基于LC谐振电路改进的Cell-to-Cell电池均衡电路及实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于LC谐振电路改进的Cell‑to‑Cell电池均衡电路及实现方法，该均衡电路包括串联电池组、两组开关选择模块、n个LC谐振模块、开关驱动电路、微控制器。本发明专利技术利用LC谐振模块不仅实现了能量在相邻电池之间的传输，而且实现了串联电池组的首末电池单体之间的能量传输，从而实现了对串联电池组的均衡，提升了电池组的可用容量。本发明专利技术具有以下的优点：利用LC谐振模块实现了零电流开关，有效地降低了开关损耗；有效提高了开关频率，均衡速度快，减小了电路体积；控制方式简单，只需要两组互补、固定频率、固定占空比的PWM脉冲信号即可对两组开关模块实现控制。

【技术实现步骤摘要】
基于LC谐振电路改进的Cell-to-Cell电池均衡电路及实现方法
本专利技术涉及串联锂离子电池组均衡
，具体涉及一种基于LC谐振电路改进的Cell-to-Cell电池均衡电路及实现方法。
技术介绍
锂电池因其能量密度高、低自放电率等特点广泛应用于众多储能领域。但是锂电池一般单体电压较低，需要大量锂电池进行串并联组合才能满足不同的应用场合。在生产制造过程中，锂电池无法保持内阻、容量等参数的一致性，从而在锂电池组循环充放电的应用中，单体电池电压出现不一致的情况，并随着充放电次数的增加而加重，使得某些电池单元过充或过放，这会对电池的寿命和可靠性造成影响。因此，对于锂电池组电压均衡方法的研究具有重大的实际意义。现有技术1的中国专利技术专利(申请号CN201610068511.6)公开一种基于三谐振状态LC变换的AdjacentCell-to-Cell均衡电路及控制方法，通过利用三谐振状态LC变换模块实现相邻电池之间的能量均衡，实现了软开关，但由于只能实现相连电池单体之间的能量均衡，首末电池单体之间没有联系，均衡速度慢；现有技术2的中国专利技术专利(申请号CN201410698450.2)公开一种基于LCL谐振变换的Adjacent-Cell-to-Cell均衡电路及实现方法，虽然在能量转换过程中也实现了软开关，但是能量还是只能在相邻的电池之间传递，所以均衡速度仍较慢。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于LC谐振电路改进的Cell-to-Cell电池均衡电路及实现方法。本专利技术通过相邻的电池单体共用一个LC谐振模块，同时首末电池单体之间也共用一个LC谐振模块，微控制器向开关选择模块传送两组互补、固定频率、固定占空比的PWM脉冲信号控制其工作在模态A或模态B，实现能量在相邻的电池单体之间传递和首末电池单体之间传递，同时利用的LC谐振模块实现了零电流关断，减小了开关损耗，提高了均衡的速率。本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于LC谐振电路改进的Cell-to-Cell电池均衡电路，所述电池均衡电路包括：串联电池组、两组开关选择模块、n个LC谐振模块、开关驱动电路、微控制器；所述串联电池组由n个电池单体串联组成，依次命名为B1、B2、…Bi、…Bn，i＝1、2、…、n；所述两组开关选择模块分别为A组开关选择模块和B组开关选择模块，A组开关选择模块由n个选通开关组成，分别为SA1、SA2、…SAi、…、SAn，SAi的两端分别与串联电池组中电池单体Bi的正负极相连；B组开关选择模块由4个选通开关组成，分别为SB1、SB2、SB3、SB4，其中SB2、SB1分别和电池单体Bn的正负极相连，SB4、SB3分别和电池单体B1的正负极相连；其中，SA1、SA2、…SAi、…、SAn分别由两个正向串联的N沟道MOSFET组成；SB1、SB2、SB3、SB4分别由两个反向串联的N沟道MOSFET组成；所述LC谐振模块一共有n个，依次命名为(LC)1、(LC)2、…(LC)i、…、(LC)n，每个LC谐振模块由一个电感L和一个电容C组成，分别命名为L1、L2、…Li、…、Ln和C1、C2、…Ci、…、Cn；LC谐振模块(LC)1、(LC)2、…(LC)p、…、(LC)n-1中的(LC)p的两端和A组开关选择模块中的SAi＝p的中点和SAi＝p+1中点相连，p＝1、2、…、n-1；LC谐振模块(LC)n的一端同时和SB4、SB2相连，然后分别连接到电池单体B1、Bn的正极，LC谐振模块(LC)n的另一端同时和SB3、SB1相连，然后分别连接到电池单体B1、Bn的负极；所述微控制器输出两组互补、固定频率、固定占空比的PWM脉冲信号，经过开关驱动电路放大信号，控制A组开关选择模块和B组开关选择模块通断。进一步地，所述A组开关选择模块中的SAi的两端分别与串联电池组的各电池单体Bi的正负极相连；所述B组开关选择模块由4个选通开关组成，分别为SB1、SB2、SB3、SB4，其中SB2、SB1分别和电池单体Bn的正负极相连，SB4、SB3分别和电池单体B1的正负极相连。进一步地，所述LC谐振模块中的(LC)p的两端和A组开关选择模块中的SAi＝p的中点和SAi＝p+1中点相连；所述LC谐振模块(LC)n的一端同时和SB4、SB2相连，然后分别连接到电池单体B1、Bn的正极，LC谐振模块(LC)n的另一端同时和SB3、SB1相连，然后分别连接到电池单体B1、Bn的负极。进一步地，所述微控制器不需要考虑初始电压的分布情况，产生两组互补、固定频率、固定占空比的PWM脉冲信号，经过开关驱动电路放大信号，控制A组开关选择模块和B组开关选择模块；每个开关周期分为两个模态，当处于模态A时，A组开关选择模块的SA1、SA2、…SAi、…、SAn中一侧的MOSFET导通，B组开关选择模块的SB1和SB2中两个反向串联的MOSFET都导通，LC谐振模块(LC)i和电池单体Bi并联；当处于模态B时，A组开关选择模块的SA1、SA2、…SAi、…、SAn中另一侧的MOSFET导通，B组开关选择模块的SB3和SB4中两个反向串联的MOSFET都导通，LC谐振模块(LC)n和电池单体B1并联，LC谐振模块(LC)p和电池单体Bi＝p+1和LC谐振并联。进一步地，A组开关选择模块和B组开关选择模块的开关信号的频率频率等于LC串联谐振电路谐振频率的整数倍时，实现零电流开关。本专利技术在原有的基于LC谐振电路的Cell-to-Cell电池均衡电路基础上只增加了1个LC谐振模块和4个选通开关不仅实现了相邻电池之间能量传输，而且实现了串联电池组中的首末节电池单体之间的能量传输，在此基础上利用LC谐振模块的谐振实现了零电流开关，降低了开关损耗，同现有的均衡技术相比，在提升均衡速度的同时综合考虑了电路的体积。本专利技术的另一个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于LC谐振电路改进的Cell-to-Cell电池均衡电路的实现方法，所述实现方法包括以下步骤：S1、电压采样电路采集串联电池组中所有电池单体的电压，并且将采集到的电压信息传输给微控制器；S2、微控制器将采集到的电压信息进行处理，得到串联电池组的最大电池电压和最小电池电压，并判断两者之间的电压是否大于相应的均衡阈值电压，若大于均衡阈值电压，则开启均衡电路；S3、微控制器产生两组互补、固定频率、固定占空比的PWM脉冲信号控制两组开关模块，实现能量在相邻电池单体以及首末电池单体之间流动；S4、微控制器产生的PWM脉冲信号的频率为LC谐振电路谐振频率的整数倍，从而实现零电流开关。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术实现能量在相邻电池单体以及首末电池单体之间流动，在考虑电路体积的同时，增加了均衡速度；(2)改变传统的电路利用电容或电感进行能量转移，本专利技术利用LC谐振模块的谐振实现了零电流开关，大大降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LC谐振电路改进的Cell-to-Cell电池均衡电路，其特征在于，所述电池均衡电路包括：串联电池组、两组开关选择模块、n个LC谐振模块、开关驱动电路、微控制器；/n所述串联电池组由n个电池单体串联组成，依次命名为B

