專利名稱：能量轉(zhuǎn)移型的動力電池組快速均衡系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池組電壓均衡系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及電池組快速均衡過程的控制方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電池組電壓均衡系統(tǒng)一般是能量消耗型的，在均衡電池組中各單體電池的電壓時，要消耗電壓高的電池的電量，造成了能源的無謂消耗，同時產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致均衡系統(tǒng)工作不可靠。專利號為ZL200810137146. 5的專利公開了一種蓄電池組或超級電容器組充放電快速均衡裝置，圖14給出了該均衡裝置的主電路圖。該專利提出了一種非耗能型的蓄電池組電壓均衡方法，但是如圖12a)和圖Ila)所示，基本的雙向buck-boost變換器電路結(jié)構(gòu)輸入端電流波形和輸出端電流波形都是鋸齒波，使被均衡電池或儲能元件受到這種具有極大脈動性電流的沖擊，不利于電池的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供能量轉(zhuǎn)移型的動力電池組快速均衡系統(tǒng)及控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)均衡器中buck-boost變換器輸入端電流波形和輸出端電流波形都是鋸齒波，使被均衡電池單體和儲能元件受到脈動電流沖擊的問題。系統(tǒng)包括動力電池組單體電池電壓及飛渡電容電壓檢測網(wǎng)絡(luò)1、電流傳感器及信號調(diào)理電路2、單片機3、電量轉(zhuǎn)移通道4、第一濾波電路5、雙向buck-boost變換器6、第二濾波電路7和飛渡電容8 ；動力電池組單體電池電壓及飛渡電容電壓檢測網(wǎng)絡(luò)1 連接被均衡的動力電池組和飛渡電容8以檢測電池組各單體電池電壓值和飛渡電容的電壓值，并將采集到的電壓值分別傳遞給單片機3 ；電流傳感器及信號調(diào)理電路2 與電池組連接，以檢測動力電池組充放電電流，把檢測到的電流值傳送給單片機3以便控制均衡電流的大??；單片機3 通過對采集到的電壓和電流值進行一定的運算，輸出控制雙向 buck-boost變換器6中的MOSFET工作的PWM驅(qū)動信號，控制雙向buck-boost變換器6中的電流大小和流動方向，同時通過控制電量轉(zhuǎn)移通道4中多個相應(yīng)繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷， 最終實現(xiàn)被均衡電池單體與飛渡電容8之間的電量轉(zhuǎn)移；電量轉(zhuǎn)移通道4 一端連接第一濾波電路5，另一端分別連接在η節(jié)動力電池單體串聯(lián)構(gòu)成的動力電池組的η+1個節(jié)點上；第一濾波電路5 —端與電量轉(zhuǎn)移通道4相連，另一端與雙向buck-boost變換器6相連，使電量轉(zhuǎn)移通道4向雙向buck-boost變換器6轉(zhuǎn)移電量時的轉(zhuǎn)移電流和雙向 buck-boost變換器6向轉(zhuǎn)移通道4轉(zhuǎn)移電量時的轉(zhuǎn)移電流保持平穩(wěn)；雙向buck-boost變換器6 —端連接第一濾波電路5，另一端連接第二濾波電路 7,以實現(xiàn)電能在第一濾波器和第二濾波器之間的雙向流動及流動方向的控制；第二濾波電路7 —端與雙向buck-boost變換器6相連，另一端與飛渡電容8相連，使雙向buck-boost變換器6向飛渡電容轉(zhuǎn)移電量時的轉(zhuǎn)移電流和飛渡電容8向雙向 buck-boost變換器6移電量時的轉(zhuǎn)移電流保持平穩(wěn)；飛渡電容8 飛渡電容8由超級電容單體或超級電容組組成，其的正負極與第二濾波電路相應(yīng)端相連，選擇作為飛渡電容的荷電容量與被均衡的電池組單體電池容量大致相同，其額定電壓與被均衡后電池組單體額定電壓相同，在整個均衡主電路電量轉(zhuǎn)移過程中起到“中轉(zhuǎn)站”的作用。