專利名稱：一種基于正激dc/dc變換器的雙向無損均衡電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型設(shè)計了一種基于正激DC/DC變換器的雙向無損均衡電路，屬于電池保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的加劇，節(jié)能環(huán)保的電動汽車成為研究的熱點(diǎn)。動力鋰電池具有能量密度高，循環(huán)壽命長，自動放率低，污染小等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為電動汽車的首選動力源。為確保鋰電池安全、長壽命運(yùn)行，需對動力鋰電池組進(jìn)行正確有效地管理，動力鋰電池組的性能參數(shù)檢測和控制成為影響電動汽車性能的關(guān)鍵因素。電動汽車發(fā)展的三大關(guān)鍵技術(shù)是:電池，電機(jī)和電控，其中電池又是重中之重。雖然近年來鋰電池技術(shù)有了巨大的進(jìn)步，錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池等相繼出現(xiàn)，鋰電池性能提高明顯；但鋰電池組內(nèi)單體電池間的不一致性依然存在。在電池組的使用過程中，由于單體電池之間存在差異，電池組的容量由組內(nèi)最低的單體電池容量決定。在串聯(lián)電池組內(nèi)，雖然通過每個單體的電流相同，但是由于其容量的差異，容量大的單體總是會淺充淺放，而容量小的單體總是會過充過放，這樣就造成了容量大的單體衰減緩慢，壽命延長，容量小的單體衰減加快，壽命縮短，兩者之間的差異越來越大，造成惡性循環(huán)。因此，小容量的電池的失效會造成整個電池組提前失效。電源管理系統(tǒng)的均衡功能可以有效地均衡鋰電池組內(nèi)的不一致性，削平電池間的差異，對于延長電池組壽命降低成本具有重要意義。最常見的方法是在電池兩端并聯(lián)一個旁路電阻，通過一個開關(guān)來控制電阻回路的通斷，當(dāng)電池間的差異較大時，表現(xiàn)為單體電池的電壓差較大，選取電壓較高的部分單體電池，可以通過控制開關(guān)導(dǎo)通并聯(lián)的電阻回路將其的能量釋放掉一部分，最終使得每個單體電池間的電壓差維持在一個合理的范圍內(nèi)。由于單體電池內(nèi)多余的電量被旁路電阻白白消耗，所以造成電池能量的浪費(fèi)，電阻放電會產(chǎn)生較大的熱量，故采用這種方式的均衡電流也較小。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有均衡方案的不足之處，提供一種能進(jìn)行能量雙向無損轉(zhuǎn)移，均衡電流大，均衡效率高的基于正激DC/DC變換器的無損均衡電路。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種基于正激DC/DC變換器的雙向無損均衡電路，包括有正激DC/DC變換器，正激DC/DC變換器包括有雙向正激電路和有源箝位電路，其特征在于:還包括有串聯(lián)的電池組、正負(fù)極切換電路、矩陣開關(guān)電路、電壓采集電路和車載24V鉛酸電池，正激DC/DC變換器的輸入端與車載24V鉛酸電池相連，其輸出端與正負(fù)極切換電路相連，矩陣開關(guān)電路一端與電池組的各電池單體的正負(fù)極連接，另一端與正負(fù)極切換電路相連，電壓采集電路一端通過電壓檢測排線與電池組的相應(yīng)的電池單體相連，另一端接入主控模塊，正激DC/DC變換器、正負(fù)極切換電路和矩陣開關(guān)的控制信號分別接入主控模塊中。矩陣開關(guān)電路的矩陣開關(guān)采用N選I的矩陣，其一端通過電壓檢測排線連接在相應(yīng)的電池單體的正負(fù)極上，另一端與正負(fù)極切換電路相連。主控模塊是由MCU單片機(jī)組成，它的輸入端口接收來自電壓采集電路采集的電壓信號，并在其內(nèi)部進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，其輸出端口輸出對N選I的矩陣開關(guān)、正負(fù)極切換電路和正激DC/DC變換器的控制信號。本實(shí)用新型的工作原理是:本實(shí)用新型通過主控模塊MCU單片機(jī)與采集電路配合工作對單體電池的電壓進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，得到各個單體電池電壓的實(shí)時數(shù)據(jù)，并確定最高和最低單體電池的位置。當(dāng)單體電池的電壓高于我們設(shè)定的閾值時，主控模塊使能相應(yīng)的矩陣開關(guān)電路、正負(fù)極切換電路以及正激DC/DC變換器，這時相應(yīng)單體電池正負(fù)極通過矩陣開關(guān)、正負(fù)極切換電路連接到正激DC/DC變換器的輸出端。