一种电池均衡-交流加热一体化拓扑及控制方法技术

本发明专利技术属于电池管理技术领域，提供了一种电池均衡‑交流加热一体化拓扑及控制方法。其中，电池均衡‑交流加热一体化拓扑包括若干个串联的电池模组，每个电池模组并联一个开关管，相邻开关管串联连接；电池模组根据串接顺序分成奇数组和偶数组，开关管也根据串接顺序分成奇数组和偶数组；偶数组的电池模组正极及与该电池模组并联的开关管之间串联有电感；偶数组中相邻的开关管之间通过电容相连。其能够在低开关频率下实现对电池组的低温交流加热，在高开关频率下实现对电池模组间的均衡，而不需要附加另外的均衡电路，有效提高电池管理系统的功率密度并降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种电池均衡-交流加热一体化拓扑及控制方法
本专利技术属于电池管理
，尤其涉及一种电池均衡-交流加热一体化拓扑及控制方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。锂离子电池由于充电效率高及能量密度大而得到广泛应用。一个锂离子电池组是由许多锂离子电池单体串并联组成的，但是由于电池单体之间存在着不一致性，导致了这些单体在容量、内部阻抗和老化程度等方面的不同。这些不一致性又会加速整个电池的老化，降低整个电池的可用容量和使用寿命，因此需要对电池进行均衡。目前的基于升降压变换和软开关的动力电池组均衡电路只能对电池模组进行均衡而无法同时实现对电池模组的低温加热。在低温环境下，锂离子动力电池的内阻急剧变大，其充、放电性能变差，极大地降低了电动汽车的续驶里程，特别是会对电池造成永久性伤害，降低电池的有效容量和使用寿命。专利技术人发现，现有的在充电模式下对电池进行加热控制的方法只能对电池模组进行加热，无法同时实现对整个电池组的均衡。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题，本专利技术提供一种电池均衡-交流加热一体化拓扑及控制方法，其能够在低开关频率下(例如，10～20kHz)实现对电池组的低温交流加热，在高开关频率下(例如，100～200kHz)实现对电池模组间的均衡，而不需要附加另外的均衡电路，有效提高电池管理系统的功率密度并降低成本。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一个方面提供一种电池均衡-交流加热一体化拓扑，其包括：若干个串联的电池模组，每个电池模组并联一个开关管，相邻开关管串联连接；电池模组根据串接顺序分成奇数组和偶数组，开关管也根据串接顺序分成奇数组和偶数组；偶数组的电池模组正极及与该电池模组并联的开关管之间串联有电感；偶数组中相邻的开关管之间通过电容相连。本专利技术的第二个方面提供一种电池均衡-交流加热一体化拓扑的控制方法，其包括：产生状态互补的PWM信号并施加于奇数组和偶数组的开关管，使得两组开关管交替导通；获取电池实时温度，并与设定温度阈值比较，根据温度比较结果来调节PWM信号的频率，以实现电池交流加热和均衡一体化。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的拓扑包括若干个串联的电池模组，每个电池模组并联一个开关管，相邻开关管串联连接，偶数组的电池模组正极及与该电池模组并联的开关管之间串联有电感；偶数组中相邻的开关管之间通过电容相连，同时解决了由电池不一致性导致的电池不均衡以及低温降低电池性能的问题，在对低温电池预加热，使电池内芯达到正常工作温度范围的同时，兼顾均衡功能，在低频下可实现电池组的低温加热；高频下可实现电池单体或模块间的自动均衡，提高了电池组的能量利用率和功率密度。(2)本专利技术体积小，成本低：对于基本的加热拓扑，只需要两个MOS开关和一个电感就可以实现对整个电池组的加热；对于每两个电池模组，只需两个MOSFET开关和一个电感、电容。(3)本专利技术的控制简单：只需要一对状态互补的PWM信号驱动MOSFET开关，不需要额外的电流、电压检测电路。(4)本专利技术不需任何外接电源或者装置就能实现低温电池的自加热，容易集成到电池组中，在无需改变电池结构或电解质的前提下，可保障电池组在全温度和全电压范围内高效运行。