一種利用外部電池主動均衡電路及主動均衡方法與流程

本發明涉及電池，具體涉及一種利用外部電池主動均衡電路及主動均衡方法。

背景技術：

1、隨著電動汽車、儲能系統等領域的不斷發展，對電池的性能和壽命要求越來越高。然而，由于電池單體之間存在著電化學反應的差異，每個單體電池的充放電狀態也會有所不同，從而導致電池組整體的性能和壽命出現了不平衡的情況。這就要求電池管理系統對電池模組內單體電池進行均衡。

2、在現有的電池均衡方案中，常見的是被動均衡和主動均衡兩種方案。被動均衡是通過能量耗散的方式達到均衡的目的，這種方法存在能量浪費的問題。主動均衡采用能量轉移裝置將高能量鋰動力電池單體的電量補充到低能量鋰動力電池單體中，其轉換效率較高。但傳統主動均衡電路由于在能量轉移裝置兩端均需要大量開關電路，導致出現設計復雜以及成本高的特點，且充放電過程中容易對對電池和電路造成損害。

技術實現思路

1、本發明實施例的目的是提供一種利用外部電池主動均衡電路及主動均衡方法，解決了現有主動均衡電路設計復雜、成本高、充放電過程對電池和電路造成損害的問題。

2、為了實現上述目的，本發明實施例提供一種利用外部電池主動均衡電路，所述均衡電路包括：

3、蓄能電池，用于向待均衡的電池組充電或放電；

4、充電單元，與所述蓄能電池和電池組的每個單體電池連接，用于供所述蓄能電池向每個所述單體電池充電，所述充電單元包括：

5、第一電容，所述第一電容的一端與所述蓄能電池的正極連接；

6、第一電阻，所述第一電阻的一端與所述第一電容的一端連接，所述

7、第一電阻的另一端與所述第一電容的另一端連接；

8、第一變壓器，所述第一變壓器的充電側線圈的一端與所述第一電阻的一端連接；

9、第一二極管，所述第一二極管的陰極與所述第一電阻的另一端連接，所述第一二極管的陽極與所述第一變壓器的充電側線圈的另一端連接；

10、第一mos管，所述第一mos管的一端與所述第一二極管的陽極連接，所述第一mos管的另一端接地；

11、第二二極管，所述第二二極管的陰極與所述第一mos管的一端連接，所述第二二極管的陽極與所述第一mos管的另一端連接；

12、第二電容，所述第二電容的一端與所述蓄能電池的正極連接，所述

13、第二電容的另一端與所述蓄能電池的負極連接，所述蓄能電池的負極接地；

14、充電子模塊，所述第一變壓器的放電側線圈為多個，所述放電側線圈、充電子模塊以及所述單體電池一一對應，每個所述充電子模塊包括：

15、第三電容，所述第三電容的一端與對應的單體電池的正極連接，所述第三電容的另一端與所述單體電池的負極連接；

16、第二mos管，所述第二mos管的一端與所述第三電容的一端連接；

17、第三二極管，所述第三二極管的陽極與所述第二mos管的一端連接，所述第三二極管的陰極與所述第二mos管的另一端連接；

18、第四二極管，所述第四二極管的陽極與所述第三電容的另一端連接，所述第四二極管的陰極與所述第三二極管的陰極連接；

19、第五二極管，所述第五二極管的陰極與所述第四二極管的陰極連接，所述第五二極管的陽極與對應的所述放電側線圈的一端連接，

20、所述放電側線圈的另一端與所述第四二極管的陽極連接；

21、放電單元，與所述蓄能電池和電池組連接，用于供所述單體電池向所述蓄能電池充電，所述放電單元包括：

22、第三mos管，所述第三mos管的一端與所述蓄能電池的正極連接；第六二極管，所述第六二極管的陽極與所述第三mos管的一端連接，所述第六二極管的陰極與所述第三mos管的另一端連接；

23、第七二極管，所述第七二極管的陰極與所述第三mos管的另一端連接；

24、第二變壓器，所述第二變壓器的放電側線圈的一端與所述第七二極管的陽極連接，所述第二變壓器的放電側線圈的另一端接地；

25、第八二極管，所述第八二極管的陽極與所述第二變壓器的放電側線圈的另一端連接，所述第八二極管的陰極與所述第二變壓器的放電側線圈的一端連接；

26、第四電容，所述第四電容的一端與所述第二變壓器的充電側線圈的一端連接；

27、第二電阻，所述第二電阻的一端與所述第四電容的一端連接，所述第二電阻的另一端與所述第三電容的另一端連接；

28、第九二極管，所述第九二極管的陰極與所述第四電容的另一端連接，所述第九二極管的陽極與所述第二變壓器的充電側線圈的另一端連接；

29、第四mos管，所述第四mos管的一端與所述第九二極管的陽極連接，所述第四mos管的另一端與所述電池組的負極連接；第十二極管，所述第十二極管的陰極與所述第四mos管的一端連接，所述第十二極管的陽極與所述第四mos管的另一端連接；