然后通過正激DC/DC變換器將電池單體的多余的電量返回到車載24V鉛酸電池中；當(dāng)單體電池的電壓低于我們設(shè)定的閾值時，主控模塊使能相應(yīng)的矩陣開關(guān)電路、正負(fù)極切換電路以及正激DC/DC變換器，使欠壓單體正負(fù)極連接到正激DC/DC變換器的輸出端，此時車載24V鉛酸電池中的電量會通過正激DC/DC變換器轉(zhuǎn)移到欠壓單體電池中。上述過程重復(fù)進(jìn)行，使電池組中單體電池的壓差保持在一個合理的范圍內(nèi)，即電池組的單體電池保持一個很好的均衡性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在:1、均衡中多余的電量轉(zhuǎn)移到車載24V鉛酸電池中，避免了電量的浪費(fèi)；2、欠壓單體能通過車載24V鉛酸電池得到相應(yīng)的電量，實(shí)現(xiàn)了雙向均衡，使單體電池保持在一個很好的均衡性；3、均衡電流大,使得均衡時間縮短,提高了均衡效率；4、電路設(shè)計簡單，成本低，體積小，易于實(shí)現(xiàn)。

圖1是本實(shí)用新型的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種基于正激DC/DC變換器的雙向無損均衡電路，包括有正激DC/DC變換器I，正激DC/DC變換器I包括有雙向正激電路2和有源箝位電路3，還包括有串聯(lián)的電池組4、正負(fù)極切換電路5、矩陣開關(guān)電路6、電壓采集電路7和車載24V鉛酸電池8，正激DC/DC變換器I的輸入端與車載24V鉛酸電池8相連，其輸出端與正負(fù)極切換電路5的SQfSQ相連，矩陣開關(guān)電路6的矩陣開關(guān)元件SfSn —端與電池組4的各電池單體BfBn的正負(fù)極連接，另一端與正負(fù)極切換電路5的SQf SQ4相連，電壓采集電路7 —端通過電壓檢測排線9與電池組4的相應(yīng)的電池單體相連，另一端接入主控模塊10的CRl輸入端口處，正激DC/DC變換器I的雙向正激電路2和有源箝位電路3的控制端分別接入主控模塊MCU單片機(jī)Κ9 (11輸出端口，正負(fù)極切換電路5和矩陣開關(guān)6的的控制端分別接入主控模塊10MCU單片機(jī)K1 K8端口。其工作過程是:系統(tǒng)上電，立即 按照設(shè)定的程序運(yùn)行。這時，電壓采集電路7對電池組4中的每個單體電池電壓進(jìn)行循環(huán)采集，并把采集的電壓信號傳到主控模塊10中，并主控模塊10中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。若t0時刻主控模塊10檢測到某一節(jié)單體電池電壓低于我們設(shè)定的閾值電壓時(以單體電池B2為例說明)，即此時單體電池過放，處于欠壓狀態(tài)。主控模塊10的MCU單片機(jī)輸出端口 K6，K7，K2，K3發(fā)出使能信號，這樣單體電池Β2的正負(fù)極通過電壓檢測排線，矩陣開關(guān)電路6和正負(fù)極切換電路5連接到了正激DC/DC變換器I的輸出端，同時主控模塊10的MCU單片機(jī)輸出端口 Kll也發(fā)出使能信號，使正激DC/DC變換器I 一次側(cè)的開關(guān)管Ql閉合。此時，正激DC/DC變換器一側(cè)繞組和二次側(cè)繞組的同名端相對于異名端為正。這樣電流就由車載24V鉛酸電池的正極經(jīng)端口 P+，并經(jīng)濾波電容Cl作用，沿著正激DC/DC變換器I的一次側(cè)變壓器繞組和一次側(cè)的開關(guān)管，然后從端口 P-到達(dá)其負(fù)極。正激DC/DC變換器I的二次側(cè)的電流從二次側(cè)繞組的同名端流出到LI，C3中。這部分電流從正激DC/DC變換器I的二次側(cè)繞組的同名端輸出后經(jīng)過已經(jīng)接通的正負(fù)極切換電路5，矩陣開關(guān)電路6流到電池單體Β2中，并從正激DC/DC變換器I的二次側(cè)開關(guān)管Q3寄生二極管返回二次側(cè)繞組的異名端。經(jīng)過時間Tl (開關(guān)周期)之后，主控模塊10的單片機(jī)MCU的輸出端口 Kll輸出低電平，此電平使正激DC/DC變換器一次側(cè)的開關(guān)管Ql關(guān)閉，此時正激DC/DC變換器I的一次側(cè)和二次側(cè)繞組的同名端相對于異名端為負(fù)，且關(guān)斷瞬間一次側(cè)繞組的異名端電壓約為2倍的車載24V鉛酸電池電壓。由于電感LI電流不能突變，所以電感的極性反向以盡量保持電流不變。電感LI電流此時沿同一方向流動，從其輸出端流出，經(jīng)過負(fù)載(部分經(jīng)過濾波電容C3)和續(xù)流二極管Dl返回電感LI。同時主控模塊10的MCU單片機(jī)輸出端口 KlO發(fā)出使能信號，使有源箝位電路3的復(fù)位開關(guān)管Q2導(dǎo)通，這樣勵磁電流從Ql轉(zhuǎn)移到流過有源箝位電路箝位電容C2和復(fù)位開關(guān)管Q2，并在時刻tl時，勵磁電感中的電流降低到零，同時開始沿相反方向建立電流，此電流來源于箝位電容Cl，等箝位電容C2電壓回到起始電位，而復(fù)位時間結(jié)束時的磁化電流幅度達(dá)到與復(fù)位時間開始電流相同的水平(極性相反)。