基于雙向直流變換器的串聯(lián)電池組均衡裝置和均衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池，尤其涉及一種基于雙向直流變換器的串聯(lián)電池組均衡裝置和均衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近些年電動車的發(fā)展，串聯(lián)電池組的成組應(yīng)用技術(shù)也不斷進步，但其中的電池差異性問題始終不能得到很好的解決，這在很大程度上影響了電池組的使用壽命和安全性。因此電池的均衡管理可以很大程度上保證電池組使用的可靠性和穩(wěn)定性。
[0003]電池的差異性主要表現(xiàn)在容量和性能的差異，充電過程中，容量小的電池容易出現(xiàn)電壓高、溫度高、過充等現(xiàn)象；放電過程中，容量小的電池則會出現(xiàn)電壓低、溫度高、過放等現(xiàn)象，不斷反復(fù)過充和過放會加速電池性能的惡化。而串聯(lián)電池組的可用容量是由最差的一個單體電池的容量決定的，因此電池的差異性直接導(dǎo)致了電池組性能的下降，影響使用壽命和安全性。
[0004]造成電池的差異性的主要因素有兩個，一是制造過程中造成的個體結(jié)構(gòu)差異引起的，二是在使用過程中個體處于不同環(huán)境，不同工作狀態(tài)所引起的，均衡管理系統(tǒng)主要針對后一種情況來降低電池組的不均衡狀況。
[0005]目前常用的均衡方法包括電阻均衡、電容均衡、DC/DC轉(zhuǎn)換器均衡等，其中采用比較多的電阻均衡會將多余能量以電阻發(fā)熱的方式消耗掉，不但浪費能量而且發(fā)熱對均衡器不利；DC/DC轉(zhuǎn)換器均衡是通過DC/DC將均衡外電源與被均衡單體電池之間建立一種升壓/降壓的能量轉(zhuǎn)換通道，通過開關(guān)選擇，實現(xiàn)單體電池的均衡充放電。發(fā)明專利CN101420130A比較具有代表性，將電池包端電壓作為變壓器的原邊，單體電池作為變壓器的副邊，通過脈沖發(fā)生器控制DC/DC變換器，實現(xiàn)原邊對副邊的充電均衡操作。這種均衡方式可以很好的實現(xiàn)對低電量電池的充電均衡，但是對于高電量單體的均衡效果，以及均衡效率無法保證。發(fā)明專利CN201010569571.9提供了一種可以將多個蓄電池元件的充電狀態(tài)高精度收斂的均衡裝置。周期性地檢測各蓄電池元件的S0C，確定SOCmin及SOCmax。并且，具有比SOCmax+ α更大的SOC的蓄電池元件被選擇性地進行放電。
[0006]目前已知的均衡技術(shù)中，電阻放電的方式存在發(fā)熱而導(dǎo)致能量損耗的缺陷、通過選擇開關(guān)進行個別單體電池進行充放電的控制方式存在只能同時對一個電池進行均衡操作、均衡速度慢的特點。也有的均衡技術(shù)只能對相應(yīng)的電池進行充電而不能放電或者只能對相應(yīng)的電池進行放電的特點，操作起來不夠靈活。也有的均衡技術(shù)是以電池電壓為控制目標(biāo)，均衡的目的是是電池電壓看起來一致，實際上，電池電壓一致并不能達到電池內(nèi)部電量的均衡，從而不能很好的保持電池的一致性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的，就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種基于雙向直流變換器的串聯(lián)電池組均衡裝置和均衡方法。
[0008]為了達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種基于雙向直流變換器的串聯(lián)電池組均衡裝置，包括由多個單體電池串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)電池組，還包括多個雙向直流變換器、電池檢測模塊、單體電池電量計算模塊、通信模塊、均衡控制模塊和均衡驅(qū)動電路；各雙向直流變換器分別與各單體電池的正負(fù)極相連，串聯(lián)電池組的信號輸出連接電池檢測模塊，電池檢測模塊的信號輸出連接單體電池電量計算模塊，單體電池電量計算模塊的信號輸出連接通信模塊，通信模塊的信號輸出連接均衡控制模塊，均衡控制模塊的信號輸出連接均衡驅(qū)動電路，均衡驅(qū)動電路的信號輸出連接雙向直流變換器。
