磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡电路、系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡电路、系统及方法，涉及电池均衡领域，该电路包括：n个串联的单体电池单元构成的电池组、均衡单元、自激绕组、磁复位绕组和外部驱动信号；各单体电池单元均包括串联连接的单体电池和单体电池内阻，各单体电池单元均并联一个均衡单元，各均衡单元均包括串联连接的均衡绕组和开关管；均衡绕组与自激绕组一一对应设置，各均衡绕组和各自激绕组的同名端相同，磁复位绕组与均衡绕组的同名端相反；外部驱动信号驱动从电池组的负极开始的第1个均衡单元中开关管；第m个均衡单元中开关管的栅极和源极分别与第m个均衡单元对应的自激绕组的正极和负极连接，本发明专利技术简化了驱动电路，降低了均衡电路成本。衡电路成本。衡电路成本。

【技术实现步骤摘要】
磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡电路、系统及方法


[0001]本专利技术涉及电池均衡
，特别是涉及一种磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡电路、系统及方法。

技术介绍

[0002]随着各种绿色能源技术的广泛应用，储能环节愈显重要，目前和将来的一段时间内，利用化学电池仍是储能重要方式。在实际应用中，往往将多个单体电池串联而成电池组来使用。
[0003]由于每个单体电池的一致性差异及使用过程中的温度、充放电电流等差异，在长期使用后，每一组串联使用的电池磨损程度会产生较大的差异，从而导致每一个单体电池的性能不尽相同，表现为电压也不尽相同。性能不一致的单体电池串联使用，会导致在实际使用中各单体电池的充放电程度不一致，产生过充和过放，严重影响整个电池组的使用寿命和性能，甚至导致电池组的损坏。
[0004]为解决电池组在长期使用后各个单体电池损耗的不一致带来的电压不均衡的问题，现有的解决方案为电池管理系统(BMS)。该系统使用了大量的电压、电流、温度传感器，对每一组电池进行实时的监测，控制单元会根据每一组电池的损耗情况来制定电池均衡方案，在充电及放电时对每一组电池进行电压均衡，使各组电池磨损速度趋于一致，以达到电压均衡的目的。但电池均衡系统采用了大量的传感器，电路复杂，管理和均衡各个单体电池的电压算法复杂，系统计算运行成本高，且大量的控制参数会导致可靠性降低。
[0005]虚拟并联电池均衡电路利用多绕组变压器，实现各个单体电池虚拟并联。每个单体电池都对应一个绕组和一个开关管，绕组的参数和匝数均相同，通过高频磁芯耦合在一起，实现自动电压均衡的功能。普通虚拟并联电池均衡电路的优点有：
[0006]①
由于各个单体电池虚拟并联，可以实现电压的自动均衡，无需大量的传感器和复杂的均衡算法。
[0007]②
虚拟并联的单体电池，可以实现大电流的电压均衡。
[0008]③
可以在电池组静置、充电、放电全状态下实现电压均衡。
[0009]普通虚拟并联电池均衡电路的缺点：
[0010]①
大量的开关管需要大量相互隔离的外部驱动信号，需要设计复杂的隔离驱动电路，电路笨重，成本高。
[0011]②
虚拟并联均衡电路均衡电流等参数的定量分析和计算困难。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是提供一种磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡电路、系统及方法，简化了驱动电路，降低了均衡电路成本。
[0013]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0014]一种磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡电路，包括：n个串联的单体电池单元构
成的电池组、n个均衡单元、n个自激绕组、1个磁复位绕组和外部驱动信号；各所述单体电池单元均包括串联连接的单体电池和单体电池内阻，各所述单体电池单元均并联一个所述均衡单元，各所述均衡单元均包括串联连接的均衡绕组和开关管；所述均衡绕组与所述自激绕组一一对应设置，各所述均衡绕组和各所述自激绕组的同名端相同，所述磁复位绕组与所述均衡绕组的同名端相反，所述磁复位绕组通二极管连接所述电池组的正极；所述外部驱动信号用于驱动从所述电池组的负极开始的第1个均衡单元中开关管；第m个均衡单元中开关管的栅极与第m个均衡单元对应的自激绕组的正极连接，第m个均衡单元中开关管的源极与第m个均衡单元对应的自激绕组的负极连接。
[0015]可选地，所述外部驱动信号还用于通过控制第1个均衡单元中开关管的截止时间来控制所述磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡电路的占空比，所述占空比表示为：
[0016][0017][0018]其中，D表示占空比，t
on
表示第1个均衡单元中开关管的导通时间，t
