[发明专利]基于双向反激变换器的电池组均衡模块、系统及控制方法

说明书

本公开提供了基于双向反激变换器的电池组均衡模块、系统及控制方法。其中，电池组均衡模块，包括双向反激变换器，其原边通过第一开关管与第一电池模块串联连接，副边通过第二开关管与第二电池模块串联连接；第一电池模块包含若干个串联连接的电池单体；每个电池单体两端均通过反向串联第三开关管和第四开关管连接至双向反激变换器原边的两端；第一开关管、第二开关管、第三开关和第四开关管均与微控制器相连，微控制器用于比较各个电池单体的电压与所有电池单体电压均值来选择最优的放电电池组合和充电电池组合，再通过PWM控制信号控制电池组合所属电池模块对应的双向反激变换器相应侧的开关管开通或关断，实现电池组均衡。

技术领域

本公开属于电力电子控制领域，尤其涉及一种基于双向反激变换器的电池组均衡模块、系统及控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

动力电池组作为电动汽车的心脏，往往由成百上千个锂离子电池单体串、并联组合使用，以满足电动汽车运行的电压和功率等级。然而，由于锂离子电池制造工艺差异、工作环境不同，每个电池单体的内阻和容量都存在微小的差异。尤其是在成组多次充放电循环后，这些微小的差异会逐渐积累，导致电池单体电压的不一致性增加。并且由于电池组存在的“木桶效应”，电压的不一致性增加会极大的降低电池组的可用容量和循环寿命，对电动汽车的驾驶性能，甚至安全性造成了极大的威胁。因此，亟需有效的均衡系统来平衡动力电池组的电压，提高电池的一致性，保障电动汽车的安全性能。

目前，电池均衡方式有被动均衡和主动均衡两大类。被动均衡是通过电池单体并联的电阻把电池单体多余的电量以热量的形式放掉，从而实现电池单体电压的均衡。相比于被动均衡，主动均衡速度快、效率高，主要可以分为基于电容的均衡方法、基于电感的均衡方法和基于变压器的均衡方法，是将能量从电压高的电池转移到电压低的电池，从而实现电池电压的快速均衡。

中国发明专利(申请号201410219756.5)提出了一种基于开关矩阵和LC谐振变换的主动均衡电路，该电路通过LC谐振变换可以实现任意节相邻电池单体组合到任意节相邻电池单体组合的零电流开关均衡，并且通过控制最优放电组合与最优充电组合的电池单体节数之差来调节均衡电流的大小，有效改善了电池单体间的不一致性。但是，发明人发现，此均衡电路每个电池单体需要使用四个开关器件，体积大成本高；其次在放电电池个数少，充电电池个数多的情况下均衡电流会变小，降低了均衡速度；最后，在多节电池对单节电池均衡时，由于LC谐振变换的特性，导致整体均衡效率变低。

发明内容

为了解决上述问题，本公开的第一个方面提供一种基于双向反激变换器的电池组均衡模块，其能够实现任意单个或多个相连电池单体对单个或多个相连电池单体的直接均衡，并且是高能量电池对低能量电池直接均衡，提高了均衡效率。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种基于双向反激变换器的电池组均衡模块，包括：

双向反激变换器，所述双向反激变换器的原边通过第一开关管与第一电池模块串联连接，所述双向反激变换器的副边通过第二开关管与第二电池模块串联连接；所述第一电池模块包含若干个串联连接的电池单体；

每个电池单体两端均通过反向串联第三开关管和第四开关管连接至双向反激变换器原边的两端；所述第一开关管、第二开关管、第三开关和第四开关管均与微控制器相连，所述微控制器用于比较各个电池单体的电压与所有电池单体电压均值来选择最优的放电电池组合和充电电池组合，再通过PWM控制信号控制电池组合所属电池模块对应的双向反激变换器相应侧的开关管开通或关断，实现任意节相邻电池单体组合到任意节相邻电池单体组合的均衡。

本公开的第二个方面提供一种基于双向反激变换器的电池组均衡模块的控制方法，其能够实现任意单个或多个相连电池单体对单个或多个相连电池单体的直接均衡，并且是高能量电池对低能量电池直接均衡，提高了均衡效率。