能量轉(zhuǎn)移型的動力電池組快速均衡系統(tǒng)的控制方法，它包括下述步驟一、單片機初始化；二、檢測各單體電池電壓Vi和飛渡電容電壓Vf以及電池組充放電電流；三、比較得到最高電壓單體電池電壓值Vmax和最低電壓單體電池電壓值Vmin以及各單體電池平均電壓值Vav，根據(jù)充放電電流大小設(shè)定均衡電流大??；四、判斷Vmax-Vmin > Δ，其中Δ為設(shè)定值；如果結(jié)論為“否”，返回步驟二 ；如果結(jié)論為“是”，執(zhí)行步驟五、判斷Pi <VF< μ j -M 果結(jié)論為“是”，執(zhí)行步驟六Α、判斷A1 > Δ2，其中A1 = Vmax-Vav, A2 = Vav-Vmin ；如果結(jié)論為“否”執(zhí)行步驟七Α、最低電壓單體兩端繼電器閉合，Q2工作，飛渡電容向最低電壓電池轉(zhuǎn)移電量，然后執(zhí)行步驟八；如果六A的結(jié)論為“是”，執(zhí)行步驟七B、最高電壓單體電池兩端繼電器閉合，Ql工作，最高電壓電池向飛渡電容轉(zhuǎn)移電量；然后執(zhí)行步驟八；如果步驟五的結(jié)論為“否”，執(zhí)行六B、判斷Vf < Uj ；如果結(jié)論為“是”，執(zhí)行步驟七C、最高電壓單體電池兩端繼電器閉合，Ql工作，最高電壓電池向飛渡電容轉(zhuǎn)移電量；然后執(zhí)行步驟八；如果步驟六B的結(jié)論為“否”，執(zhí)行步驟七D、最低電壓單體電池兩端繼電器閉合，Q2工作，飛渡電容向最低電壓電池轉(zhuǎn)移電量；然后執(zhí)行步驟八；八、轉(zhuǎn)移電量的過程經(jīng)過時間T ；九、將檢測的電壓、電流數(shù)據(jù)經(jīng)通信模塊傳遞給上位機存儲并顯示；然后返回步驟本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)為能量轉(zhuǎn)移型，與耗能型均衡器相比，極大地減小了能量消耗， 進而減少了由于消耗電能所產(chǎn)生的熱量，使均衡系統(tǒng)可靠性更高，實用性更強。本發(fā)明工作時，在基本的雙向buck-boost變換器的輸入和輸出端加入濾波電路，不但均衡電流不受單體電池間的壓差限制，還消除了均衡電流的脈動性，實現(xiàn)了均衡電流的平穩(wěn)且可控，極大地提高了均衡速率，實現(xiàn)了均衡的快速性，尤其適用于大容量的動力電池均衡。該電路對特殊元器件的依賴性小，大大擴大了本均衡系統(tǒng)的適用范圍，進一步增強了其實用性。本發(fā)明針對大電流快速充電的電池組，提供一種實用性強且均衡電流穩(wěn)定的充放電快速均衡裝置，以滿足電池組在大電流充放電過程中為保持電池組單體電壓的一致性對均衡速度和均衡電流穩(wěn)定性的要求，從而避免電池串聯(lián)使用中容量小的電池單體過充或過放，同時也消除了加入均衡電路后脈動較大的均衡電流給動力電池帶來的負面影響，最終達到保護電池，延長其使用壽命的目的。本發(fā)明的適用范圍本發(fā)明適用于串聯(lián)節(jié)數(shù)η >2 的各種蓄電池組或超級電容組的電壓快速均衡。尤其適用于大容量電池組的動、靜態(tài)電壓均衡。