[发明专利]一种动力锂电池组能量均衡电路及控制方法

说明书

本发明公开了一种动力锂电池组能量均衡电路及控制方法，所述均衡电路将电池选择网络和Buck‑Boost电路结合，实现任意一节单体锂电池与锂电池组间或单体锂电池与单体锂电池间能量转移；采用霍尔传感器和采样电阻分别检测母线电流和均衡电流，得到单体锂电池的工作电流，采用扩展卡尔曼滤波算法估算单体锂电池荷电状态(State of Charge，SOC)，从而实现了基于单体锂电池SOC的电池组均衡控制。

技术领域

本发明涉及动力锂电池组能量均衡技术领域，尤其涉及一种动力锂电池组能量均衡电路与均衡控制方法。

背景技术

动力锂电池组作为飞机的储能电源，能够用于飞机起动、飞行控制与通讯导航类机载电子设备应急供电；空间电源也多采用太阳能转换为电能存储在蓄电池中，以保证航天器用电设备的持续供电。由于串联电池组中单体电池的内部特性差异、工作环境以及使用次数的不同，导致各单体电池的工作特性不同，从而造成电池组单体间产生不一致性，导致电池组产生“木桶效应”从而加剧各单体电池的性能退化，造成电池续航能力下降，严重影响电池组整体储电能力、使用寿命以及安全性。

目前，国内外研究机构在电池组均衡控制方法上大多采用基于电压均衡准则的均衡控制方法，该种方法可以有效的避免单体电池过充、过放。但是动力锂电池的电压有很长一段时间的平台期，在这段时间中电池容量变化与电压的相关性较小，从而不利于监测电池组在这段时间的一致性，均衡效率也不高。而采用基于单体电池SOC均衡准则不但可以实时监控单体电池的SOC，而且还可以采用基于单体电池SOC的电池组均衡策略准确进行均衡控制，提高电池组的均衡效率。此外，由于均衡电路的复杂性，目前大多数研究尚未能精确的检测单体电池的工作电流，从而导致难以实现单体电池SOC的准确估算。

发明内容

本发明为了解决上述“背景技术”中提到的问题，提出了一种动力锂电池组能量均衡电路及控制方法，将电池选择网络和Buck-Boost均衡电路结合起来，可选择任意一节单体锂电池与锂电池组间或单体锂电池与单体锂电池间能量转移，实现动力锂电池组能量均衡；由于电路中只有一个均衡电路，所以可以采用表贴式采样电阻采集均衡电流(I_balance)，霍尔传感器检测母线电流(I_cell)，从而计算出每节单体电池的工作电流I_k(I_k＝I_cell+I_balance)，然后采用扩展卡尔曼滤波算法精确估算出每节锂电池的荷电状态SOC；最后本发明提出基于单体电池SOC的电池组均衡方法，通过比较电池组中各单体电池SOC的差异，利用开关网络选择需要均衡的电池，采用一个Buck-Boost电路作为均衡电路，整个均衡方案提高了电池组的均衡效率和准确性，也提高系统的工程实用性。

本发明通过以下技术方案实现：

1.均衡电路将电池选择网络和Buck-Boost电路结合，实现任意一节单体锂电池与锂电池组间或单体锂电池与单体锂电池间能量转移，采用基于单体锂电池SOC的电池组均衡控制方法实现动力锂电池组能量均衡。

2.由电感、电容、二极管和MOSFET组成一个Buck-Boost均衡电路，当电池组中某节单体电池SOC过高时，首先通过开关选择网络选择该电池使其与均衡电路相连；然后通过MCU产生的PWM波导通均衡电路中的MOS管，使单体电池多余的能量储存在均衡电路中的电感里，当MOS管关闭时，电感能量转移到电容中；通过电容将能量转移到整个电池组，也可以通过开关选择将电容中储存的能量转移到某个低电量的单体电池中。

3.采用霍尔传感器H1和表贴式采样电阻Rm分别检测母线电流I_cell和均衡电流I_balance；其中，均衡电流检测方法为：将表贴式采样电阻Rm与电感串联，将Rm两端的电压通过差分放大器将电压信号的幅值范围放大至MCU的A/D采样范围内，再利用HCPL7800对信号进行隔离放大，最后通过电压跟随器将电压信号传到MCU中