[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

摘要

本发明公开了一种基于多线圈变压器的电池组均衡控制方法，该方法指在串联电池充放电过程中，建立一个公共能量存储库，相对较高容量的电池往能量存储库中投入能量，而容量相对较低的电池从能量存储库中吸取能量。投入或吸取的能量多少与电池的容量或电压与参考值的差来衡量，与参考值相差大，投入或吸取的能量多，反之则少。能量存储库是多入多出的多端口能量库，能同时吸收多个来自相对较高容量的电池能量，也能同时给多个较低能量的电池输出能量。在串联电池组中的电池单体通过能量转换调配的方式，实现在组内单体间能量的均衡。

主权项

一种基于多线圈变压器的电池组均衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)包括一个多线圈的变压器，该变压器为多端口的能量存储器，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；2)能量变换器原理上由一个场效应开关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，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；4)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，对相对较低的串联电池组单体实施汇流转换，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；均衡单元的均衡方法包括：1)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，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，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MOSFET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；2)由多个基本单元组成的均衡充电电路组成串联电池组的充电电路，在统一的时序下工作，高电量电池单体，经能量变换器，向多线圈变压器输送能量，相当于能量存储其能量公共池中，在另一个时序，集中的能量经能量变换器向低电量的电池单体输送能量；从而实现多对多的电池单体间的能量转换，以实现串联电池组电池单体间的均衡充电；3)在基本均衡单元中，基于一个二级智能闭环控制方法，通过控制PWM信号的频率与占空比来实现更加精确的均衡智能控制，应用多线圈变压器的电池自动均衡智能控制采用二级闭环控制；其中一级为电流源控制，另一级为模糊智能均衡控制；电流源的控制，适用于充电均衡；其控制策略如下：应用查表法或应用模糊推理方法，根据电池组充电状态的数据如电压或电池SOC的综合值，对电池组的充电电流加以优化控制，以获得最佳的充电电流值，本级的设置主要为了让充电电流更加适合电池的充电特性；单体电池的模糊智能均衡控制，适用于充放电过程中，其控制策略是根据实测电池状态数据与参考电压的比较，模糊推理出开关管驱动信号的最佳频率与占空比，以获得最佳的分流电流与汇流电流，从而以最快的速度实现电池充放电的均衡一致。