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明動力電池組單體電池電壓檢測網(wǎng)絡(luò)示意圖3是本發(fā)明實施方式三和四的結(jié)構(gòu)示意圖，其中B1 Bn為被均衡的串聯(lián)的η個動力電池組成的電池組，S1 Sn+1為n+1個繼電器構(gòu)成的繼電器陣列；圖4是已有的動力電池組電壓均衡的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明的方法流程示意圖6是本發(fā)明均衡工作時電池組中被均衡電池流入均衡器端電流波形圖； 圖7是本發(fā)明均衡工作時均衡器輸出端電流波形圖； 圖8是本發(fā)明均衡工作時均衡器電感L的電流波形圖。 圖9是已有技術(shù)均衡器工作時均衡器輸出端電流波形圖， 圖10(a)是已有技術(shù)雙向buck-boost變換器基本電路結(jié)構(gòu)； 圖10(b)是本發(fā)明雙向buck-boost變換器電路結(jié)構(gòu)；
圖11 (a)是已有技術(shù)的雙向buck-boost變換器基本電路結(jié)構(gòu)輸入端電流波形； 圖11(b)是本發(fā)明的雙向buck-boost變換器電路結(jié)構(gòu)輸入端電流波形圖； 圖12(a)是已有技術(shù)雙向buck-boost變換器基本電路結(jié)構(gòu)輸出端電流波形圖； 圖12(b)是本發(fā)明的雙向buck-boost變換器電路結(jié)構(gòu)輸出端電流波形圖； 圖13(a)是已有技術(shù)的雙向buck-boost變換器基本電路結(jié)構(gòu)的儲能電感電流波形圖； 圖13(b)是本發(fā)明的雙向buck-boost變換器電路結(jié)構(gòu)的儲能電感電流波形圖； 圖14是專利ZL200810137146. 5的主電路圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結(jié)合圖1具體說明本實施方式。本實施方式包括動力電池組單體電池電壓及飛渡電容電壓檢測網(wǎng)絡(luò)1、電流傳感器及信號調(diào)理電路2、單片機3、電量轉(zhuǎn)移通道4、第一濾波電路5、雙向buck-boost變換器6、第二濾波電路7和飛渡電容8 ；動力電池組單體電池電壓及飛渡電容電壓檢測網(wǎng)絡(luò)1 連接被均衡的動力電池組和飛渡電容8以檢測電池組各單體電池電壓值和飛渡電容的電壓值，并將采集到的電壓值分別傳遞給單片機3 ；電流傳感器及信號調(diào)理電路2 與電池組連接，以檢測動力電池組充放電電流，把檢測到的電流值傳送給單片機3以便控制均衡電流的大小；單片機3:通過對采集到的電壓和電流值進行一定的運算，輸出控制雙向 buck-boost變換器6中的MOSFET工作的PWM驅(qū)動信號，控制雙向buck-boost變換器6中的電流大小和流動方向，同時通過控制電量轉(zhuǎn)移通道4中多個相應(yīng)繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷， 最終實現(xiàn)被均衡電池單體與飛渡電容8之間的電量轉(zhuǎn)移；電量轉(zhuǎn)移通道4 一端連接第一濾波電路5，另一端分別連接在η節(jié)動力電池單體串聯(lián)構(gòu)成的動力電池組的η+1個節(jié)點上；第一濾波電路5 —端與電量轉(zhuǎn)移通道4相連，另一端與雙向buck-boost變換器6相連，使電量轉(zhuǎn)移通道4向雙向buck-boost變換器6轉(zhuǎn)移電量時的轉(zhuǎn)移電流和雙向 buck-boost變換器6向轉(zhuǎn)移通道4轉(zhuǎn)移電量時的轉(zhuǎn)移電流保持平穩(wěn)；雙向buck-boost變換器6 —端連接第一濾波電路5，另一端連接第二濾波電路 7,以實現(xiàn)電能在第一濾波器和第二濾波器之間的雙向流動及流動方向的控制；第二濾波電路7 —端與雙向buck-boost變換器6相連，另一端與飛渡電容8相連，使雙向buck-boost變換器6向飛渡電容轉(zhuǎn)移電量時的轉(zhuǎn)移電流和飛渡電容8向雙向 buck-boost變換器6移電量時的轉(zhuǎn)移電流保持平穩(wěn)；
