级联式逆变器旋转脉宽输出电池平衡主动控制方法技术

本发明专利技术提出的是一种级联式逆变器旋转脉宽输出电池平衡主动控制方法，其结构包括3个并联且结构相同的电池逆变单元，分别为A相电池逆变单元、B相电池逆变单元、C相电池逆变单元，每个电池逆变单元包括2m个H桥逆变器单元；所述的H桥逆变器单元包括4个功率管和1个单元电池模块，4个功率管以“H”形线路相互连接，“H”形线路的两端接单元电池模块；每个单元电池模块包括k个单体电池；m、k皆为正整数。优点：1）采用旋转脉宽输出主动控制电池单元模块之间的平衡，提高电池的总体可使用容量；2）电池的充放电管理更加精细，大幅度提高电池的使用寿命；3）进一步降低电动车的总体使用成本。

Active Balance Control Method for Rotating Pulse Width Output Batteries of Cascaded Inverters

The invention provides an active control method for the balance of rotating pulse width output battery of cascaded inverters, which consists of three parallel and identical battery inverters, namely A-phase battery inverters, B-phase battery inverters and C-phase battery inverters. Each battery inverters unit includes two m H-bridge inverters; the H-bridge inverters unit includes four power transistors. With one cell battery module, four power transistors are connected with each other by \H\ line, and the two ends of \H\ line are connected with the cell battery module. Each cell battery module includes K single cells; m and K are positive integers. Advantages: 1) Using rotating pulse width output to actively control the balance between cell modules to improve the overall usable capacity of batteries; 2) the charge and discharge management of batteries is more refined, greatly improving the service life of batteries; 3) further reducing the overall use cost of electric vehicles.

