基于双向升降压变换器的总线式电池组均衡方法技术

基于双向升降压变换器的总线式电池组均衡方法，它涉及一种电池组的电压均衡方法。它解决了现有能量转移型的电池组均衡器均衡速度慢、均衡效率低、结构复杂以及成本高等缺点。本发明专利技术的方法基于双向升降压变换器、开关阵列、一号滤波电路、二号滤波电路、单体电池电压检测电路和控制器实现；双向升降压变换器主要是控制均衡电流的大小和流动方向，滤波电路是消除均衡电流的脉动性，避免大幅度脉动的均衡电流对被均衡电池的脉动冲击，开关阵列选择控制被均衡的电池接入相应端的均衡总线。均衡电流可不受电池组单体间压差限制且可控、平稳，改善了现有的均衡器的快速性，提高了能量效率，从而避免容量小的电池单体过充或过放，用于电池组电压均衡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池组的电压均衡方法。
技术介绍
目前基于典型的双向buck/boost变换器均衡结构的均衡方法和基于带有升降压变换器的飞渡电容式均衡方法，分别如图1和图2所示。典型的双向buck/boost变换器均衡结构在每相邻的电池单体之间都需要接入一个双向buck/boost变换器，对于N节电池单体组成的电池组就需要N+1个开关管，N+1个二极管和N-I个电感，使用的电器元件比较多；典型的双向buck/boost变换器均衡结构均衡时，若压差最大的两节单体间有较多电池单体，由最高电压单体转移电量到最低电压单体时就需要经过它们间这些电池单体相连的变换器，极大地降低了能量效率和均衡速率；如图2所示，给出了一种带有升降压变换器的飞渡电容式均衡结构示意图，该种均衡结构很好地解决了上述双向buck/boost变换器均衡结构的不足，但是所使用的飞渡电容一般是万法拉级的超级电容或超级电容组，其体积很大，而且作为飞渡电容的超级电容或超级电容组一般自放电率比较大，因而使用时间稍长以后其电压就很容易降到一个很低的水平，不利于均衡器的正常工作，这时需要在均衡启动前预先对飞渡电容补充一定的电量，这给带有升降压变换器的飞渡电容式均衡方案具体实施增加了不少麻烦，给均衡器的实用和推广带来较大不便。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，以解决现有能量转移型的电池组均衡器均衡速度慢、均衡效率低、结构复杂以及成本高等缺点。本专利技术的方法基于双向升降压变换器I、开关阵列II、一号滤波电路III、二号滤波电路IV、单体电池电压检测电路V和控制器VI实现；串联的η个电池单体B1 Bn构成电池组，从电池组的正极到负极，电池单体编号依次为1，2，3，…，η ；开关阵列II由A端总线和B端总线构成，η只单刀单掷开关K1 Κη、 单刀双掷开关KK1和单刀双掷开关KK2构成A端总线；η只单刀单掷开关S1 &、单刀双掷开关SS1和构成B端总线；单刀单掷开关K1 Kn的动端分别依次连接在电池单体B1 Bn的阳极上，单刀单掷开关K1 Kn中的奇数号开关的静端都连接在一起形成A端奇数开关总线II -1，单刀单掷开关K1 Kn中的偶数号开关的静端都连接在一起形成A端偶数开关总线II -2，单刀双掷开关KK1的动端连接在A端奇数开关总线II -1上，单刀双掷开关KK2的动端连接在A端偶数开关总线II -2上；单刀单掷开关S1 &的动端分别依次连接在电池单体B1 Bn的阴极上，单刀单掷开关S1 &中的奇数号开关的静端都连接在一起形成B端奇数开关总线II -3，单刀单掷开关S1 &中的偶数号开关的静端都连接在一起形成B端偶数开关总线II -4，单刀双掷开关SS1的动端连接在B端奇数开关总线II -3上，单刀双掷开关的动端连接在B端偶数开关总线II -4上；一号滤波电路III由电感L1和电容C1组成，二号滤波电路IV由电感L2和电容C2组成；双向升降压变换器I由开关管Gl1、开关管Q2、开关管QQ1、开关管QQ2、二极管D1、二极管D2、二极管DD1、二极管和功率电感L组成，单刀双掷开关KK1的一个静端连接单刀双掷开关KK2的一个静端和电感L1的一端，单刀双掷开关KK1的另一个静端连接单刀双掷开关KK2的另一个静端、电容C1的负极、开关管QA的一极和二极管DD1的阴极，电感L1的另一端连接电容C1的正极、开关管兑的一极和二极管D1的阴极，开关管QA的另一极连接二极管DD1的阳极、开关管QA的一极和二极管DD2的阴极、功率电感L的一端，功率电感L的另一端连接开关管兑的另一极、二极管D1的阳极、开关管％的一极和二极管&的阴极，二极管込的阳极连接开关管％的另一极、电容C2的负极、单刀双掷开关的一个静端和单刀双掷开关SS1的一个静端，开关管QA的另一极连接二极管DD2的阳极、电容C2的正极和电感L2的一端，电感L2的另一端连接单刀双掷开关SS1的另一个动端和单刀双掷开关SS2 的另一个动端；检测每个电池单体电压的单体电池电压检测电路V的信号输出端连接控制器VI 的信号输入端，控制器VI的每个信号输出端分别连接η只单刀单掷开关& !^、单刀双掷开关KK1、单刀双掷开关ΚΚ2、η只单刀单掷开关S1 &、单刀双掷开关SS1、单刀双掷开关SS2、 开关管A、开关管A、开关管QA和开关管9 的控制信号输入端；所述均衡方法包括下述步骤一、开始；二、控制器VI检测电池组的充放电电流大小，并通过充放电电流值确定开关管工作频率进而确定均衡电流值；三、巡检电池组各单体电池电压\ ；四、比较得出最高电压单体电压Vmax和最低电压单体电压Vmin，以及与之相对应的单体电池编号i和j，五、判断最高电压单体电压与最低电压单体电压的压差是否超过设定值Δ，即判断Vmax-Vmin > Δ，若为“否”，则返回执行步骤三；若步骤五的结论为“是”; 则执行步骤六、判断最高电压单体的编号i是否小于最低电压单体的编号j，若判断结论为 “是”，则单刀单掷开关Ki和单刀单掷开关Kw闭合，单刀单掷开关Sf1和单刀单掷开关。闭合，单刀双掷开关KK1、单刀双掷开关KK2、单刀双掷开关SS1和单刀双掷开关SS2置位到相应端，功率管A和功率管QA工作，功率管A和功率管QA关断，电荷量由单体电池Bi向单体电池Bj转移；若步骤六的结论为“否”，则执行步骤七、单刀单掷开关Kj和单刀单掷开关Kp1 闭合，单刀单掷开关Sp1和单刀单掷开关Si闭合，单刀双掷开关KK1和单刀双掷开关1 2、单刀双掷开关SS1和单刀双掷开关置位到相应端，功率管A和功率管QA工作，功率管A 和功率管QQ2关断，电荷量由单体电池Bi向单体电池Bj转移；步骤九、经过均衡周期T的时间，完成一次电荷量的转移过程；然后返回步骤三。本专利技术的均衡方法所使用的装置明显减少了电感、开关管等功率器件，以及与开关管配套的驱动电路，大大降低了均衡系统成本；同时本专利技术均衡方法明显改善了均衡速率，电流由最高电压单体直接流向最低电压单体，不再经过飞渡电容这个中间媒介，提高了均衡系统的快速性；本均衡方法不需要飞渡电容，减小了均衡系统体积，均衡系统只由控制元件构成，免去了额外增加的飞渡电容。本均衡方法提高了均衡速率；本专利技术均衡方法极大地改善了能量效率，提高了能量利用率。另外，本专利技术不仅能对各种电池组进行动静态均衡，而且均衡电流可不受电池组单体间压差限制且可控、平稳，消除了加入均衡电路后脉动的均衡电流对动力电池带来的负面影响，同时也改善了现有的均衡器的快速性，提高了能量效率，从而避免容量小的电池单体过充或过放，最终达到保护电池，延长其使用寿命的目的。