飛渡電容8 飛渡電容8由超級電容單體或超級電容組組成，其的正負極與第二濾波電路相應(yīng)端相連，選擇作為飛渡電容的荷電容量應(yīng)與被均衡的電池組單體電池容量大致相同，其額定電壓與被均衡后電池組單體額定電壓相同，在整個均衡主電路電量轉(zhuǎn)移過程中起到“中轉(zhuǎn)站”的作用。
具體實施方式
二 下面結(jié)合圖3具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的區(qū)別之處在于第一濾波電路5、雙向buck-boost變換器6和第二濾波電路7—起構(gòu)成了改進型的雙向buck-boost變換器。該變換器由一號開關(guān)管Q1、二號開關(guān)管Q2、二極管D1、 二級管D2、電感L、一號開關(guān)管Ql緩沖電容C5和二號開關(guān)管Q2緩沖電容C6，以及一號MOS 驅(qū)動器和二號MOS驅(qū)動器組成組成，第一濾波電路5由電感Li、電感L2、電容Cl、電容C2組成，第二濾波電路7由電感L3、電感L4、電容C3和電容C4組成，電感Ll的一端連接一號開關(guān)SSl的一個靜端和二號開關(guān)SS2的一個靜端，電感Ll的另一端連接電感L2的一端和電容Cl的正極接線端，電感L2的另一端連接電容C2的正極、一號開關(guān)管Ql的一極、電容C5 的一端和二極管Dl的負極，一號開關(guān)管Ql的另一極連接電容C5的另一端、二極管Dl的正極、電感L的一端、二級管D2的正極連接電容C6的另一端、二號開關(guān)管Q2的另一極、電容 C3的負極、電容C4的負極和飛渡電容Cf的負極，飛渡電容Cf的正極連接電感L4的一端， 電感L4的另一端連接電容C4的正極和電感L3的一端，電感L3的另一端連接電容C3的正極、電感L的另一端、電容C2的負極、電容Cl的負極、二號開關(guān)SS2的一個靜端和一號開關(guān) SSl的另一個動端。一號MOS驅(qū)動器和二號MOS驅(qū)動器的驅(qū)動信輸出端分別連接一號功率管Ql的控制端和二號功率管Q2的控制端，一號MOS驅(qū)動器信號PWMl和二號MOS驅(qū)動信號 PWM2由單片機3控制產(chǎn)生。Cl C4為濾波電容，C5、C6為所對應(yīng)開關(guān)管的緩沖電容，CF為超級電容或超級電容組，在此作為能量“中轉(zhuǎn)站”的飛渡電容。本實施方式既可實現(xiàn)電池組中被均衡電池單體向飛渡電容轉(zhuǎn)移電量時，被均衡電池單體作為輸出端的均衡電流和飛渡電容作為輸入端的均衡電流保持平穩(wěn)無脈動，還可實現(xiàn)飛渡電容向電池組中被均衡電池單體轉(zhuǎn)移電量時，飛渡電容作為輸出端的均衡電流和被均衡電池單體作為輸入端的均衡電流保持平穩(wěn)無脈動。從而保證電池組加入均衡電路后既實現(xiàn)了保持電池組中單體電壓一致， 又不會弓I入由于脈動的均衡電流對電池組被均衡電池造成脈動沖擊等負面影響。
具體實施方式
