一種基于LC諧振變換的Pack to Cell均衡電路及實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于LC諧振變換的Pack?to?Cell均衡電路及實現(xiàn)方法，均衡電路主要包括微控制器、選擇開關(guān)模塊、總開關(guān)、均衡母線、LC諧振變換和濾波電容。微控制器將電池組中電壓最低的電池單體選通至均衡母線上與LC諧振變換的輸出接通，控制總開關(guān)閉合將電池組的正負(fù)極與LC諧振變換的輸入接通；同時微控制器發(fā)送一對狀態(tài)互補的PWM信號控制LC諧振變換交替工作在充電和放電狀態(tài)，以實現(xiàn)零電流開關(guān)均衡。本發(fā)明有效改善了電池單體間的不一致性，提高了均衡效率；增大了均衡電流，減少了均衡時間；實現(xiàn)了零電流開關(guān)均衡，減少了能量浪費；減少了開關(guān)數(shù)量，降低了電路體積和成本。
【專利說明】—種基于LC諧振變換的Pack to Cel I均衡電路及實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于LC諧振變換的Pack to Cell均衡電路及實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源危機和環(huán)境污染是當(dāng)今世界面臨的兩大難題。電動汽車以節(jié)能、環(huán)保而廣受人們的歡迎，已成為未來汽車發(fā)展的必然趨勢。而鋰離子電池因其高能量密度、低放電率和沒有記憶效應(yīng)，作為動力源廣泛應(yīng)用在電動汽車和混合電動汽車中。但是受到電池制造技術(shù)和電源管理系統(tǒng)的技術(shù)制約，動力電池使用過程中需要大量單體多級串并聯(lián)才能夠提供足夠的供電電壓和驅(qū)動功率。但是這類電池串聯(lián)使用時，容易由于容量的不均衡問題造成部分電池單體過充電與過放電的現(xiàn)象，大大影響動力電池組的使用壽命和安全性。因此，必須對電池組進(jìn)行均衡管理。顯而易見，作為電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，串聯(lián)電池組的有效均衡已經(jīng)成為一個研究熱點。
[0003]目前，均衡主要有耗散型均衡、非耗散型均衡和電池選擇三大類。
[0004]耗散型均衡(也稱為電池旁路法均衡)通過給電池組中每個電池單體并聯(lián)一個耗散器件進(jìn)行放電分流，從而實現(xiàn)電池電壓的均衡。耗散均衡進(jìn)一步又被分為兩類:被動均衡和主動均衡。耗散均衡結(jié)構(gòu)和控制簡單、成本低，但是存在能量浪費和熱管理的問題。
[0005]非耗散均衡采用電容、電感等作為儲能元件，利用常見的電源變換電路作為拓?fù)浠A(chǔ)，采取分散或集中的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)單向或雙向的均衡方案。根據(jù)能量流，非耗散均衡又能夠分為以下四種:(I)Cell to Cell ； (2)Cell to Pack ； (3)Pack to Cell ； (4)Cell to Packto Cell。對于Cell to Cell的均衡方法，能量能夠直接從電壓最高的電池單體轉(zhuǎn)移到電壓最低的電池單體，具有較高的均衡效率，并且適宜于高電壓應(yīng)用，但是電池單體之間的電壓差減小再加之電力電子器件存在導(dǎo)通壓降使得均衡電流很小，因此Cell to Cell均衡方法不適合于大容量的動力電池。而Pack to Cell的均衡方法，每一次均衡都是通過電池組對電壓最低的電池單體進(jìn)行能量補給，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的均衡電流，較適合于大容量的動力電池。非耗散均衡存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、成本聞、均衡時間長、聞開關(guān)損耗等問題。
[0006]電池選擇均衡是指通過實驗選擇性能一致的電池單體構(gòu)建電池組，一般有兩步篩選過程。第一步，在不同的放電電流下，選擇電池平均容量相近的電池單體；第二步，在第一步篩選的電池單體中，通過脈沖充、放電實驗在不同SOC下選擇具有相近電池電壓變化量的電池單體。由于電池單體的自放電率不盡相同，電池選擇均衡在電池整個生命周期內(nèi)不足以保持電池組一直均衡。它只能作為其他均衡方法的一種補充均衡方法。
