能量转移型的动力电池组快速均衡系统及控制方法技术方案

能量转移型的动力电池组快速均衡系统及控制方法，本发明专利技术涉及电池组电压均衡系统，还涉及电池组快速均衡过程的控制方法。它解决了现有技术均衡器使被均衡电池单体和储能元件受到脉动电流冲击的问题。系统包括动力电池组单体电池电压及飞渡电容电压检测网络、电流传感器及信号调理电路、单片机、电量转移通道、第一滤波电路、双向buck-boost变换器、第二滤波电路和飞渡电容。开始工作后，首先巡检电池组单体电池电压、飞渡电容电压和充放电电流，若电池单体的最高电压与单体的最低电压的压差超过设定值，就启动均衡操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池组电压均衡系统，本专利技术还涉及电池组快速均衡过程的控制方法。
技术介绍
传统的电池组电压均衡系统一般是能量消耗型的，在均衡电池组中各单体电池的电压时，要消耗电压高的电池的电量，造成了能源的无谓消耗，同时产生热量，导致均衡系统工作不可靠。专利号为ZL200810137146. 5的专利公开了一种蓄电池组或超级电容器组充放电快速均衡装置，图14给出了该均衡装置的主电路图。该专利提出了一种非耗能型的蓄电池组电压均衡方法，但是如图12a)和图Ila)所示，基本的双向buck-boost变换器电路结构输入端电流波形和输出端电流波形都是锯齿波，使被均衡电池或储能元件受到这种具有极大脉动性电流的冲击，不利于电池的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，以解决现有技术均衡器中buck-boost变换器输入端电流波形和输出端电流波形都是锯齿波，使被均衡电池单体和储能元件受到脉动电流冲击的问题。系统包括动力电池组单体电池电压及飞渡电容电压检测网络1、电流传感器及信号调理电路2、单片机3、电量转移通道4、第一滤波电路5、双向buck-boost变换器6、第二滤波电路7和飞渡电容8 ；动力电池组单体电池电压及飞渡电容电压检测网络1 连接被均衡的动力电池组和飞渡电容8以检测电池组各单体电池电压值和飞渡电容的电压值，并将采集到的电压值分别传递给单片机3 ；电流传感器及信号调理电路2 与电池组连接，以检测动力电池组充放电电流，把检测到的电流值传送给单片机3以便控制均衡电流的大小；单片机3 通过对采集到的电压和电流值进行一定的运算，输出控制双向 buck-boost变换器6中的MOSFET工作的PWM驱动信号，控制双向buck-boost变换器6中的电流大小和流动方向，同时通过控制电量转移通道4中多个相应继电器的导通与关断， 最终实现被均衡电池单体与飞渡电容8之间的电量转移；电量转移通道4 一端连接第一滤波电路5，另一端分别连接在η节动力电池单体串联构成的动力电池组的η+1个节点上；第一滤波电路5 —端与电量转移通道4相连，另一端与双向buck-boost变换器6相连，使电量转移通道4向双向buck-boost变换器6转移电量时的转移电流和双向 buck-boost变换器6向转移通道4转移电量时的转移电流保持平稳；双向buck-boost变换器6 —端连接第一滤波电路5，另一端连接第二滤波电路 7,以实现电能在第一滤波器和第二滤波器之间的双向流动及流动方向的控制；第二滤波电路7 —端与双向buck-boost变换器6相连，另一端与飞渡电容8相连，使双向buck-boost变换器6向飞渡电容转移电量时的转移电流和飞渡电容8向双向 buck-boost变换器6移电量时的转移电流保持平稳；飞渡电容8 飞渡电容8由超级电容单体或超级电容组组成，其的正负极与第二滤波电路相应端相连，选择作为飞渡电容的荷电容量与被均衡的电池组单体电池容量大致相同，其额定电压与被均衡后电池组单体额定电压相同，在整个均衡主电路电量转移过程中起到“中转站”的作用。能量转移型的动力电池组快速均衡系统的控制方法，它包括下述步骤一、单片机初始化；二、检测各单体电池电压Vi和飞渡电容电压Vf以及电池组充放电电流；三、比较得到最高电压单体电池电压值Vmax和最低电压单体电池电压值Vmin以及各单体电池平均电压值Vav，根据充放电电流大小设定均衡电流大小；四、判断Vmax-Vmin > Δ，其中Δ为设定值；如果结论为“否”，返回步骤二 ；如果结论为“是”，执行步骤五、判断Pi <VF< μ j -M 果结论为“是”，执行步骤六Α、判断A1 > Δ2，其中A1 = Vmax-Vav, A2 = Vav-Vmin ；如果结论为“否”执行步骤七Α、最低电压单体两端继电器闭合，Q2工作，飞渡电容向最低电压电池转移电量，然后执行步骤八；如果六A的结论为“是”，执行步骤七B、最高电压单体电池两端继电器闭合，Ql工作，最高电压电池向飞渡电容转移电量；然后执行步骤八；如果步骤五的结论为“否”，执行六B、判断Vf < Uj ；如果结论为“是”，执行步骤七C、最高电压单体电池两端继电器闭合，Ql工作，最高电压电池向飞渡电容转移电量；然后执行步骤八；如果步骤六B的结论为“否”，执行步骤七D、最低电压单体电池两端继电器闭合，Q2工作，飞渡电容向最低电压电池转移电量；然后执行步骤八；八、转移电量的过程经过时间T ；九、将检测的电压、电流数据经通信模块传递给上位机存储并显示；然后返回步骤本专利技术的电路结构为能量转移型，与耗能型均衡器相比，极大地减小了能量消耗， 进而减少了由于消耗电能所产生的热量，使均衡系统可靠性更高，实用性更强。