三下面結(jié)合圖3具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的區(qū)別之處在于電量轉(zhuǎn)移通道4由繼電器陣列4-1、奇數(shù)號節(jié)點連接均衡總線4-2、偶數(shù)號節(jié)點連接均衡總線4-3、一號開關(guān)SSl和二號開關(guān)SS2組成，繼電器陣列4-1中位于奇數(shù)位置的每個繼電器的一端連接在奇數(shù)號節(jié)點上并連接奇數(shù)號節(jié)點連接均衡總線4-2上，繼電器陣列4-1中位于偶數(shù)位置的每個繼電器的一端連接在偶數(shù)號節(jié)點上并連接在偶數(shù)號節(jié)點連接均衡總線4-3上，一號開關(guān)SSl的動端連接奇數(shù)號節(jié)點連接均衡總線4-2，二號開關(guān) SS2連接偶數(shù)號節(jié)點連接均衡總線4-3。圖3是本發(fā)明的均衡主電路和繼電器陣列與η個動力電池單體構(gòu)成的電池組連接的電路結(jié)構(gòu)示意圖，Bi Bn為被均衡的η個串聯(lián)動力電池單體成的電池組，S1-Slri為繼電器陣列的繼電器切換控制開關(guān)，SS1、SS2是均衡總線切換控制的繼電器。該均衡主電路采用總線式設(shè)計結(jié)構(gòu)，即如圖3所示，奇數(shù)編號的電池單體正極接在奇數(shù)號節(jié)點連接均衡總線4-2上，偶數(shù)編號的電池單體正極接在偶數(shù)號節(jié)點連接均衡總線4-3上，然后通過SSl、 SS2來控制均衡總線正負極與帶有改進型buck-boost的飛渡電容式均衡器的正負極對應(yīng)連接，與傳統(tǒng)的每個電池單體的正負極都連接兩個繼電器的繼電器陣列如圖4所示相比， 繼電器數(shù)量減少了一半，大大降低了系統(tǒng)成本，減小了系統(tǒng)體積，增強了系統(tǒng)實用性。
具體實施方式
四下面結(jié)合圖2具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的區(qū)別之處在于動力電池組單體電池電壓及飛渡電容電壓檢測網(wǎng)絡(luò)1包括差分放大電路 1-1、絕對值取值電路1-2、濾波電路1-3、光耦繼電器陣列1-4、奇數(shù)節(jié)點連接檢測總線1-5 和偶數(shù)節(jié)點連接檢測總線1-6，光耦繼電器陣列1-4中位于奇數(shù)位置的每個光耦繼電器的一端連接在奇數(shù)節(jié)點連接檢測總線1-5上，光耦繼電器陣列1-4中位于偶數(shù)位置的每個光耦繼電器的一端連接在偶數(shù)節(jié)點連接檢測總線1-6上，差分放大電路1-1的兩個輸入端分別連接在奇數(shù)節(jié)點連接檢測總線1-5和偶數(shù)節(jié)點連接檢測總線1-6上，差分放大電路1-1 的輸出端連接在絕對值取值電路1-2的輸入端上，絕對值取值電路1-2的信號輸出端連接在濾波電路1-3的信號輸入端上，濾波電路1-3的信號輸出端連接在單片機3的信號輸入端上。工作時，光耦繼電器陣列1-4中每兩個相鄰的光耦繼電器的另一端之間連接一個電池單體。電池單體電壓測量的基本原理是采用分時測量的方法，把串聯(lián)電壓統(tǒng)一連接到兩個檢測總線上。測量時，不同的時刻光耦繼電器陣列1-4分別把檢測總線與串聯(lián)電池組中某一個單體電池的兩端接通，這樣，按照一定的時間策略掃描，就能讓串聯(lián)電池組中每一個單體電池的電壓都能在兩根檢測總線之間依次出現(xiàn)一次，起到把單體電池電壓剝離出串聯(lián)電池組的目的。具體實現(xiàn)是采用一組由n+1個光藕組成的開關(guān)陣列(η為串聯(lián)電池數(shù))， 開關(guān)陣與串聯(lián)電池組的連接見圖2，連接的原則是單號開關(guān)的一端依次接奇數(shù)號電池的負極，另一端接單數(shù)節(jié)點連接檢測總線1-5，雙號開關(guān)的一端依次接偶數(shù)電池的負極，另一端接雙數(shù)節(jié)點連接檢測總線1-6。