【技术实现步骤摘要】
级联式逆变器旋转脉宽输出电池平衡主动控制方法
本专利技术涉及的是一种级联式逆变器旋转脉宽输出电池平衡主动控制方法，属于能源电力

技术介绍
目前，市场上现有电动汽车使用的电池充电和向逆变器放电的方案是把多个电池组合成一个电池包整体，如图1所示，充电的时候使用直流高压向电池包整体充电，放电的时候整体电池包向逆变器放电，以上方案要求电池包里各个电池模块的充放电特性一致性很好。但是实际使用的电池，各个电池模块之间的充放电特性有差异，即使在初始的时候严格挑选一致性好的电池模块组成电池包，各个电池模块之间的差异也会在后续的使用过程中变大；电池模块之间的差异使得整体电池包的充放电特性变差，降低整体电池包的容量和使用寿命。为了克服电池包内部电池模块的不平衡充放电特性，目前市场上的技术是为每一个电池模块增加一个均衡电路，在电池运行过程中，如果监控电路发现电池模块不均衡，则打开均衡电路，对高容量、高电压的电池模块进行放电，使整个电池包里的电池模块容量向最小容量，和/或者最小电压的电池模块靠近，从而使整体电池包里的模块达到新的一致性。这种方法的缺点是电池包的整体性能由电池包里性能最差的电池模块决定，电池均衡电路放电需要消耗电池能量，从而导致电池包整体的容量降低，充放电性能下降，最终导致电池寿命缩短。
技术实现思路
本专利技术提出的是级联式逆变器旋转脉宽输出电池平衡主动控制方法，其目的在于解决电池包内个体电池不均衡而导致电池包的性能下降、使用寿命缩短的问题，提供一种保持电池单元充放电平衡，提升电池整体工作效率的设备。本专利技术技术解决方案：级联式逆变器旋转脉宽输出电池平衡主动控制方法，该方法所使用的旋转脉宽输出电池平衡级联式逆变器包括3个并联且结构相同的电池逆变单元，分别为A相电池逆变单元、B相电池逆变单元、C相电池逆变单元，每个电池逆变单元包括2m个H桥逆变器单元；所述的H桥逆变器单元包括4个功率管和1个单元电池模块，4个功率管以“H”形线路相互连接，“H”形线路的两端接单元电池模块；每个单元电池模块包括k个单体电池。m、k皆为正整数。本专利技术的优点：1）采用主动控制平衡，提高电池的总体可使用容量；2）电池的充放电管理可以更精细，大幅度提高电池的使用寿命；3）进一步降低电动车的总体使用成本。附图说明附图1是现有电动车电池和逆变器的结构示意图。附图2是电池逆变单元结构示意图。附图3是旋转脉宽输出电池平衡级联式逆变器接三相电机的结构示意图。附图4是输出控制脉宽在不同的H桥单元之间的分配波形示意图。具体实施方式如图3所示，级联式逆变器旋转脉宽输出电池平衡主动控制方法，该控制方法所使用的旋转脉宽输出电池平衡级联式逆变器，包括3个并联且结构相同的电池逆变单元，分别为A相电池逆变单元、B相电池逆变单元、C相电池逆变单元，每个电池逆变单元包括2m个H桥逆变器单元；所述的H桥逆变器单元包括4个功率管和1个单元电池模块，4个功率管以“H”形线路相互连接，“H”形线路的两端接单元电池模块；每个单元电池模块包括k个单体电池。m、k皆为正整数。该控制方法的应用包括如下步骤：1）通过车载电控单元实时记录电池运行的状态，例如电池电压，电池的充放电电流和时间等数据，通过一段时间的实时记录，车载电控单元可以估计出每一个单体电池的充电状态和电池健康状态，包括电池容量，电池放电功率和电池预期寿命；2）按照单体电池的容量对6mk个单体电池由大到小进行排序，按大小顺序，每k个单体电池为一组，将k个单体电池串联组合成6m个单元电池模块，每一相的电池逆变单元使用2m个单元电池模块；其排序方法如下表1所示，表中的数字代表单元电池模块的容量大小，从大到小依次排列，1表示容量最大的单元电池模块容量，n表示容量最小的单元电池模块容量；表13）把6m个单元电池模块按照表1的排序方法组合成三相H桥逆变器电池供电系统，每一相的总单元电池模块理论容量相等；4）在运行的时候，控制器对不同H桥的小单体可以使用不同的控制脉宽，使不同H桥的小单体可以在不同的放电负载下达主动控制平衡；输出控制脉宽在不同的H桥单元之间的分配波形如图4所示。逆变器的控制上采用基波频率控制，每一个H桥和一个电池模块对应输出电压的一个阶梯。由于每一个H桥的输出脉宽不一样，输出功率和能量也不一样，在电池包有差异的情况下，控制逆变器的总体输出电压不变化，可以把较大的控制脉宽分配到储存能量高的电池包，把较小的控制脉宽分配到储存能量低的电池包，经过多个周期的逆变器放电，可以达到各个电池包的存储能量均衡。由于电动车的电池管理的一个重要目标是均衡，所以使用该动态脉宽分配技术可以达到各个H桥的电池包平衡。本专利技术对电池的管理分两步，首先把性能相近的几个电池单元组合成多个单元电池模块，然后把多个单元电池模块再组合成一个总的多电平H桥级联控制器；该逆变器在逆变放电的时候，低容量电池包可以通过控制开关脉宽使放电量低于高容量电池包，从而达到总体电池包放电的动态平衡；该逆变器可以使用传统的充电桩对电池充电，在电池充电过程中，可以根据每一个单元电池模块的充电状态决定是否对该单元电池模块充电，这样即使在单元电池模块放电不平衡的情况下，也可以做到充电平衡。实施例1如图3所示，级联式逆变器旋转脉宽输出电池平衡主动控制方法，其特征是该方法所使用的旋转脉宽输出电池平衡级联式逆变器包括3个并联且结构相同的电池逆变单元，分别为A相电池逆变单元、B相电池逆变单元、C相电池逆变单元，每相电池逆变单元包括4个H桥逆变器单元。如图2所示，所述的H桥逆变器单元包括4个功率管和1个单元电池模块，4个功率管以“H”形线路相互连接，“H”形线路的两端接单元电池模块；整个设备共有12个H桥逆变器单元；每个单元电池模块包括8个单体电池。使用过程中，设最大和最小单体电池的容量差异为20%，即容量最小的单体电池的容量是容量最大的单体电池的80%，其他电池容量在二者之间随机正态分布。通过车载电控单元记录各个单体电池的容量，将96个单体电池按容量由大到小排列，为了本实施例的计算方便，假定96个单体电池的差异是均匀分布，设容量最大的（即第1个）单体电池的容量是100，第2个是(100-1×20/95)，第3个是(100-2×20/95)，以此类推，第96个容量最小的单体电池的容量是(100-95×20/95)=80。按照96个单体电池由大到小的排列顺序，顺次将每8个单体电池串联组合成1个单元电池模块，共组合为12个单元电池模块，每一相的电池逆变单元使用4个单元电池模块；每一个单体电池的容量见下表2，其中每个加粗表格框中的8个单体电池组成1个单元电池模块。表2按照上述表2的组合方法组合单元电池模块，每一相的电池理论容量相等；12个单元电池模块的有效容量见下表3；其中每一个单元电池模块的容量以每个单元电池模块里最小容量的单体电池为基准，电池模块的容量=最小容量的单体电池容量×单体电池个数（8个）。表3本实施例总体有效电池容量是12个单元电池模块容量之和：总体有效电池容量=8569.3。若采用传统的单一电池包使用方案，96个单体电池串联，每一个单体电池需要向最小容量的单体电池靠拢，因此电池总体有效容量是96×80=7680。本实施例提高总体电池的可使用容量百分比为：8569.3/768本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.级联式逆变器旋转脉宽输出电池平衡主动控制方法，其特征是包括如下步骤：1）通过车载电控单元实时记录电池运行的状态，包括电池电压，电池的充放电电流和时间数据，计算得出每个单体电池的电池容量，电池放电功率和电池预期寿命；2）按照单体电池的容量对6mk个单体电池由大到小进行排序，按大小顺序，每k个单体电池为一组，将k个单体电池串联组合成6m个单元电池模块，每一相的电池逆变单元使用2m个单元电池模块；其排序方法如下表1所示，表中的数字代表单元电池模块的容量大小，从大到小依次排列，1表示容量最大的单元电池模块容量，n表示容量最小的单元电池模块容量；

【技术特征摘要】
1.级联式逆变器旋转脉宽输出电池平衡主动控制方法，其特征是包括如下步骤：1）通过车载电控单元实时记录电池运行的状态，包括电池电压，电池的充放电电流和时间数据，计算得出每个单体电池的电池容量，电池放电功率和电池预期寿命；2）按照单体电池的容量对6mk个单体电池由大到小进行排序，按大小顺序，每k个单体电池为一组，将k个单体电池串联组合成6m个单元电池模块，每一相的电池逆变单元使用2m个单元电池模块；其排序方法如下表1所示，表中的数字代表单元电池模块的容量大小，从大到小依次排列，1表示容量最大的单元电池模块容量，n表示容量最小的单元电池模块容量；表13）把6m个单元电池模块按照表1的排序方法组合成三相H桥逆变器电池供电系统，每一相的总单元电池模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜仲，
申请(专利权)人：苏州唯控汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32