off
第1个均衡单元中开关管的截止时间，Ψ
s
表示磁饱和时的磁链，g
m
表示第m个单体电池单元和第m个均衡单元构成的第m个均衡回路的电导，第m个均衡回路的电阻由单体电池内阻、均衡绕组内阻和连接导线内阻串联构成，E
m
表示第m个单体电池的电压。
[0019]可选地，所述磁饱和时的磁链Ψ
s
表示为：Ψ
s
＝n1B
S
S；
[0020]其中，n1表示各所述均衡绕组的匝数，B
S
表示磁芯饱和时磁感应强度，S表示磁芯横截面积。
[0021]可选地，所述磁复位绕组的匝数为
[0022]其中，n1表示各所述均衡绕组的匝数。
[0023]可选地，各自激绕组依次串联第一电阻和第二电阻，所述第二电阻的正极连接对应开关管的栅极，所述第二电阻的负极连接对应开关管的源极。
[0024]本专利技术还公开了一种磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡系统，包括所述的磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡电路。
[0025]本专利技术还公开了一种磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡方法，应用所述的磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡电路，该方法包括：
[0026]判断电池组是否处于静置状态；
[0027]若所述电池组处于静置状态，则所述电池组的磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡电路的占空比保持不变；
[0028]若所述电池组不是处于静置状态，则判断所述电池组的充放电状态；
[0029]若所述电池组处于放电状态，则按照设定比例增加所述占空比；
[0030]若所述电池组处于充电状态，则按照设定比例减少所述占空比。
[0031]可选地，所述设定比例的范围为10％至20％。
[0032]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0033]本专利技术通过外部输入的外部驱动信号驱动从电池组的负极开始的第1个均衡单元
中开关管，其他均衡单元中开关管由对应的自激绕组通过正反馈驱动，实现了开关管导通和关断的自激驱动，简化了驱动电路，减少了电路体积，降低了均衡电路成本。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1为本专利技术实施例提供的一种磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡电路结构示意图；
[0036]图2为本专利技术实施例提供的串联电池组等效为虚拟并联电路的电路结构示意图；
[0037]图3为本专利技术实施例提供的一种磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡方法流程示意图。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡电路，其特征在于，包括：n个串联的单体电池单元构成的电池组、n个均衡单元、n个自激绕组、1个磁复位绕组和外部驱动信号；各所述单体电池单元均包括串联连接的单体电池和单体电池内阻，各所述单体电池单元均并联一个所述均衡单元，各所述均衡单元均包括串联连接的均衡绕组和开关管；所述均衡绕组与所述自激绕组一一对应设置，各所述均衡绕组和各所述自激绕组的同名端相同，所述磁复位绕组与所述均衡绕组的同名端相反，所述磁复位绕组通二极管连接所述电池组的正极；所述外部驱动信号用于驱动从所述电池组的负极开始的第1个均衡单元中开关管；第m个均衡单元中开关管的栅极与第m个均衡单元对应的自激绕组的正极连接，第m个均衡单元中开关管的源极与第m个均衡单元对应的自激绕组的负极连接。2.根据权利要求1所述的磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡电路，其特征在于，所述外部驱动信号还用于通过控制第1个均衡单元中开关管的截止时间来控制所述磁饱和式自激驱动虚拟并联电池均衡电路的占空比，所述占空比表示为：激驱动虚拟并联电池均衡电路的占空比，所述占空比表示为：其中，D表示占空比，t
on
表示第1个均衡单元中开关管的导通时间，t
off
第1个均衡单元中开关管的截止时间，Ψ
s
表示磁饱和时的磁链，g
m
表示第m个单体电池单元和第m个均衡单元构成的第m个均衡回路的电导，第m个均衡回路的电阻由单体电池内阻、均衡绕组内阻和连接导线内阻串联构成，E
m
表示第m个单体电池的电压。...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚文杰，朱翔鸥，张清周，徐励，蒋小洛，彭子舜，谢文浩，章纯，胡文，戴瑜兴，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：