開關(guān)陣每次導(dǎo)通兩個，次序為=K1K2I2Ky · · -KiKitl,Kn^1Kn, ΚηΚη+1，通過這種每次只導(dǎo)通相鄰兩個開關(guān)的策略可以將單體電池電壓從串聯(lián)結(jié)構(gòu)中分離出來，送到兩根檢測總線之間。當(dāng)?shù)趇和i+Ι開關(guān)導(dǎo)通時，兩根總線上的電壓從差分放大器輸出，奇數(shù)號單體電池電壓為負值，偶數(shù)號單體電池電壓為正值。為了把負值電壓轉(zhuǎn)換成正值，差分放大電路之后采用一個絕對值取值電路，以把差分放大器輸出的正負交替的單體電池電壓轉(zhuǎn)換成全部為正的電壓信號，該信號即可為單片機中的A/D轉(zhuǎn)換電路所用。本檢測電路設(shè)計結(jié)構(gòu)大大減少了檢測網(wǎng)絡(luò)中用于作為開關(guān)的光耦繼電器數(shù)量，從而減小了整個控制器的體積，降低了系統(tǒng)成本。
具體實施方式
五下面結(jié)合圖5具體說明本實施方式。能量轉(zhuǎn)移型的動力電池組快速均衡系統(tǒng)的控制方法，它包括下述步驟一、單片機初始化；二、檢測各單體電池電壓Vi和飛渡電容電壓VF以及充放電電流；三、比較得到最高電壓單體電池電壓值Vmax和最低電壓單體電池電壓值Vmin以及電池組單體電池平均電壓值Vav，其中
權(quán)利要求
1.能量轉(zhuǎn)移型的動力電池組快速均衡系統(tǒng)，它包括動力電池組單體電池電壓及飛渡電容電壓檢測網(wǎng)絡(luò)(1)、電流傳感器及信號調(diào)理電路O)、單片機(3)、電量轉(zhuǎn)移通道、第一濾波電路(5)、雙向buck-boost變換器(6)、第二濾波電路(7)和飛渡電容(8)；動力電池組單體電池電壓及飛渡電容電壓檢測網(wǎng)絡(luò)(1)連接被均衡的動力電池組和飛渡電容(8)以檢測電池組各單體電池電壓值和飛渡電容的電壓值，并將采集到的電壓值分別傳遞給單片機(3)；電流傳感器及信號調(diào)理電路O)與電池組連接，以檢測動力電池組充放電電流，把檢測到的電流值傳送給單片機(3)以便控制均衡電流的大?。粏纹瑱C⑶通過對采集到的電壓和電流值進行一定的運算，輸出控制雙向 buck-boost變換器(6)中的MOSFET工作的PWM驅(qū)動信號，控制雙向buck-boost變換器(6) 中的電流大小和流動方向，同時通過控制電量轉(zhuǎn)移通道中多個相應(yīng)繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷，最終實現(xiàn)被均衡電池單體與飛渡電容8之間的電量轉(zhuǎn)移；電量轉(zhuǎn)移通道(4)一端連接第一濾波電路(5)，另一端分別連接在η節(jié)動力電池單體串聯(lián)構(gòu)成的動力電池組的η+1個節(jié)點上；第一濾波電路(5):—端與電量轉(zhuǎn)移通道(4)相連，另一端與雙向buck-boost變換器(6)相連，使電量轉(zhuǎn)移通道向雙向buck-boost變換器(6)轉(zhuǎn)移電量時的轉(zhuǎn)移電流和雙向buck-boost變換器(6)向轉(zhuǎn)移通道(4)轉(zhuǎn)移電量時的轉(zhuǎn)移電流保持平穩(wěn)；雙向buck-boost變換器(6)—端連接第一濾波電路(5)，另一端連接第二濾波電路(7)，以實現(xiàn)電能在第一濾波器和第二濾波器之間的雙向流動及流動方向的控制； 