[发明专利]一种基于反激式变换器的电池组均衡方法及系统

说明书

本发明公开一种基于反激式变换器的电池组均衡方法及系统，属于电池均衡技术领域，提出以下方案：基于反激式变换器的电池组均衡方法，应用于电池组均衡系统，包括串联多节单体电池的电池组、连接有多个MOS管的反激式变换器、SOC估算模块和微控制器，基于反激式变换器的电池组均衡方法包括：采集电池组中每一单体电池的电流进行实时积分；基于SOC估算模块估算每一单体电池当前的电荷值；根据每一单体电池的电荷值及电池组的平均电荷值确定电池组均衡系统的均衡模式；根据确定的电池组均衡系统均衡模式控制连接至反激式变换器上MOS管的通断。本发明避免了同一单体电池在均衡过程中充放电并存的问题，及单体电池无效的充放电次数，延长了电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及电池均衡技术领域，具体涉及一种基于反激式变换器的电池组均衡方法及系统。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、自放电率低、无记忆效应、循环寿命长、无污染等优点，广泛应用于各种电子设备中。但锂离子电池单体电压较低，只有3.6V。在实际应用中为满足电压等级需求，通常需要将多节单体电池串联使用。受电池制造工艺水平的限制和电池使用环境的影响，各单体电池存在内阻、自放电率、容量等参数的不一致性，这种不一致性经过多次循环充放电后被逐渐放大，最终会导致个别单体电池的过充过放，对电池性能造成不可逆的伤害，缩短整组电池使用寿命，甚至可能会引发爆炸、自燃等安全问题。因此，对串联电池组进行均衡研究具有重要意义，降低电池组的不一致性，提高容量利用率，延长电池组使用寿命，保障电池组安全、高效的运行。

目前，电池均衡技术主要分为耗散型均衡和非耗散型均衡。耗散型均衡本质是通过旁路电阻将电能转化成热能，将电池之间的偏差能量耗散掉，其存在能量损耗高和电阻发热引起的热管理问题。非耗散型均衡利用电容、电感、变压器等储能元件将能量从电量高的电池转移到电量低的电池，具有能量损耗低、均衡效率高等优点。随着电力电子技术的发展和节能要求的提高，非耗散型均衡技术已成为国内外研究的热点。

单体电池对电池组的均衡(cell to pack)，将电池组中能量较高单体电池的能量释放到整个电池组，该种结构可有效预防电量较高单体电池的过充；电池组对电池单体的均衡(pack to cell)，将整个电池组的能量转移给能量较低的单体电池，能够避免电量低的单体电池出现过放现象；单体电池与电池组双向均衡(cell to pack to cell)，结合了单体电池对整个电池组和整个电池组对单体电池均衡结构的优点，实现电池组和单体电池之间的双向均衡。单体电池和整个电池组之间的均衡结构虽然能够解决个别单体电池的过充和过放问题，但存在不必要的重叠均衡，对电池的使用寿命造成影响。

单体电池对部分电池组的均衡(Cell to part of the pack)，部分电池组对单体电池的均衡(part of the pack to cell)，单体电池与部分电池组的双向均衡(Cell topart of the pack to cell)，与单体电池和整个电池组之间的均衡结构相比，虽然克服了一个均衡周期内同一单体电池充放电并存的现象，但是能量流动的方向受限，要么是某单体电池的上游部分电池组，要么是某单体电池的下游部分电池组，其均衡速度与上下游串联单体电池数量直接相关。

单体电池对相邻单体电池的均衡(adjacent cell to cell)，在相邻单体电池间进行能量均衡时，传递效率高、均衡速度快，但是当失衡单体电池在电池组中相距较远时则会出现均衡转移路径长，均衡速度慢、能量损耗高；单体电池直接对单体电池的均衡(direct cell to cell)，该类均衡拓扑结构一般是通过一个公共的能量存储元件如电容、电感、多输出绕组变压器实现均衡，克服了相邻单体电池对单体电池均衡方法的不足，实现能量的跨越式传递，减少能量转移次数，但是受储能元件数量的限制，均衡等待时间长，且控制逻辑复杂。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于反激式变换器的电池组均衡方法及系统，旨在控制电池的均衡时序，避免电池组中同一单体电池在均衡过程中充放电并存的问题，以及单体电池无效的充放电次数，延长了电池的使用寿命。