[发明专利]一种基于多线圈变压器的串联电池组充电均衡控制方法

说明书

技术领域

本发明属于锂电池充放电技术领域，涉及一种基于多线圈变压器的串联电池组充电均衡控制方法。

背景技术

串联电池组的充电均衡控制方式很多，各有各的特点和处理方式，适合的对象也不尽相同，大多适合于中小规模的串联电池组。从以上典型的控制方式来看，显然，非能耗式的均衡控制技术是今后的发展方向；能量变换式比能量转移式的均衡效率会更高，平衡控制时间也更短；双向式的均衡比单向的快。参与均衡的能量有以相邻电池间转移或交换方式，如利用“飞渡电容”或电感来转移相邻电池间能量，或用Cúk能量变换器转换相邻电池能量等；也有电池与充电母线间的能量转换方式，如利用多次级单开关变压器方式，实现一对多的能量转换；或利用单独变压器实现多电池与母线间转换。

但是，这些非能耗式的均衡控制方法，不管是转移式的还是转换式的，控制开关数量多，电流和电压应力大，控制逻辑复杂。对于相邻电池间均衡，当电池数量多时，均衡时间长；使用多次级线圈变压器或单独变压器，能实现一对多的均衡，提高均衡速度，但只能实现单向的均衡控制，无法实现多对多电池间的直接均衡控制，均衡能量无法按各自的需要实现多对多的交换。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种基于多线圈变压器的串联电池组充电均衡控制方法，该方法基于多线圈变压器的充电均衡能量变换技术，简化控制逻辑，实现串联电池组的多对多的能量均衡控制。

其技术方案如下：

一种基于多线圈变压器的电池组均衡控制方法，包括以下步骤：

1)本发明提供一种均衡充电方法，该方法包括一个多线圈的变压器，该变压器为能量存储器，该变压器的所有线圈的极性绕法都相同，该变压器每个线圈通过一个能量变换器对应一个串联电池组中的一个电池单体，连接方式如图1所示。

2)能量变换器原理上由一个场效应开关管(MOSFET管)与多线圈变换器的相应一个线圈组成，MOSFET管的开关状态由其栅极的控制信号决定，并决定能量变换的方向；当MOSFET管的栅极输入脉冲宽度可调信号(PWM)时，能量变换器向多线圈变压器输入存储能量；当MOSFET管的栅极接低电平时，则线圈变压器向能量变换器输出能量；MOSFET管栅级的控制信号来自对电池单体电量的判断，由串联电池组电池的电压或电池荷电状态决定。其中，MOSFET管开关元件内含体内反向二极管；

3)根据串联电池组每个电池的电压或电池荷电状态，按控制逻辑，对相对较高(高于平均值)的串联电池组单体实施分流转换，如图2所示，相应的线圈被定义为输入电能线圈，能量变换器中开关元件的栅极输入PWM信号，PWM信号中占空比的大小由串联电池组单体的电压或荷电量决定；分流能量的大小与单体电池的电量成正比，电量越多，分流能量也越多；

3)根据串联电池组每个电池的电压或电池荷电状态，按控制逻辑，对相对较低(低于平均值)的串联电池组单体实施汇流转换，如图3所示，相应的线圈被定义为电能输出线圈，能量变换器中开关元件的栅极输入低电平信号，开关元件断开，开关元件内的反向二极管作整流管使用，变压器中的能量输出给串联电池组低电量单体，汇流能量的大小与单体电池的电量成反比，电量越少，汇流的能量越多；

4)基本的均衡充电单元由一个串联电池组单体和一个能量变换器组成，能量变换器的线圈组合多线圈变压器，即为一个能量公共池，如图4所示；串联电池组每个电池单体对应一个均衡充放电单元，由一个多线圈变压器带中间抽头的线圈、一个带体二极管的开关MOSFET管、一个电感、一个二极管组成。电路是对称的，线圈的匝比是相同的。电感的值与线圈的匝数、线圈电感值有关。开关管Q由PWM脉冲信号驱动，而PWM信号则由电池的智能控制器输出。如图4所示，图中B1、B2…Bn为串联电池组，TR为多线圈变压器，l1,l2…ln为电感，该电感一端连电池单体的正极，另一端连接多线圈变压器同名端。D11，D12…D1n为变压器复位二极管，Q1，Q2…Qn为开关MOSFER管，该管内带体二极管，MOSFET开关管的栅极连接智能控制器，串联电池组的电压由智能控制器检测，由智能控制器计算出每个电池单体的实时电量，根据电池单体电量的大小来决定其是否为分流电池单体，还是汇流电池单体，并由此来判定是否提供PWM信号给开关MOSFET管，因此，其功能上是一个既能分流又能汇流的电路，而且要求电路具有对称性，能实现双向控制，变压器的自然复位，电路稳定工作；