第二濾波電路(7)—端與雙向buck-boost變換器(6)相連，另一端與飛渡電容(8)相連，使雙向buck-boost變換器(6)向飛渡電容轉(zhuǎn)移電量時的轉(zhuǎn)移電流和飛渡電容(8)向雙向buck-boost變換器(6)移電量時的轉(zhuǎn)移電流保持平穩(wěn)；飛渡電容(8)飛渡電容(8)由超級電容單體或超級電容組組成，其的正負極與第二濾波電路相應(yīng)端相連，選擇作為飛渡電容的荷電容量與被均衡的電池組單體電池容量大致相同，其額定電壓與被均衡后電池組單體額定電壓相同，在整個均衡主電路電量轉(zhuǎn)移過程中起到“中轉(zhuǎn)站”的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)移型的動力電池組快速均衡系統(tǒng)，其特征在于第一濾波電路(5)、雙向buck-boost變換器(6)和第二濾波電路(7) —起構(gòu)成了改進型的雙向 buck-boost變換器；該變換器由一號開關(guān)管(Ql)、二號開關(guān)管(Q2)、二極管D1、二級管D2、 電感L、一號開關(guān)管0)1)緩沖電容C5和二號開關(guān)管^!2)緩沖電容C6以及一號MOS驅(qū)動器和二號MOS驅(qū)動器組成，第一濾波電路(5)由電感Li、電感L2、電容Cl、電容C2組成，第二濾波電路(7)由電感L3、電感L4、電容C3和電容C4組成，電感Ll的一端連接一號開關(guān) (SSl)的一個靜端和二號開關(guān)(SS2)的一個靜端，電感Ll的另一端連接電感L2的一端和電容Cl的正極接線端，電感L2的另一端連接電容C2的正極、一號開關(guān)管Oil)的一極、電容C5的一端和二極管Dl的負極，一號開關(guān)管Oil)的另一極連接電容C5的另一端、二極管 Dl的正極、電感L的一端、二級管D2的正極連接電容C6的另一端、二號開關(guān)管0^2)的另一極、電容C3的負極、電容C4的負極和飛渡電容Cf的負極，飛渡電容Cf的正極連接電感L4 的一端，電感L4的另一端連接電容C4的正極和電感L3的一端，電感L3的另一端連接電容 C3的正極、電感L的另一端、電容C2的負極、電容Cl的負極、二號開關(guān)(SS2)的一個靜端和一號開關(guān)(SSl)的另一個動端。一號MOS驅(qū)動器和二號MOS驅(qū)動器的驅(qū)動信輸出端分別連接一號功率管Oil)的控制端和二號功率管0^2)的控制端，一號MOS驅(qū)動器信號(PWMl)和二號MOS驅(qū)動信號(PWM2)由單片機(3)控制產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)移型的動力電池組快速均衡系統(tǒng)，其特征在于電量轉(zhuǎn)移通道由繼電器陣列G-1)、奇數(shù)號節(jié)點連接均衡總線G-2)、偶數(shù)號節(jié)點連接均衡總線G-3)、一號開關(guān)(SSl)和二號開關(guān)(SS2)組成，繼電器陣列中位于奇數(shù)位置的每個繼電器的一端連接在奇數(shù)號節(jié)點連接均衡總線(7-2)上，繼電器陣列中位于偶數(shù)位置的每個繼電器的一端連接在偶數(shù)號節(jié)點連接在雙號節(jié)點連接均衡總線(4- 上，一號開關(guān)(SSl)的動端連接奇數(shù)號節(jié)點連接均衡總線G-2)，二號開關(guān)(SS2)的動端連接偶數(shù)號節(jié)點連接均衡總線(4-3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)移型的動力電池組快速均衡系統(tǒng)，其特征在于動力電池組單體電池電壓檢測網(wǎng)絡(luò)(1)包括差分放大電路(1-1)、絕對值取值電路(1-2)、濾波電路(1-3)、光耦繼電器陣列(1-4)、奇數(shù)節(jié)點連接檢測總線(1-5)和偶數(shù)節(jié)點連接檢測總線 (1-6)，光耦繼電器陣列(1-4)中位于奇數(shù)位置的每個光耦繼電器的一端連接在奇數(shù)節(jié)點連接檢測總線(1-5)上，光耦繼電器陣列(1-4)中位于偶數(shù)位置的每個光耦繼電器的一端連接在偶數(shù)節(jié)點連接檢測總線(1-6)上，差分放大電路(1-1)的兩個輸入端分別連接在奇數(shù)節(jié)點連接檢測總線(1-5)和偶數(shù)節(jié)點連接檢測總線(1-6)上，差分放大電路(1-1)的輸出端連接在絕對值取值電路(1-2)的輸入端上，絕對值取值電路(1-2)的信號輸出端連接在濾波電路(1- 的信號輸入端上，濾波電路(1-3)的信號輸出端連接在單片機(3)的信號輸入端上。