這時，主控模塊10控制正激DC/DC變換器I的一次側(cè)開關(guān)管Ql導(dǎo)通，復(fù)位開關(guān)Q2關(guān)閉，此即為一個工作周期。這樣的過程將重復(fù)進(jìn)行，直至欠壓單體的電壓到達(dá)正常水平。若t0時刻主控模塊10檢測到某一節(jié)單體電池的電壓高于我們設(shè)定的閾值電壓時(以單體電池B2為例)，即此時單體過充，主控模塊10的MCU單片機(jī)K6，K7，K2，K3發(fā)出使能信號，這樣單體電池B2的正負(fù)極通過電壓檢測排線，矩陣開關(guān)電路6和正負(fù)極切換電路5連接到正激DC/DC變換器I的輸出端，同時主控模塊10的MCU單片機(jī)輸出端口 K9也發(fā)出使能信號，使正激DC/DC變換器I的二次側(cè)的開關(guān)管Q3閉合，這就有電流通過從電池單體B2的正極，正激DC/DC變換器I的二次側(cè)的繞組和變換器二次側(cè)的開關(guān)管Q3流到負(fù)極，此時正激DC/DC變換器I的一次側(cè)與二次側(cè)繞組的同名端相對于異名端為正，這樣正激DC/DC變換器I的一次側(cè)的電流通過一次側(cè)的繞組和一次側(cè)開關(guān)管Ql，并經(jīng)過濾波電容Cl的作用流到車載24V鉛酸電池中。在經(jīng)過時間T2后，主控模塊MCU單片機(jī)輸出端口 K9發(fā)出低電平，此時二次側(cè)的開關(guān)管Q3斷開，正激DC/DC變換器一次側(cè)與二次側(cè)繞組的異名端相對于同名端為正，由于一次側(cè)的電容Cl在一次側(cè)導(dǎo)通期間儲存了部分能量，這時它將釋放出來，并通過端口 P+，P-送到車載24V鉛酸電池中。并在時刻t2時，主控模塊重新使二次側(cè)開關(guān)管Q3導(dǎo)通，此即為一個工作周期。這樣的過程將重復(fù)進(jìn)行，直至過充單體的電壓恢復(fù)到正常水平。[0023] 綜上所述，即為一種基于正激DC/DC變換器的雙向無損均衡電路的工作原理，SP當(dāng)電池單體電量過多時，讓多余的電量轉(zhuǎn)移到車載24V鉛酸電池中，當(dāng)電池單體電量過低時,讓車載24V鉛酸電池中的電量轉(zhuǎn)移到欠壓電池單體中。
權(quán)利要求1.一種基于正激DC/DC變換器的雙向無損均衡電路，包括有正激DC/DC變換器，正激DC/DC變換器包括有雙向正激電路和有源箝位電路，其特征在于:還包括有串聯(lián)的電池組、正負(fù)極切換電路、矩陣開關(guān)電路、電壓采集電路和車載24V鉛酸電池，正激DC/DC變換器的輸入端與車載24V鉛酸電池相連，其輸出端與正負(fù)極切換電路相連，矩陣開關(guān)電路一端與電池組的各電池單體的正負(fù)極連接，另一端與正負(fù)極切換電路相連，電壓采集電路一端通過電壓檢測排線與電池組的相應(yīng)的電池單體相連，另一端接入主控模塊，正激DC/DC變換器、正負(fù)極切換電路和矩陣開關(guān)的控制信號分別接入主控模塊中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正激DC/DC變換器的雙向無損均衡電路，其特征在于:所述的主控模塊采用MCU單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正激DC/DC變換器的雙向無損均衡電路，其特征在于:所述的矩陣開關(guān)電路的矩陣開關(guān)采用N選I的矩陣。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于正激DC/DC變換器的雙向無損均衡電路，包括有串聯(lián)的電池組、正負(fù)極切換電路、矩陣開關(guān)電路、電壓采集電路和車載24V鉛酸電池，正激DC/DC變換器的輸入端與車載24V鉛酸電池相連，其輸出端與正負(fù)極切換電路相連，矩陣開關(guān)電路一端與電池組的各電池單體的正負(fù)極連接，另一端與正負(fù)極切換電路相連，電壓采集電路一端通過電壓檢測排線與電池組的相應(yīng)的電池單體相連，另一端接入主控模塊，正激DC/DC變換器、正負(fù)極切換電路和矩陣開關(guān)的控制信號分別接入主控模塊中。本實(shí)用新型均衡電流大，使得均衡時間縮短，提高了均衡效率；電路設(shè)計簡單，成本低，體積小，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號H02M3/28GK203026966SQ20122038231
公開日2013年6月26日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者徐波, 張殿明, 張偉, 余鏗, 鐘良 申請人:安徽力高新能源技術(shù)有限公司