30、第五電容，所述第五電容的一端與所述第二電阻的一端連接，所述第五電容的另一端與所述第四mos管的另一端連接，所述電池組的正極與所述第五電容的一端連接。

31、可選地，所述主動均衡電路還包括控制器，所述控制器與所述充電單元的每個mos管連接，用于：

32、確定待均衡單體電池；

33、控制開啟所述待均衡單體電池對應的第二mos管；

34、采用pwm信號間歇開啟所述第一mos管，以向所述待均衡單體電池充電；

35、控制開啟所述第三mos管；

36、采用pwm信號間歇開啟所述第四mos管，以使得所述電池組向所述蓄能電池充電。

37、另一方面，本發明提供一種主動均衡方法，用于控制上述所述的主動均衡電路，所述主動均衡方法包括：

38、獲取蓄能電池的放電電流；

39、將放電電流與電流基準進行比較以得到誤差信號；

40、采用pi控制器對誤差信號進行誤差調節；

41、將誤差調節后的信號與三角載波相交截，得到pwm信號；

42、獲取單體電池的放電電流；

43、將放電電流與電流基準進行比較以得到誤差信號；

44、采用pi控制器對誤差信號進行誤差調節；

45、將誤差調節后的信號與三角載波相交截，得到pwm信號。

46、可選地，所述主動均衡方法包括：

47、根據公式(1)計算第一變壓器的輸出電壓，

48、

49、其中，vbt1為蓄能電池電壓，np1、ns1分別為第一變壓器原端、副端匝數，d1為反激控制器占空比，vout1為第一變壓器輸出電壓，vf為二極管導通壓降。

50、可選地，所述主動均衡方法包括：

51、根據公式(2)計算單體電池電壓，

52、

53、其中，vb為單體電池電壓，np1、ns1分別為第一變壓器原端、副端匝數，d2為反激控制器占空比，vf為二極管導通壓降，vbt1為蓄能電池電壓。

54、可選地，所述主動均衡方法包括：

55、根據公式(3)獲取單體電池的電壓變量，

56、x(k)＝[x1,x2,…,xn]t，???(3)

57、其中，x(k)為k時刻的初始狀態向量，x1、x2、…、xn分別為k時刻初始狀態向量x(k)中的狀態值；

58、根據公式(4)構建單體電池的數學模型，

59、

60、其中，x(k)為k時刻的初始狀態向量，x(k+1)為系統加入控制作用后k+1時刻各單體的預測電壓值，c為單體電池的容量，u(k)為控制量即k時刻單體側均衡電流大小，b為第一系數矩陣，e(k)為每個單體電池與平均值的偏差，xdes(k)為單體電池的平均電壓值，a為中間變量，j為目標函數，且

61、根據公式(5)計算第一系數矩陣，

62、

63、其中，b為第一系數矩陣；

64、根據公式(6)計算中間變量，

65、

66、其中，a為中間變量，iw為k時刻的測量值，t為放電時間，n為電池串數，c為單體電池的容量。

67、可選地，所述主動均衡方法包括：

68、根據公式(7)設定第一中間變量矩陣，

69、

70、其中，q為第一中間變量矩陣，q為轉移電荷量；

71、根據公式(8)設定第二中間變量矩陣，

72、m＝[in×n,in×n,…]t，???(8)

73、其中，m為第二中間變量矩陣，in×n為單位矩陣；

74、根據公式(9)構建目標函數，

75、

76、其中，minj為目標函數的最小值，為q的共軛矩陣，x(k)為k時刻的初始狀態向量，u(k)為控制量即k時刻單體側均衡電流大小，mt為m的轉置矩陣，x(k)t為x(k)的轉置矩陣。

77、再一方面，本發明提供一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲有指令，所述指令用于被機器讀取以使得所述機器執行如上述任一所述的主動均衡方法。

78、通過上述技術方案，本發明提供一種利用外部電池主動均衡電路及主動均衡方法，通過對充放電電流進行閉環控制，有效減少了充放電過程對電池和電路的損害。且相比于傳統主動均衡電路，本發明可減少電路中將近一半的開關電路，降低了設計難度以及成本。傳統主動均衡方案在均衡過程中造成的損耗由串聯的電池承擔，本發明進行均衡時的損耗由外部電池承擔，可降低串聯電池的損耗。

79、本發明實施例的其它特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。