5.能量轉(zhuǎn)移型的動力電池組快速均衡系統(tǒng)控制方法，其特征在于它包括下述步驟 一、單片機初始化；二、檢測各單體電池電壓Vi和飛渡電容電壓Vf以及充放電電流；三、比較得到最高電壓單體電池電壓值Vmax和最低電壓單體電池電壓值Vmin以及各單體電池平均電壓值Vav，根據(jù)充放電電流大小設(shè)定均衡電流大小；Vav =總_ max_ mm，η為電池η-2組單體電池節(jié)數(shù)，電池組總電壓；四、判斷Vmax-Vmin > Α，Δ為設(shè)定值；如果結(jié)論為 “否”，返回步驟二 ；如果結(jié)論為“是”，執(zhí)行步驟五、判斷yi<VF< l·^;飛渡電容的額定電壓為VF，設(shè)其正常工作時的允許偏離額定電壓值為μ，則μ i = νρ_μ，μ j = VF+1J ；如果結(jié)論為“是”，執(zhí)行步驟六Α、判斷A1 > Δ2，其中A1 = Vmax-Vav, A2 = Vav-Vmin ；如果結(jié)論為 “否”執(zhí)行步驟七Α、最低電壓單體兩端繼電器閉合，SSl和SS2切換到相應(yīng)觸點，Q2工作，飛渡電容向最低電壓電池轉(zhuǎn)移電量，然后執(zhí)行步驟八；如果六A的結(jié)論為“是”，執(zhí)行步驟七B、 最高電壓單體電池兩端繼電器閉合，SSl和SS2切換到相應(yīng)觸點，Ql工作，最高電壓電池向飛渡電容轉(zhuǎn)移電量；然后執(zhí)行步驟八；如果步驟五的結(jié)論為“否”，執(zhí)行六B、判斷Vf < Uj; 如果結(jié)論為“是”，執(zhí)行步驟七C、最高電壓單體電池兩端繼電器閉合，SSl和SS2切換到相應(yīng)觸點，Ql工作，最高電壓電池向飛渡電容轉(zhuǎn)移電量；然后執(zhí)行步驟八；如果步驟六B的結(jié)論為“否”，執(zhí)行步驟七D、最低電壓單體電池兩端繼電器閉合，SSl和SS2切換到相應(yīng)觸點， Q2工作，飛渡電容向最低電壓電池轉(zhuǎn)移電量；然后執(zhí)行步驟八；八、轉(zhuǎn)移電量的過程經(jīng)過時間T ；九、將檢測的電壓、電流數(shù)據(jù)經(jīng)通信模塊傳遞給上位機存儲并顯示；然后返回步驟二。
全文摘要
能量轉(zhuǎn)移型的動力電池組快速均衡系統(tǒng)及控制方法，本發(fā)明涉及電池組電壓均衡系統(tǒng)，還涉及電池組快速均衡過程的控制方法。它解決了現(xiàn)有技術(shù)均衡器使被均衡電池單體和儲能元件受到脈動電流沖擊的問題。系統(tǒng)包括動力電池組單體電池電壓及飛渡電容電壓檢測網(wǎng)絡(luò)、電流傳感器及信號調(diào)理電路、單片機、電量轉(zhuǎn)移通道、第一濾波電路、雙向buck-boost變換器、第二濾波電路和飛渡電容。開始工作后，首先巡檢電池組單體電池電壓、飛渡電容電壓和充放電電流，若電池單體的最高電壓與單體的最低電壓的壓差超過設(shè)定值，就啟動均衡操作。
文檔編號H02J7/00GK102170029SQ20111007716
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者夏小東, 朱春波, 逯仁貴 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)