基于电池组H桥串联结构的单相逆变放电控制电路及其控制方法技术

本发明专利技术揭示了一种基于电池组H桥串联结构的单相逆变放电控制电路，具备电池保护和主动均衡功能的单相逆变放电控制电路。该电路设计可通过控制电流的导通路径对每个单体电池(或单体电池组)进行放电控制，通过PWM开关调制可实现单相逆变放电。该电路设计可实现与放电电流大小相同的主动均衡能力。通过动态控制，电池组中的每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分放电。

【技术实现步骤摘要】
基于电池组H桥串联结构的单相逆变放电控制电路及其控制方法
本专利技术涉及电池领域。
技术介绍
新能源技术快速发展，特别是锂电池在后备储能和电动汽车等领域的广泛应用，对关键的电池储能和电池管理技术提出更高要求，需要提升对电池组放电的有效性和均衡能力，使电池组的储能特性发挥到最佳。电池组的逆变输出应用中，除电池管理单元还需增加逆变电路才可实现逆变放电。系统构架复杂，硬件成本高。电池组包技术对单体电池的一致性具有较高要求，否则因电池一致性问题严重影响电池组整体性能的发挥。但受电池技术限制，需要通过更好的电池管理技术解决电池一致性问题，降低电池组包对单体电池的一致性要求。目前的被动均衡和主动均衡技术均存在效率低，实际应用效果不理想等问题。特别是主动均衡技术，包括电容飞度法、电压转换法，电路极为复杂、硬件体积大、应用成本高等缺陷。需要有更好的电池管理技术提升应用水平。整个电池组的性能受制于单体电池失效或质量问题的影响。需要有更好的电池管理技术提高电池应用的可靠性和安全性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是实现一种具有单相逆变放功能的电池控制电路。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：基于电池组H桥串联结构的单相逆变放电控制电路，电池组由相互串联的电池单元构成，每个电池单元设有一个H桥组件，所述H桥组件由第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件依次首尾相连构成，所述电池单元的正极接入到第二开关元件和第四开关元件之间，所述电池单元的负极接入到第一开关元件和第三开关元件之间，所述第三开关元件和第四开关元件之间引出电源线作为该电池单元的第一电极与其他电池单元串联，所述第一开关元件和第二开关元件之间引出电源线作为该电池单元的第二电极与其他电池单元串联，所述控制电路设有PWM调制信号输出单元，所述PWM调制信号输出单元输出控制信号至每一个开关元件。所述控制电路设有电池管理单元，每个所述电池单元的第一电极和第二电极上设有电压采集单元，每个所述电压采集单元输出电压信号至电池管理单元，并输出控制信号至PWM调制信号输出单元，通过PWM调制信号输出单元控制开关元件开关状态。每个电池单元的第一电极与另一个电池单元的第二电极连接，其中位于首端的电池单元的第一电极连接电池组的第一放电接口，位于末端的电池单元的第二电极连接电池组的第二放电接口。所述第一放电接口和第二放电接口处设有输出电压采集单元，所述输出电压采集单元输出电压信号至电池管理单元。每个所述电池单元均设有温度采集单元，所述温度采集单元输出温度信号至电池管理单元。基于电池组H桥串联结构的单相逆变放电控制电路的控制方法：当接收到交流电供电需求时，PWM调制信号输出单元控制当前参与供电的电池单元的开关元件开关以设定频率(如50Hz)按照以下方法循环控制进行供电：第一开关元件和第四开关元件闭合，第二开关元件和第三开关元件断开，以第一电极为正极，第二电极为负极输出；第一开关元件和第四开关元件断开，第二开关元件和第三开关元件闭合，以第一电极为负极，第二电极为正极输出。上述两个步骤为一次交流输出，如此循环控制达到输出交流电的目的。当检测到某一个或多个电池单元电压偏高或状态异常(如温度异常)时，则控制该电池单元的第一开关元件和第三开关元件闭合，第二开关元件和第四开关元件断开；或者控制该电池单元的第一开关元件和第三开关元件断开，第二开关元件和第四开关元件闭合。将所有电池单元分为至少两组电池单元组，每组电池单元组的电池单元数量相同，供电时仅开启其中一组电池单元组输出交流电，其他组电池单元的开关元件断开，当目前供电的一组电池单元组供电到达设定的切换条件，则关闭目前供电的一组电池单元组，同时启动下一组电池单元组开始供电，依次循环供电。若设置的电池单元组数量超过三组，则依次编号，按照编号顺序依次供电，这样能够让电池单元轮流休息，同时能够让为电池单元服务的开关元件休息，从而有助于提高整个系统的使用寿命，也能在休息时让电池单元降温，间接的提高续航能力。当某一个电池单元电压偏高或状态异常时，将该电池单元从电池单元组中剔除，并重新划分电池单元构成新的电池单元组进行循环供电，避免故障电池单元影响电池组供电。所述电池单元组内电池单元的数量根据输出电压的需求设定(如电池单元有40个，需要输出220V电压，仅需要串联20个电池单元即能够满足输出电压需求，则将每20个电池单元分为一组即可)，若电池单元分组数量为N，则每一个电池单元最多是N-1个电池单元组的成员，最少是1个电池单元组的成员，通过一个电池单元可以在作为不同电池单元组的成员，但必须少保证每个电池单元有休整的时间，(如电池单元有20个，需要输出220V电压，需要串联15个电池单元即能够满足输出电压需求，则可以分成4组，将每个电池单元是其中两组电池单元组的成员即可，这样每个电池单元都有一半的供电时间在休整)。本专利技术的优点在于该电路通过H桥电路进行PWM开关调制，通过动态调整输出放电的单体电池(或单体电池组)个数，使输出电压的变化符合单相逆变输出的电压要求。通过该专利技术技术，可将存在问题的单体电池(或单体电池组)彻底排除在串联组合外，不会因个别单体电池(或单体电池组)的损坏影响电池组的使用，大大提高系统的安全性和可靠性。附图说明下面对本专利技术说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：图1为基于H桥串联结构的电池组结构示意图；图2为单相逆变放功能工作状态示意图。具体实施方式如图1所示，电池组中的每个单体电池(或单体电池组)通过场效应管、继电器或其它开关器件搭建的H桥电路进行通断控制，H桥输出端连接电池组串联母线。通过H桥电路将单体电池(或单体电池组)串入母线，或将单体电池(或单体电池组)旁路出串联组合。单体电池(或单体电池组)通过H桥输出端连接电池组串联母线，Sx_4、Sx_1开关导通实现电池电压正向输出，Sx_2、Sx_3开关导通实现电池电压反向输出，该级单体电池(或单体电池组)串入母线，通过母线电流。Sx_2、Sx_4开关导通或Sx_1、Sx_3开关导通，则短接串联母线，该级单体电池(或单体电池组)旁路出串联组合，不通过母线电流。根据单相逆变控制机理，通过PWM开关调制所有串入母线结构参与放电输出的H桥电路，可实现单相逆变放电。逆变输出电压为每级逆变电压和串联级数的叠加。该控制电路为具备电池保护和主动均衡功能的单相逆变放电控制电路，该电路设计可通过控制电流的导通路径对每个单体电池(或单体电池组)进行放电控制，通过PWM开关调制可实现单相逆变放电。该电路设计可实现与放电电流大小相同的主动均衡能力，通过动态控制，电池组中的每个单体电池(或单体电池组)都能够达到充分放电。具体来说，单体电池(或单体电池组)正、负极不直接串联形成电池组，而是通过场效应管、继电器或其它开关器件搭建的H桥电路进行通断控制，H桥输出端连接电池组串联母线。通过控制H桥电路的导通连接，该级单体电池(或单体电池组)可正向或反向串入母线。单体电池(或单体电池组)可通过场效应管、继电器或其它开关器件搭建的H桥电路进行通断控制，H桥输出端连接电池组串联母线。通过控制H桥电路将母线短接，该级单体电池(或单体电池组)则旁路出串联组合。根据单相逆变控制机理，通过PWM开关调制所有串入母线结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电池组H桥串联结构的单相逆变放电控制电路，电池组由相互串联的电池单元构成，其特征在于：每个电池单元设有一个H桥组件，所述H桥组件由第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件依次首尾相连构成，所述电池单元的正极接入到第二开关元件和第四开关元件之间，所述电池单元的负极接入到第一开关元件和第三开关元件之间，所述第三开关元件和第四开关元件之间引出电源线作为该电池单元的第一电极与其他电池单元串联，所述第一开关元件和第二开关元件之间引出电源线作为该电池单元的第二电极与其他电池单元串联，所述控制电路设有PWM调制信号输出单元，所述PWM调制信号输出单元输出控制信号至每一个开关元件。