[0007]傳統(tǒng)均衡方法不適合鋰離子電池的主要原因如下:
[0008]I)鋰離子電池的開路電壓在SOC為30%?70%之間時較為平坦，即使SOC相差很大，其對應(yīng)的電壓差也很小，此外由于電力電子器件存在導(dǎo)通壓降，使得均衡電流很小，甚至可能導(dǎo)致電力電子器件不能正常導(dǎo)通；
[0009]2)由于電力電子器件存在導(dǎo)通壓降，電池單體間很難實現(xiàn)零電壓差均衡。[0010]中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?01310278475.2)提出了一種動力電池零電流開關(guān)主動均衡電路及實現(xiàn)方法，其能夠?qū)崟r判斷電池組中電壓最高和最低的電池單體，并對其進(jìn)行零電流開關(guān)均衡，并且每次均衡都是針對電池組中電壓差最大的兩個電池單體進(jìn)行削峰填谷，極大提高了均衡效率，有效減少了電池單體之間的不一致性。但是，由于所使用的電力電子器件存在導(dǎo)通壓降，使得電池單體間很難達(dá)到零電壓差，并且均衡電流很小，均衡時間較長。
[0011]為此，中國實用新型申請(申請?zhí)?01320660950.8)和中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?01310507016.7)提出一種基于升壓變換和軟開關(guān)的Cell to Cell電池均衡電路，該發(fā)明使用一個Boost升壓變換將電池組中電壓最高的電池單體升壓至一個較高的電壓，以實現(xiàn)大電流、零電壓差均衡；使用一個LC諧振變換以實現(xiàn)零電流開關(guān)均衡，減少了能量浪費、提高了均衡效率。但是，該發(fā)明存在的主要問題是:由于屬于Cell to Cell型均衡電路，SP使使用Boost升壓變換，所提高的均衡電流有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足電動汽車大容量動力電池的均衡需求，并且Boost升壓變換本身也存在能量浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明為了解決上述問題，提出一種基于LC諧振變換的Pack to Cell均衡電路及實現(xiàn)方法，包括微控制器、均衡母線、LC諧振變換、選擇開關(guān)模塊、總開關(guān)、動力電池組和濾波電容，該均衡電路通過使用一個LC諧振變換能夠?qū)崿F(xiàn)電池組對電池單體的零電流開關(guān)均衡，減少了能量浪費，提高了均衡效率；能夠獲得大電流均衡，適用于大容量動力電池的快速均衡；并且克服了傳統(tǒng)均衡電路難以實現(xiàn)電池單體之間零電壓差的問題。
[0013]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0014]一種基于LC諧振變換的Pack to Cell均衡電路，包括微控制器、均衡母線、LC諧振變換、選擇開關(guān)模塊、總開關(guān)、動力電池組和濾波電容，其中，微控制器通過電壓檢測電路連接電池組的各個電池單體，電池單體通過選擇開關(guān)模塊連接均衡母線，均衡母線連接LC諧振變換電路的輸出端，電池組通過總開關(guān)連接LC諧振變換電路的輸入端，微控制器通過驅(qū)動電路連接控制LC諧振變換電路，微控制器通過多路選通開關(guān)連接選擇開關(guān)模塊和總開關(guān)。
[0015]所述LC諧振變換電路的輸入端和輸出端各并聯(lián)有一個濾波電容；
[0016]所述微控制器包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、脈沖寬度調(diào)制PWM信號輸出端和通用10端；
[0017]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，通過電壓檢測電路與電池單體連接，用于將電池單體的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而確定電壓最低的電池單體；