(5)本专利技术通过控制数组的开关管和偶数组的开关管的开关频率，即可在线调整加热速度，适合于不同的环境温度和应用场合。本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术实施例一中电池均衡-交流加热一体化拓扑示意图；图2是本专利技术实施例一中电池均衡-交流加热一体化拓扑的基本加热拓扑示意图；图3是本专利技术实施例一中电池均衡-交流加热一体化拓扑的相邻两个电池模组间的基本均衡拓扑示意图；图4是本专利技术实施例一中电池均衡-交流加热一体化拓扑的两两电池模组间的基本均衡拓扑示意图；图5是本专利技术实施例二中10kHz下电池均衡-交流加热一体化拓扑的电池电压波形图；图6是本专利技术实施例二中10kHz下电池均衡-交流加热一体化拓扑的电感电流波形图；图7是本专利技术实施例二中10kHz下电池均衡-交流加热一体化拓扑的电容电流波形图；图8是本专利技术实施例二中100kHz下电池均衡-交流加热一体化拓扑的电池电压波形图；图9是本专利技术实施例二中100kHz下电池均衡-交流加热一体化拓扑的电容电流波形图；图10是本专利技术实施例二中100kHz下电池均衡-交流加热一体化拓扑的电容电流波形图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例一在一个或多个实施方式中，本实施例的电池均衡-交流加热一体化拓扑，其包括：若干个串联的电池模组，每个电池模组并联一个开关管，相邻开关管串联连接；电池模组根据串接顺序分成奇数组和偶数组，开关管也根据串接顺序分成奇数组和偶数组；偶数组的电池模组正极及与该电池模组并联的开关管之间串联有电感；偶数组中相邻的开关管之间通过电容相连。本实施例的电池均衡-交流加热一体化拓扑形成Buck-Boost变换器和开关电容变换器。本实施例将开关管通过下标分为奇数组和偶数组，对奇、偶两组开关管施加状态互补的PWM信号。设计Buck-Boost变换器的电感，需要进行加热时，调节开关频率为低频，Buck-Boost变换器在电池中能够产生较大幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池均衡-交流加热一体化拓扑，其特征在于，包括：/n若干个串联的电池模组，每个电池模组并联一个开关管，相邻开关管串联连接；电池模组根据串接顺序分成奇数组和偶数组，开关管也根据串接顺序分成奇数组和偶数组；偶数组的电池模组正极及与该电池模组并联的开关管之间串联有电感；偶数组中相邻的开关管之间通过电容相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池均衡-交流加热一体化拓扑，其特征在于，包括：
若干个串联的电池模组，每个电池模组并联一个开关管，相邻开关管串联连接；电池模组根据串接顺序分成奇数组和偶数组，开关管也根据串接顺序分成奇数组和偶数组；偶数组的电池模组正极及与该电池模组并联的开关管之间串联有电感；偶数组中相邻的开关管之间通过电容相连。


2.如权利要求1所述的电池均衡-交流加热一体化拓扑，其特征在于，奇数组的开关管和偶数组的开关管与信号控制器连接，所述信号控制器用于施加状态互补的PWM信号，使得两组开关管交替导通。


3.如权利要求2所述的电池均衡-交流加热一体化拓扑，其特征在于，所述信号控制器对奇数组的开关管和偶数组的开关管施加的PWM信号占空比均为50％。


4.如权利要求2所述的电池均衡-交流加热一体化拓扑，其特征在于，当电池模组温度低于设定温度阈值时，所述信号控制器用于调节PWM信号的频率为低频信号，以实现低温电池的自加热。


5.如权利要求2所述的电池均衡-交流加热一体化拓扑，其特征在于，当电池模组温度等于设定温度阈值时，所述信号控制器用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：商云龙，王孝乾，张承慧，段彬，张奇，陈桂成，鲁高鹏，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37