附图说明图1是现有的双向buck/boost变换器均衡结构示意图，图2是现有的带有升降压变换器的飞渡电容式均衡结构示意图，图3是本专利技术方法所使用的装置结构示意图，图4是本专利技术方法的流程图。图5是工作时电池组输入给本专利技术所基于的均衡装置的输入端电流波形示意图，图6是工作时本专利技术所基于的均衡装置输出给电池组的输出端电流波形示意图，图7是本专利技术所基于的均衡装置在工作时功率电感L上的电流波形示意图。图7中矩形波是开关管的驱动电压的波形，三角波是功率电感L的电流波形。具体实施例方式具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．基于双向升降压变换器的总线式电池组均衡方法，其特征在于该方法基于双向升降压变换器（Ⅰ）、开关阵列（Ⅱ）、一号滤波电路（Ⅲ）、二号滤波电路（Ⅳ）、单体电池电压检测电路（Ⅴ）和控制器（Ⅵ）实现；串联的ｎ个电池单体Ｂ１～Ｂｎ构成电池组，从电池组的正极到负极，电池单体编号依次为１，２，３，…，ｎ；开关阵列（Ⅱ）由Ａ端总线和Ｂ端总线构成，ｎ只单刀单掷开关Ｋ１～Ｋｎ、单刀双掷开关ＫＫ１和单刀双掷开关ＫＫ２构成Ａ端总线；ｎ只单刀单掷开关Ｓ１～Ｓｎ、单刀双掷开关ＳＳ１和ＳＳ２构成Ｂ端总线；单刀单掷开关Ｋ１～Ｋｎ的动端分别依次连接在电池单体Ｂ１～Ｂｎ的阳极上，单刀单掷开关Ｋ１～Ｋｎ中的奇数号开关的静端都连接在一起形成Ａ端奇数开关总线（Ⅱ－１），单刀单掷开关Ｋ１～Ｋｎ中的偶数号开关的静端都连接在一起形成Ａ端偶数开关总线（Ⅱ－２），单刀双掷开关ＫＫ１的动端连接在Ａ端奇数开关总线（Ⅱ－１）上，单刀双掷开关ＫＫ２的动端连接在Ａ端偶数开关总线（Ⅱ－２）上；单刀单掷开关Ｓ１～Ｓｎ的动端分别依次连接在电池单体Ｂ１～Ｂｎ的阴极上，单刀单掷开关Ｓ１～Ｓｎ中的奇数号开关的静端都连接在一起形成Ｂ端奇数开关总线（Ⅱ－３），单刀单掷开关Ｓ１～Ｓｎ中的偶数号开关的静端都连接在一起形成Ｂ端偶数开关总线（Ⅱ－４），单刀双掷开关ＳＳ１的动端连接在Ｂ端奇数开关总线（Ⅱ－３）上，单刀双掷开关ＳＳ２的动端连接在Ｂ端偶数开关总线（Ⅱ－４）上；一号滤波电路（Ⅲ）由电感Ｌ１和电容Ｃ１组成，二号滤波电路（Ⅳ）由电感Ｌ２和电容Ｃ２组成；双向升降压变换器（Ⅰ）由开关管Ｑ１、开关管Ｑ２、开关管ＱＱ１、开关管ＱＱ２、二极管Ｄ１、二极管Ｄ２、二极管ＤＤ１、二极管ＤＤ２和功率电感Ｌ组成，单刀双掷开关ＫＫ１的一个静端连接单刀双掷开关ＫＫ２的一个静端和电感Ｌ１的一端，单刀双掷开关ＫＫ１的另一个静端连接单刀双掷开关ＫＫ２的另一个静端、电容Ｃ１的负极、开关管ＱＱ１的一极和二极管ＤＤ１的阴极，电感Ｌ１的另一端连接电容Ｃ１的正极、开关管Ｑ１的一极和二极管Ｄ１的阴极，开关管ＱＱ１的另一极连接二极管ＤＤ１的阳极、开关管ＱＱ２的一极和二极管ＤＤ２的阴极、功率电感Ｌ的一端，功率电感Ｌ的另一端连接开关管Ｑ１的另一极、二极管Ｄ１的阳极、开关管Ｑ２的一极和二极管Ｄ２的阴极，二极管Ｄ２的阳极连接开关管Ｑ２的另一极、电容Ｃ２的负极、单刀双掷开关ＳＳ２的一个静端和单刀双掷开关ＳＳ１的一个静端，开关管ＱＱ２的另一极连接二极管ＤＤ２的阳极、电容Ｃ２的正极和电感Ｌ２的一端，电感Ｌ２的另一端连接单刀双掷开关ＳＳ１的另一个动端和单刀双掷开关ＳＳ２的另一个动端；检测每个电池单体电压的单体电池电压检测电路（Ⅴ）的信号输出端连接控制器（Ⅵ）的信号输入端，控制器（Ⅵ）的每个信号输出端分别连接ｎ只单刀单掷开关Ｋ１～Ｋｎ、单刀双掷开关ＫＫ１、单刀双掷开关ＫＫ２、ｎ只单刀单掷开关Ｓ１～Ｓｎ、单刀双掷开关ＳＳ１、单刀双掷开关ＳＳ２、开关管Ｑ１、开关管Ｑ２、开关管ＱＱ１和开关管ＱＱ２的控制信号输入端；所述均衡方法包括下述步骤：一、开始；二、控制器（Ⅵ）检测电池组的充放电电流大小，并通过充放电电流