[0018]所述脈沖寬度調(diào)制PWM信號輸出端通過驅(qū)動電路連接LC諧振變換電路，用于產(chǎn)生MOS管開關(guān)的控制驅(qū)動信號；
[0019]所述通用10端通過一個多路選通開關(guān)與選擇開關(guān)模塊連接，用于譯碼微控制器確定的最低單體電壓對應(yīng)的電池編號，控制選擇開關(guān)模塊將電池組中任意位置的電壓最低的電池單體選通至均衡母線上；同時，所述通用10端通過一個多路選通開關(guān)與總開關(guān)連接，控制總開關(guān)將電池組的正負(fù)極連接于LC諧振變換電路的輸入。
[0020]所述LC諧振變換電路，包括四個MOS管、四個二極管和一個電感、一個電容，其中輸入端的一端連接一個MOS管M1串聯(lián)二極管D1后，連接兩個支路，一個支路串聯(lián)MOS管M3和二極管D3,另一路串聯(lián)電感L和電容C，輸入端的另一端反接二極管D2連接MOS管M2后連接兩個支路，一路連接電容C的另一端，另一路反接二極管D4后連接MOS管M4。所述LC諧振變換電路中MOS管M1和M2由一路PWM+信號驅(qū)動，MOS管M3和M4由另一路狀態(tài)反向的PWM-信號驅(qū)動，二極管D1?D4起反向限流的作用。
[0021]所述LC諧振變換在兩個狀態(tài)互補的PWM信號驅(qū)動下，工作在充電和放電兩個狀態(tài)。
[0022]所述充電狀態(tài)為LC諧振變換與電池組的正負(fù)極并聯(lián)。
[0023]所述放電狀態(tài)為LC諧振變換與電壓最低的電池單體并聯(lián)。
[0024]所述兩個濾波電容分別并聯(lián)在LC諧振變換的輸入和輸出端，用于將高頻交流電流濾波成直流電，以減小對電池的損害。
[0025]一種應(yīng)用上述基于LC諧振變換的Pack to Cell均衡電路的實現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0026](I)獲取電池單體電壓:微控制器借助模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，獲取動力電池各單體電壓；
[0027](2)判斷電壓:微控制器根據(jù)獲取的電池單體電壓，計算最大單體電壓差，若其差值大于電池均衡閾值，則啟動均衡電路，并確定最低單體電壓對應(yīng)的電池單體編號；
[0028](3)選通電池:微控制器通過譯碼電路將最低單體電壓對應(yīng)的電池單體編號譯碼，控制選擇開關(guān)模塊將最低單體電壓對應(yīng)的電池單體選通至均衡母線上；
[0029](4)能量傳遞:微控制器控制總開關(guān)導(dǎo)通將電池組的正負(fù)兩端與LC諧振變換的輸入接通，同時控制LC諧振變換的四個MOS管使LC諧振變換交替工作在充電和放電兩個狀態(tài)，從而實現(xiàn)能量的不斷傳遞。
[0030]所述步驟(4)中，當(dāng)LC諧振變換與整個電池組并聯(lián)時，電池組給LC諧振變換充電；當(dāng)LC諧振變換與電壓最低的電池單體并聯(lián)時，LC諧振變換給電池單體充電，隨著LC諧振變換的充、放電過程，實現(xiàn)了能量從整個電池組轉(zhuǎn)移到電壓最低的電池單體，特別地，當(dāng)微控制器發(fā)出的PWM頻率等于LC諧振變換的固有諧振頻率時，可以實現(xiàn)零電流開關(guān)均衡。
[0031]本發(fā)明的工作原理為:
[0032]微控制器根據(jù)最低單體電壓對應(yīng)的電池單體編號，經(jīng)過通用IO端譯碼控制選擇開關(guān)模塊，將電池組中任意位置的電壓最低的電池單體選通至均衡母線上；然后，微控制器控制總開關(guān)閉合將整個電池組的總電壓作為LC諧振變換的輸入，克服了由于電力電子器件存在導(dǎo)通壓降造成的難以實現(xiàn)電池單體間零電壓差的問題，也消除了由于使用Boost升壓變換升壓所帶來的能量損耗；同時微控制器發(fā)送一對狀態(tài)互補的PWM信號控制LC諧振變換，使其交替工作在充電和放電兩個狀態(tài)。特別地，當(dāng)微控制器發(fā)出的PWM頻率等于LC諧振變換的固有諧振頻率時，可以實現(xiàn)零電流開關(guān)均衡，并且每次均衡都是能量從整個電池組轉(zhuǎn)移到電池組中電壓最低的電池單體，增大了均衡電流，提高了均衡效率。
