＝1～m，每个电池单体C均并联一个开关MOSFET Mij，每相邻m个电池单体组成一组，m＝2、3、…，采用变压器T正激耦合，每一组与整体电池组采用变压器T反激连接，形成一个模组。

【技术特征摘要】
1.一种电池单体与电池组间均衡电路结构，包括两个以上的电池单体C、变压器T、开关MOSFETM，其特征在于：所有电池单体Cij串联连接，i＝1～n，j＝1～m，每个电池单体C均并联一个开关MOSFETMij，每相邻m个电池单体组成一组，m＝2、3、…，采用变压器T正激耦合，每一组与整体电池组采用变压器T反激连接，形成一个模组。2.根据权利要求1所述的一种电池单体与电池组间均衡电路结构，其特征在于：所述的变压器T由m+1股绕组绕制而成，其中m股同向绕制，实现正激功能；剩余一股反向绕制，实现反激功能。3.根据权利要求1所述的一种电池单体与电池组间均衡电路结构，其特征在于：所述的开关MOSFETMij为N沟道MOSFET，或为P沟道MOSFET。4.根据权利要求1所述的电池单体与电池组间均衡电路结构的均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，将电池组内相邻m个电池组成一个模组，共分为n组；第二步，利用电压传感器、电流传感器对每一模组的电压、电流进行检测；第三步，估计每一电池模组与整个电池组的平均状态；第四步，获取一组需要均衡的电池，在电池模组与整体电池组间进行均衡；第五步，判断需要均衡的电池模组平均能量是否高于整体电池组的平均能量；第六步，如果电池模组平均能量高于整体电池组的平均能量，则电池模组向整体电池组放电；如果电池模组平均能量低于整体电池组的平均能量，则整体电池组向电池模组充电；第七步，均衡后延时一段时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐俊，李玉，梅雪松，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61