值确定开关管工作频率进而确定均衡电流值；三、巡检电池组各单体电池电压Ｖｉ；四、比较得出最高电压单体电压Ｖｍａｘ和最低电压单体电压Ｖｍｉｎ，以及与之相对应的单体电池编号ｉ和ｊ，五、判断最高电压单体电压与最低电压单体电压的压差是否超过设定值Δ，即判断Ｖｍａｘ－Ｖｍｉｎ＞Δ，若为“否”，则返回执行步骤三；若步骤五的结论为“是”；则执行步骤六、判断最高电压单体的编号ｉ是否小于最低电压单体的编号ｊ，若判断结论为“是”，则单刀单掷开关Ｋｉ和单刀单掷开关Ｋｉ＋１闭合，单刀单掷开关Ｓｊ－１和单刀单掷开关Ｓｊ闭合，单刀双掷开关ＫＫ１、单刀双掷开关ＫＫ２、单刀双掷开关ＳＳ１和单刀双掷开关ＳＳ２置位到相应端，功率管Ｑ１和功率管ＱＱ２工作，功率管Ｑ２和功率管ＱＱ１关断，电荷量由单体电池Ｂｉ向单体电池Ｂｊ转移；若步骤六的结论为“否”，则执行步骤七、单刀单掷开关Ｋｊ和单刀单掷开关Ｋｊ＋１闭合，单刀单掷开关Ｓｉ－１和单刀单掷开关Ｓｉ闭合，单刀双掷开关ＫＫ１和单刀双掷开关ＫＫ２、单刀双掷开关ＳＳ１和单刀双掷开关ＳＳ２置位到相应端，功率管Ｑ２和功率管ＱＱ１工作，功率管Ｑ１和功率管ＱＱ２关断，电荷量由单体电池Ｂｉ向单体电池Ｂｊ转移；步骤九、经过均衡周期Ｔ的时间，完成一次电荷量的转移过程；然后返回步骤三。...

【技术特征摘要】
1.基于双向升降压变换器的总线式电池组均衡方法，其特征在于该方法基于双向升降压变换器(I )、开关阵列(II )、一号滤波电路(III)、二号滤波电路(IV)、单体电池电压检测电路(V )和控制器(VI)实现；串联的η个电池单体B1 Bn构成电池组，从电池组的正极到负极，电池单体编号依次为1，2，3，…，η;开关阵列(II)由A端总线和B端总线构成，η只单刀单掷开关K1 Κη、 单刀双掷开关KK1和单刀双掷开关KK2构成A端总线；η只单刀单掷开关S1 &、单刀双掷开关SS1和构成B端总线；单刀单掷开关K1 Kn的动端分别依次连接在电池单体B1 Bn的阳极上，单刀单掷开关K1 Kn中的奇数号开关的静端都连接在一起形成A端奇数开关总线(II -1)，单刀单掷开关K1 Kn中的偶数号开关的静端都连接在一起形成A端偶数开关总线(II _2)，单刀双掷开关KK1的动端连接在A端奇数开关总线(II -1)上，单刀双掷开关KK2的动端连接在A端偶数开关总线(II -2)上；单刀单掷开关S1 &的动端分别依次连接在电池单体B1 Bn的阴极上，单刀单掷开关S1-^1中的奇数号开关的静端都连接在一起形成B端奇数开关总线(II -3)，单刀单掷开关S1-^1中的偶数号开关的静端都连接在一起形成B端偶数开关总线(II -4)，单刀双掷开关SS1的动端连接在B端奇数开关总线(II -3)上，单刀双掷开关的动端连接在B 端偶数开关总线(II -4)上；一号滤波电路(III)由电感L1和电容C1组成，二号滤波电路(IV)由电感L2和电容 C2组成；双向升降压变换器(I )由开关管Q1、开关管Q2、开关管QQ1、开关管QQ2、二极管D1、二极管D2、二极管DD1、二极管和功率电感L组成，单刀双掷开关KK1的一个静端连接单刀双掷开关KK2的一个静端和电感L1的一端，单刀双掷开关KK1的另一个静端连接单刀双掷开关KK2的另一个静端、电容C1的负极、开关管QA的一极和二极管DD1的阴极，电感L1的另一端连接电容C1的正极、开关管兑的一极和二极管D1的阴极，开关管QA的另一极连接二极管DD1的阳极、开关管QA的一极和二极管DD2的阴极、功率电感L的一端，功率电感L的另一端连接开关管兑的另一极、二极管D1的阳极、开关管％的一极和二极管&的阴极，...

【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