[0033]本發(fā)明的有益效果為:
[0034](I)與Cell to Cell型均衡電路相比，減少了 η個開關(guān)，降低了電路體積和成本；
[0035](2)有效克服了由于電力電子器件存在導(dǎo)通壓降造成的難以實現(xiàn)電池單體間零電壓差的問題；
[0036](3)能夠?qū)崿F(xiàn)大電流均衡,適用于大容量動力電池；
[0037](4)實現(xiàn)零電流開關(guān)均衡，減少能量浪費；[0038](5)有效改善了電池單體間的不一致性，提高了均衡效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1為本發(fā)明基于LC諧振變換的Pack to Cell均衡電路的組成示意圖；
[0040]圖2為本發(fā)明的LC諧振變換充電狀態(tài)的工作原理圖；
[0041]圖3為本發(fā)明的LC諧振變換放電狀態(tài)的工作原理圖；
[0042]圖4為本發(fā)明的LC諧振變換處于諧振狀態(tài)下的充放電電流i和電容電壓V。的原理波形圖；
[0043]圖5為實驗獲得的LC諧振變換處于諧振狀態(tài)下的充放電電流i和電容電壓\的波形圖，其中圖5(a)為Cell to Cell型均衡電路的波形圖，圖5 (b)為Pack to Cell型均衡電路波形圖；
[0044]圖6為本發(fā)明動力電池靜止?fàn)顟B(tài)下的均衡效果圖。
【具體實施方式】:
[0045]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0046]如圖1?圖6所示，一種基于LC諧振變換的Pack to Cell型均衡電路，包括微控制器、選擇開關(guān)模塊、總開關(guān)、均衡母線、LC諧振變換和濾波電容，微控制器連接選擇開關(guān)模塊、總開關(guān)、LC諧振變換和電池單體，電池組的正負(fù)極通過總開關(guān)連接LC諧振變換的輸入，LC諧振變換的輸出通過均衡母線連接選擇開關(guān)模塊，選擇開關(guān)模塊連接各電池單體，LC諧振變換的輸入和輸出并聯(lián)兩個濾波電容；其中，
[0047]所述微控制器包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、脈沖寬度調(diào)制PWM信號輸出端和通用IO端；
[0048]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，通過電壓檢測電路與電池單體連接，用于將電池單體的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而確定各個電池單體的電壓以及電壓最低的電池單體對應(yīng)的編號;
[0049]所述脈沖寬度調(diào)制PWM信號輸出端通過驅(qū)動電路連接LC諧振變換，用于產(chǎn)生MOS管開關(guān)的控制驅(qū)動信號；
[0050]所述通用IO端通過一個多路選通開關(guān)與選擇開關(guān)模塊連接，用于譯碼微控制器確定的最低單體電壓對應(yīng)的電池編號，控制選擇開關(guān)模塊將電池組中任意位置的電壓最低的電池單體選通至均衡母線上；同時，所述通用IO端通過一個多路選通開關(guān)與總開關(guān)連接，控制總開關(guān)將電池組的正負(fù)極連接于LC諧振變換的輸入。
[0051]所述LC諧振變換電路，包括四個MOS管、四個二極管和一個電感、電容，其中輸入端的一端連接一個MOS管M1串聯(lián)二極管D1后，連接兩個支路，一個支路串聯(lián)MOS管M3和二極管D3，另一路串聯(lián)電感L和電容C，輸入端的另一端反接二極管D2連接MOS管M2后連接兩個支路，一路連接電容C的另一端，另一路反接二極管D4后連接MOS管M4。所述LC諧振變換電路中MOS管M1和M2由一路PWM+信號驅(qū)動，MOS管M3和M4由另一路狀態(tài)反向的PWM-信號驅(qū)動，二極管D1?D4起反向限流的作用。
[0052]所述LC諧振變換在兩個狀態(tài)互補的PWM信號驅(qū)動下，工作在充電和放電兩個狀態(tài)。
[0053]所述充電狀態(tài)為LC諧振變換與電池組的正負(fù)極并聯(lián)。[0054]所述放電狀態(tài)為LC諧振變換與電壓最低的電池單體并聯(lián)。