【技术特征摘要】
1.一种基于LC谐振电路改进的Cell-to-Cell电池均衡电路，其特征在于，所述电池均衡电路包括：串联电池组、两组开关选择模块、n个LC谐振模块、开关驱动电路、微控制器；
所述串联电池组由n个电池单体串联组成，依次命名为B1、B2、…Bi、…Bn，i＝1、2、…、n；
所述两组开关选择模块分别为A组开关选择模块和B组开关选择模块，A组开关选择模块由n个选通开关组成，分别为SA1、SA2、…SAi、…、SAn，SAi的两端分别与串联电池组中电池单体Bi的正负极相连；B组开关选择模块由4个选通开关组成，分别为SB1、SB2、SB3、SB4，其中SB2、SB1分别和电池单体Bn的正负极相连，SB4、SB3分别和电池单体B1的正负极相连；
其中，SA1、SA2、…SAi、…、SAn分别由两个正向串联的N沟道MOSFET组成；SB1、SB2、SB3、SB4分别由两个反向串联的N沟道MOSFET组成；
所述LC谐振模块一共有n个，依次命名为(LC)1、(LC)2、…(LC)i、…、(LC)n，每个LC谐振模块由一个电感L和一个电容C组成，分别命名为L1、L2、…Li、…、Ln和C1、C2、…Ci、…、Cn；
LC谐振模块(LC)1、(LC)2、…(LC)p、…、(LC)n-1中的(LC)p的两端和A组开关选择模块中的SAi＝p的中点和SAi＝p+1中点相连，p＝1、2、…、n-1；LC谐振模块(LC)n的一端同时和SB4、SB2相连，然后分别连接到电池单体B1、Bn的正极，LC谐振模块(LC)n的另一端同时和SB3、SB1相连，然后分别连接到电池单体B1、Bn的负极；
所述微控制器输出两组互补、固定频率、固定占空比的PWM脉冲信号，经过开关驱动电路放大信号，控制A组开关选择模块和B组开关选择模块通断。


2.根据权利要求1所述的基于LC谐振电路改进的Cell-to-Cell电池均衡电路，其特征在于，所述A组开关选择模块中的SAi的两端分别与串联电池组的各电池单体Bi的正负极相连；所述B组开关选择模块由4个选通开关组成，分别为SB1、SB2、SB3、SB4，其中SB2、SB1分别和电池单体Bn的正负极相连，SB4、SB3分别和电池单体B1的正负极相连。


3.根据权利要求1所述的基于LC谐振电路改进的Cell-to-Ce...

【专利技术属性】
技术研发人员：康龙云，徐鹏，林鸿业，罗璇，卢楚生，李杰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44