本专利技术工作时，在基本的双向buck-boost变换器的输入和输出端加入滤波电路，不但均衡电流不受单体电池间的压差限制，还消除了均衡电流的脉动性，实现了均衡电流的平稳且可控，极大地提高了均衡速率，实现了均衡的快速性，尤其适用于大容量的动力电池均衡。该电路对特殊元器件的依赖性小，大大扩大了本均衡系统的适用范围，进一步增强了其实用性。本专利技术针对大电流快速充电的电池组，提供一种实用性强且均衡电流稳定的充放电快速均衡装置，以满足电池组在大电流充放电过程中为保持电池组单体电压的一致性对均衡速度和均衡电流稳定性的要求，从而避免电池串联使用中容量小的电池单体过充或过放，同时也消除了加入均衡电路后脉动较大的均衡电流给动力电池带来的负面影响，最终达到保护电池，延长其使用寿命的目的。本专利技术的适用范围本专利技术适用于串联节数η >2 的各种蓄电池组或超级电容组的电压快速均衡。尤其适用于大容量电池组的动、静态电压均衡。附图说明图1是本专利技术的结构示意图2是本专利技术动力电池组单体电池电压检测网络示意图3是本专利技术实施方式三和四的结构示意图，其中B1 Bn为被均衡的串联的η个动力电池组成的电池组，S1 Sn+1为n+1个继电器构成的继电器阵列；图4是已有的动力电池组电压均衡的电路结构示意图； 图5是本专利技术的方法流程示意图6是本专利技术均衡工作时电池组中被均衡电池流入均衡器端电流波形图； 图7是本专利技术均衡工作时均衡器输出端电流波形图； 图8是本专利技术均衡工作时均衡器电感L的电流波形图。 图9是已有技术均衡器工作时均衡器输出端电流波形图， 图10(a)是已有技术双向buck-boost变换器基本电路结构； 图10(b)是本专利技术双向buck-boost变换器电路结构；图11 (a)是已有技术的双向buck-boost变换器基本电路结构输入端电流波形； 图11(b)是本专利技术的双向buck-boost变换器电路结构输入端电流波形图； 图12(a)是已有技术双向buck-boost变换器基本电路结构输出端电流波形图； 图12(b)是本专利技术的双向buck-boost变换器电路结构输出端电流波形图； 图13(a)是已有技术的双向buck-boost变换器基本电路结构的储能电感电流波形图； 图13(b)是本专利技术的双向buck-boost变换器电路结构的储能电感电流波形图； 图14是专利ZL200810137146. 5的主电路图。具体实施例方式具体实施方式一下面结合图1具体说明本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．能量转移型的动力电池组快速均衡系统，它包括动力电池组单体电池电压及飞渡电容电压检测网络（１）、电流传感器及信号调理电路（２）、单片机（３）、电量转移通道（４）、第一滤波电路（５）、双向ｂｕｃｋ－ｂｏｏｓｔ变换器（６）、第二滤波电路（７）和飞渡电容（８）；动力电池组单体电池电压及飞渡电容电压检测网络（１）：连接被均衡的动力电池组和飞渡电容（８）以检测电池组各单体电池电压值和飞渡电容的电压值，并将采集到的电压值分别传递给单片机（３）；电流传感器及信号调理电路（２）：与电池组连接，以检测动力电池组充放电电流，把检测到的电流值传送给单片机（３）以便控制均衡电流的大小；单片机（３）：通过对采集到的电压和电流值进行一定的运算，输出控制双向ｂｕｃｋ－ｂｏｏｓｔ变换器（６）中的ＭＯＳＦＥＴ工作的ＰＷＭ驱动信号，控制双向ｂｕｃｋ－ｂｏｏｓｔ变换器（６）中的电流大小和流动方向，同时通过控制电量转移通道（４）中多个相应继电器的导通与关断，最终实现被均衡电池单体与飞渡电容８之间的电量转移；电量转移通道（４）：一端连接第一滤波电路（５），另一端分别连接在ｎ节动力电池单体串联构成的动力电池组的ｎ＋１个节点上；第一滤波电路（５）：一端与电量转移通道（４）相连，另一端与双向ｂｕｃｋ－ｂｏｏｓｔ变换器（６）相连，使电量转移通道（４）向双向ｂｕｃｋ－ｂｏｏｓｔ变换器（６）转移电量时的转移电流和双向ｂｕｃｋ－ｂｏｏｓｔ变换器（６）向转移通道（４）转移电量时的转移电流保持平稳；双向ｂｕｃｋ－ｂｏｏｓｔ变换器（６）：一端连接第一滤波电路（５），另一端连接第二滤波电路（７），以实现电能在第一滤波器和第二滤波器之间的双向流动及流动方向的控制；第二滤波电路（７）：一端与双向ｂｕｃｋ－ｂｏｏｓｔ变换器（６）相连，另一端与飞渡电容（８）相连，使双向ｂｕｃｋ－ｂｏｏｓｔ变换器（６）向飞渡电容转移电量时的转移电流和飞渡电容（８）向双向ｂｕｃｋ－ｂｏｏｓｔ变换器（６）移电量时的转移电流保持平稳；飞渡电容（８）：飞渡电容（８）由超级电容单体或超级电容组组成，其的正负极与第二滤波电路相应端相连，选择作为飞渡电容的荷电容量与被均衡的电池组单体电池容量大致相同，其额定电压与被均衡后电池组单体额定电压相同，在整个均衡主电路电量转移过程中起到“中转站”的作用。...