[0055]所述PWM信號的頻率等于LC諧振變換的固有諧振頻率時，均衡電路實現(xiàn)電池組對電壓最低的電池單體間的零電流開關(guān)均衡。
[0056]所述兩個濾波電容分別并聯(lián)與LC諧振變換的輸入和輸出端，用于將高頻交流電流濾波成直流電，以減小對電池的損害。
[0057]一種應(yīng)用上述基于LC諧振變換的Pack to Cell型均衡電路的實現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0058](I)獲取電池單體電壓:微控制器借助模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，獲取動力電池各單體電壓；
[0059](2)判斷電壓:微控制器根據(jù)獲取的電池單體電壓，計算最大單體電壓差，若其差值
[0060]大于電池均衡閾值，則啟動均衡電路，并確定最低單體電壓對應(yīng)的電池單體編號;
[0061](3)選通電池:微控制器通過譯碼電路將最低單體電壓對應(yīng)的電池單體編號譯碼，控
[0062]制選擇開關(guān)模塊將最低單體電壓對應(yīng)的電池單體選通至均衡母線上；
[0063](4)能量傳遞:微控制器控制總開關(guān)導(dǎo)通將電池組的正負(fù)兩端與LC諧振變換的輸入
[0064]接通，同時控制LC諧振變換的四個MOS管使LC諧振變換交替工作在充電和放電兩個
[0065]狀態(tài)，從而實現(xiàn)能量的不斷傳遞。
[0066]所述步驟(4)中，當(dāng)LC諧振變換與整個電池組并聯(lián)時，電池組給LC諧振變換充電；當(dāng)LC諧振變換與電壓最低的電池單體并聯(lián)時，LC諧振變換給電池單體充電，隨著LC諧振變換的充、放電過程，實現(xiàn)了能量從整個電池組轉(zhuǎn)移到電壓最低的電池單體。
[0067]實施例一:
[0068]以8節(jié)電池單體為例，并假設(shè)B3為電壓最低的電池單體。
[0069]均衡電路的微控制器選用數(shù)字信號處理DSP (TMS320F28335)，具有高精度AD采樣和PWM輸出；多路選通開關(guān)選用⑶4051，是單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有A、B和C三個二進(jìn)制控制輸入端以及EN共4個輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流；電壓檢測電路采用凌特公司的LTC6802專用電壓測量芯片實時測量電池組中每節(jié)電池的電壓。
[0070]選擇開關(guān)模塊選用帶有一對常開觸點的繼電器，其型號為HJR1-2C L-05V,圖1中(Si, Qi) (i = 1，2，3...，η)為一對常開開關(guān)。微控制器通過一個多路選通開關(guān)⑶4051控制其導(dǎo)通或閉合。
[0071]LC諧振電路由四個MOS管M1?M4、四個二極管D1?D4和一個電感L、一個電容C組成。其中，MpMyDpD2 %L、C構(gòu)成充電回路；M3、M4、D3、D4與L、C構(gòu)成放電回路。M1的源極、D2的負(fù)極分別通過總開關(guān)與電池組正負(fù)極相連；D3的負(fù)極、M4的源極分別與均衡母線正、負(fù)極相連。二極管D1?D4起隔離的作用。MOS管M1?M4由來自微控制器DSP的一對狀態(tài)互補的PWM信號驅(qū)動，其中M1和M2由一路PWM+信號驅(qū)動，M3和M4由另一路狀態(tài)互補的PWM-信號驅(qū)動。當(dāng)M1和M2導(dǎo)通，M3和M4關(guān)斷時，LC諧振電路工作在充電狀態(tài)；當(dāng)M3和M4導(dǎo)通，M1和M2關(guān)斷時，LC諧振電路工作在放電狀態(tài)。如此，通過LC諧振電路不斷的充、放電可實現(xiàn)能量從電池組轉(zhuǎn)移至電壓最低的電池單體，特別地，當(dāng)微控制器發(fā)出的PWM頻率等于LC準(zhǔn)諧振電路的固有諧振頻率時，實現(xiàn)零電流開關(guān)均衡。