【技术特征摘要】
1.基于电池组H桥串联结构的单相逆变放电控制电路，电池组由相互串联的电池单元构成，其特征在于：每个电池单元设有一个H桥组件，所述H桥组件由第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件依次首尾相连构成，所述电池单元的正极接入到第二开关元件和第四开关元件之间，所述电池单元的负极接入到第一开关元件和第三开关元件之间，所述第三开关元件和第四开关元件之间引出电源线作为该电池单元的第一电极与其他电池单元串联，所述第一开关元件和第二开关元件之间引出电源线作为该电池单元的第二电极与其他电池单元串联，所述控制电路设有PWM调制信号输出单元，所述PWM调制信号输出单元输出控制信号至每一个开关元件。2.根据权利要求1所述的基于电池组H桥串联结构，其特征在于：所述控制电路设有电池管理单元，每个所述电池单元的第一电极和第二电极上设有电压采集单元，每个所述电压采集单元输出电压信号至电池管理单元，并输出控制信号至PWM调制信号输出单元，通过PWM调制信号输出单元控制开关元件开关状态。3.根据权利要求1或2所述的基于电池组H桥串联结构，其特征在于：每个电池单元的第一电极与另一个电池单元的第二电极连接，其中位于首端的电池单元的第一电极连接电池组的第一放电接口，位于末端的电池单元的第二电极连接电池组的第二放电接口。4.根据权利要求3所述的基于电池组H桥串联结构，其特征在于：所述第一放电接口和第二放电接口处设有输出电压采集单元，所述输出电压采集单元输出电压信号至电池管理单元。5.根据权利要求4所述的基于电池组H桥串联结构，其特征在于：每个所述电池单元均设有温度采集单元，所述温度采集单元输出温度信号至电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，
申请(专利权)人：李勇，
类型：发明
国别省市：安徽,34