【技术特征摘要】
1.能量转移型的动力电池组快速均衡系统，它包括动力电池组单体电池电压及飞渡电容电压检测网络(1)、电流传感器及信号调理电路O)、单片机(3)、电量转移通道、第一滤波电路(5)、双向buck-boost变换器(6)、第二滤波电路(7)和飞渡电容(8)；动力电池组单体电池电压及飞渡电容电压检测网络(1)连接被均衡的动力电池组和飞渡电容(8)以检测电池组各单体电池电压值和飞渡电容的电压值，并将采集到的电压值分别传递给单片机(3)；电流传感器及信号调理电路O)与电池组连接，以检测动力电池组充放电电流，把检测到的电流值传送给单片机(3)以便控制均衡电流的大小；单片机⑶通过对采集到的电压和电流值进行一定的运算，输出控制双向 buck-boost变换器(6)中的MOSFET工作的PWM驱动信号，控制双向buck-boost变换器(6) 中的电流大小和流动方向，同时通过控制电量转移通道中多个相应继电器的导通与关断，最终实现被均衡电池单体与飞渡电容8之间的电量转移；电量转移通道(4)一端连接第一滤波电路(5)，另一端分别连接在η节动力电池单体串联构成的动力电池组的η+1个节点上；第一滤波电路(5):—端与电量转移通道(4)相连，另一端与双向buck-boost变换器(6)相连，使电量转移通道向双向buck-boost变换器(6)转移电量时的转移电流和双向buck-boost变换器(6)向转移通道(4)转移电量时的转移电流保持平稳；双向buck-boost变换器(6)—端连接第一滤波电路(5)，另一端连接第二滤波电路(7)，以实现电能在第一滤波器和第二滤波器之间的双向流动及流动方向的控制； 第二滤波电路(7)—端与双向buck-boost变换器(6)相连，另一端与飞渡电容(8)相连，使双向buck-boost变换器(6)向飞渡电容转移电量时的转移电流和飞渡电容(8)向双向buck-boost变换器(6)移电量时的转移电流保持平稳；飞渡电容(8)飞渡电容(8)由超级电容单体或超级电容组组成，其的正负极与第二滤波电路相应端相连，选择作为飞渡电容的荷电容量与被均衡的电池组单体电池容量大致相同，其额定电压与被均衡后电池组单体额定电压相同，在整个均衡主电路电量转移过程中起到“中转站”的作用。2.根据权利要求1所述的能量转移型的动力电池组快速均衡系统，其特征在于第一滤波电路(5)、双向buck-boost变换器(6)和第二滤波电路(7) —起构成了改进型的双向 buck-boost变换器；该变换器由一号开关管(Ql)、二号开关管(Q2)、二极管D1、二级管D2、 电感L、一号开关管0)1)缓冲电容C5和二号开关管^!2)缓冲电容C6以及一号MOS驱动器和二号MOS驱动器组成，第一滤波电路(5)由电感Li、电感L2、电容Cl、电容C2组成，第二滤波电路(7)由电感L3、电感L4、电容C3和电容C4组成，电感Ll的一端连接一号开关 (SSl)的一个静端和二号开关(SS2)的一个静端，电感Ll的另一端连接电感L2的一端和电容Cl的正极接线端，电感L2的另一端连接电容C2的正极、一号开关管Oil)的一极、电容C5的一端和二极管Dl的负极，一号开关管Oil)的另一极连接电容C5的另一端、二极管 Dl的正极、电感L的一端、二级管D2的正极连接电容C6的另一端、二号开关管0^2)的另一极、电容C3的负极、电容C4的负极和飞渡电容Cf的负极，飞渡电容Cf的正极连接电感L4 的一端，电感L4的另一端连接电容C4的正极和电感L3的一端，电感L3的另一端连接电容 C3的正极、电感L的另一端、电容C2的负极、电容Cl的负极、二号开关(SS2)的一个静端和一号开关(SSl)的另...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱春波，逯仁贵，夏小东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93