[0072]首先，微控制器借助模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，獲取動力電池各單體電壓，從而確定最低單體電壓以及對應(yīng)的電池單體編號，并判斷最大電壓差是否大于電池均衡閾值0.02V，若大于則啟動均衡電路，并通過譯碼芯片⑶4051選通開關(guān)模塊(S4、Q4)和總開關(guān)(\、Q0)并保持其導(dǎo)通狀態(tài)直至本次均衡結(jié)束，將電壓最低的電池單體B3選通至均衡母線上，并將電池組與LC諧振電路的輸入端選通。
[0073]在均衡狀態(tài)下，微控制器控制LC諧振電路使其交替工作在充電和放電兩個狀態(tài)，從而實現(xiàn)能量的不斷傳遞。
[0074]如圖2所示，當(dāng)M1和M2導(dǎo)通時,M3和M4關(guān)斷，LC諧振電路與電池組并聯(lián)。電池組、電感L和電容C形成一個諧振回路，此時對電容C充電，諧振電流i為正，電容C兩端的電壓V。開始上升直至諧振電流i變?yōu)樨?fù)值，由圖4可以看出，V。滯后諧振電流i四分之一個周期，且波形均為正弦波。該時刻，由于M3和M4處于關(guān)斷狀態(tài)，電池單體B3開路，所以流入B3的電流iB3為零；因為濾波電容C1并聯(lián)在電池組兩端無其他放電回路，所以流入LC的諧振電流i即為流出電池組的電流ibat，并且規(guī)定電流流出電池單體/電池組時為正，因此可得到如圖4所示工作狀態(tài)I所示的電池組電流ibat和B3電流iB3波形。
[0075]如圖3所示，當(dāng)M3和M4導(dǎo)通時,M1和M2關(guān)斷，LC諧振電路通過選擇開關(guān)模塊(S4、Q4)與電壓最低的電池單體B3并聯(lián)。B3、L和C形成一個諧振回路，此時電容C放電，諧振電流i為負(fù)，電容C兩端的電壓V。開始下降直至諧振電流變?yōu)檎怠Ｒ驗殡姵亟M處于開路狀態(tài)，因此流出電池組的電流iBat為零；同時該時刻諧振電流i就是B3的充電電流，因此可得到如圖4狀態(tài)II所示的電池組電流ibat和B3電流iB3波形。
[0076]如圖5所示，為實驗獲得的LC諧振變換處于諧振狀態(tài)下的充放電電流i和電容電壓V。的實驗波形圖，其中圖5(a)為Cell to Cell型均衡電路的波形圖，圖5 (b)為Pack toCell型均衡電路波形圖，對比可以看出，本發(fā)明的Pack to Cell型均衡電路的均衡電流值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Cell to Cell型均衡電路的電流，極大地提高了均衡效率。
[0077]如圖6所示為本發(fā)明動力電池靜止?fàn)顟B(tài)下的均衡效果圖，當(dāng)電池單體初始電壓分別為 B0 = 2.709V, B1 = 2.701V, B2 = 2.694V, B3 = 2.698V, B4 = 3.301V, B5 = 3.302V, B6=3.299V，B7 = 3.300V時，只需要大約3500s的時間，均衡電路就使得電池組中電池單體的最大電壓差接近于O。
[0078]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于LC諧振變換的Pack to Cell均衡電路，其特征是:包括微控制器、均衡母線、LC諧振變換、選擇開關(guān)模塊、總開關(guān)、動力電池組和濾波電容，其中，微控制器通過電壓檢測電路連接電池組的各個電池單體，電池單體通過選擇開關(guān)模塊連接均衡母線，均衡母線連接LC諧振變換電路的輸出端，電池組通過總開關(guān)連接LC諧振變換電路的輸入端，微控制器通過驅(qū)動電路連接控制LC諧振變換電路，微控制器通過多路選通開關(guān)連接選擇開關(guān)豐吳塊和總開關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于LC諧振變換的Packto Cell均衡電路，其特征是:所述LC諧振變換電路的輸入端和輸出端并聯(lián)有一個濾波電容。