[0009]所述各雙向直流變換器包括由相同繞組構(gòu)成的支路繞組，每個支路繞組串聯(lián)一個單體電池，并且每個雙向直流變換器連接一個均衡驅(qū)動電路和一個均衡控制模塊，各均衡控制模塊并聯(lián)通信模塊。
[0010]所述雙向直流變換器是雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括一個以支路繞組為一邊的變壓器、電感器、電容器、開關(guān)管和整流二極管，開關(guān)管和整流二極管并聯(lián)，其一端連接支路繞組，另一端連接電感器，開關(guān)管的第三極連接均衡驅(qū)動電路。
[0011]所述串聯(lián)電池組中的單體電池包括鋰離子電池、鉛酸電池、鎳氫電池或鎳鎘電池。
[0012]一種基于上述均衡裝置的均衡方法是，對于狀態(tài)比較好的串聯(lián)電池組，采用電量均衡的策略:對于出現(xiàn)老化情況的電池組，采用電壓均衡的策略。
[0013]所述電量均衡的策略是，以電量高的單體電池所對應(yīng)的支路繞組作為變壓器原邊，進行放電操作；以其它單體電池所對應(yīng)的支路繞組作為變壓器副邊，進行充電操作。
[0014]本發(fā)明在控制策略上，以電池電量狀態(tài)(SOC)控制為主要控制參數(shù)，使電池始終保持SOC的一致性；在電路實現(xiàn)上，采用一種單端反激變換器的雙向直流到直流變換器能量變換裝置，既能實現(xiàn)對相應(yīng)電池進行充電，也能對其進行放電。從而更靈活地進行充放電均衡控制。從而使本發(fā)明的均衡方法和裝置具有更好的控制效果，從而更具有先進性。
[0015]本發(fā)明可以有效的控制高電量、高電壓單體，有效控制充電過程中電池組的不均衡現(xiàn)象；而在靜置過程中，可以保證對低電量，低電壓單體的均衡調(diào)節(jié)。由于采用多繞組變壓器結(jié)構(gòu)，大大提高了均衡效率，雙向直流變換器可以自由選擇需要進行操作的電池單體，更有針對性的進行均衡處理。另外反激變換器作為電氣隔離小功率應(yīng)用最廣的變換器，拓?fù)浜唵?、動態(tài)相應(yīng)迅速，所以本發(fā)明具有很大的應(yīng)用價值。
[0016]本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，所使用的元器件較少，市場上比較容易獲得，且具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定以及價格低廉的特點，具有較高的使用價值；采用的元器件數(shù)目和種類均較少，避免因元件特性問題導(dǎo)致系統(tǒng)的性能不穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明基于雙向直流變換器的串聯(lián)電池組均衡裝置的結(jié)構(gòu)框圖:
[0018]圖2是本發(fā)明一實施例的控制電路圖。
【具體實施方式】
[0019]圖1是本發(fā)明基于雙向直流變換器的串聯(lián)電池組均衡裝置的結(jié)構(gòu)框圖，它包括由多個單體電池串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)電池組1、多個雙向直流變換器2、電池檢測模塊3、單體電池電量計算模塊4、通信模塊5、均衡控制模塊6和均衡驅(qū)動電路7。各雙向直流變換器分別與各單體電池的正負(fù)極相連，串聯(lián)電池組的信號輸出連接電池檢測模塊，電池檢測模塊的信號輸出連接單體電池電量計算模塊，單體電池電量計算模塊的信號輸出連接通信模塊，通信模塊的信號輸出連接均衡控制模塊，均衡控制模塊的信號輸出連接均衡驅(qū)動電路，均衡驅(qū)動電路的信號輸出連接雙向直流變換器。
[0020]配合參見圖2，本發(fā)明中的各雙向直流變換器2包括由相同繞組構(gòu)成的支路繞組21，每個支路繞組串聯(lián)一個單體電池11，并且每個雙向直流變換器連接一個均衡驅(qū)動電路7和一個均衡控制模塊6，各均衡控制模塊并聯(lián)通信模塊5。
[0021]本發(fā)明中的雙向直流變換器是雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括一個以支路繞組21為一邊的變壓器、電感器22、電容器23、開關(guān)管24和整流二極管25，開關(guān)管和整流二極管并聯(lián)，其一端連