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于LC諧振變換的Packto Cell均衡電路，其特征是:所述微控制器包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、脈沖寬度調(diào)制PWM信號輸出端和通用IO端； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，通過電壓檢測電路與電池單體連接，用于將電池單體的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而確定各個電池單體電壓以及電壓最低的電池單體對應(yīng)的電池編號； 所述脈沖寬度調(diào)制PWM信號輸出端通過驅(qū)動電路連接LC諧振變換電路，用于產(chǎn)生MOS管開關(guān)的控制驅(qū)動信號； 所述通用IO端通過一個多路選通開關(guān)與選擇開關(guān)模塊連接，用于譯碼微控制器確定的最低單體電壓對應(yīng)的電池編號，控制選擇開關(guān)模塊將電池組中任意位置的電壓最低的電池單體選通至均衡母線上；同時，所述通用IO端通過一個多路選通開關(guān)與總開關(guān)連接，控制總開關(guān)將電池組的正負(fù)極選通至LC諧振變換電路的輸入。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于LC諧振變換的Packto Cell均衡電路，其特征是:所述LC諧振變換電路,包括四個MOS管、四個二極管和一個電感和電容，其中輸入端的一端連接一個MOS管M1串聯(lián)二極管D1后，連接兩個支路，一個支路串聯(lián)MOS管M3和二極管D3,另一路串聯(lián)電感L和電容C，輸入端的另一端反接二極管D2連接MOS管M2后連接兩個支路，一路連接電容C的另一端，另一路反接二極管D4后連接MOS管M4。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于LC諧振變換的Packto Cell均衡電路，其特征是:所述LC諧振變換中MOS管M1和M2由一路PWM+信號驅(qū)動，MOS管M3和M4由另一路狀態(tài)反向的PWM-信號驅(qū)動，在這兩個狀態(tài)互補的PWM信號驅(qū)動下，所述LC諧振變換工作在充電和放電兩個狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于LC諧振變換的Packto Cell均衡電路，其特征是:所述充電狀態(tài)為LC諧振變換與電池組的正負(fù)極并聯(lián)。
7.如權(quán)利要求5所述的一種基于LC諧振變換的Packto Cell均衡電路，其特征是:所述放電狀態(tài)為LC諧振變換與電壓最低的電池單體并聯(lián)。
8.一種應(yīng)用權(quán)利要求1~7中任一項所述的均衡電路的實現(xiàn)方法，其特征是:包括以下步驟: (1)獲取單體電壓:微控制器借助模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，獲取動力電池各單體電壓； (2)判斷電壓:微控制器根據(jù)獲取的電池單體電壓，計算最大單體電壓差，若其差值大于電池均衡閾值，則啟動均衡電路，并確定最低單體電壓對應(yīng)的電池單體編號； (3)選通電池:微控制器通過譯碼電路將最低單體電壓對應(yīng)的電池單體編號譯碼，控制選擇開關(guān)模塊將最低單體電壓對應(yīng)的電池單體選通至均衡母線上； (4)能量傳遞:微控制器控制總開關(guān)導(dǎo)通將電池組的正負(fù)兩端與LC諧振變換的輸入接通，同時控制LC諧振變換使其交替工作在充電和放電兩個狀態(tài)，從而實現(xiàn)能量的不斷傳遞。
9.如權(quán)利要求8所述的實現(xiàn)方法，其特征是:所述步驟(4)中，當(dāng)LC諧振變換與整個電池組并聯(lián)時，電池組給LC諧振變換充電；當(dāng)LC諧振變換與電壓最低的電池單體并聯(lián)時，LC諧振變換給電池單體充電，隨著LC諧振變換的充、放電過程，實現(xiàn)了能量從整個電池組轉(zhuǎn)移到電 壓最低的電池單體，當(dāng)微控制器發(fā)出的PWM頻率等于LC諧振變換的固有諧振頻率時，實現(xiàn)零電流開關(guān)均衡。
【文檔編號】H02J7/00GK103956801SQ201410218975
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】張承慧, 商云龍, 崔納新, 紀(jì)祥 申請人:山東大學(xué)