通用蓄電池容量均衡系統(tǒng)及其均衡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及蓄電池均衡控制技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種通用蓄電池容量均衡 系統(tǒng)及其均衡控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 蓄電池組可以由一個(gè)蓄電池單體組成，也可以由多個(gè)單體并聯(lián)以增加蓄電池的容 量，也可以由多個(gè)單體串聯(lián)而成，以提高蓄電池的電壓，或者多個(gè)蓄電池單體串聯(lián)和并聯(lián)混 合增加蓄電池的容量且提高蓄電池的電壓。一組蓄電池整組性能取決于狀態(tài)最壞的那塊電 池。蓄電池組中的每個(gè)蓄電池單體并非完全相同，即使是嚴(yán)格篩選的蓄電池，蓄電池組中各 個(gè)蓄電池單體的溫度、內(nèi)部阻抗和放電狀態(tài)均不相同。隨著充放電次數(shù)的增加和使用時(shí)間 的延長(zhǎng)，這些差異會(huì)越來越明顯，形成所謂的"落后單節(jié)"，若不加以均衡管理，某個(gè)蓄電池 單元會(huì)首先發(fā)生故障導(dǎo)致整個(gè)串聯(lián)蓄電池組不能提供電能。對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電和放電 時(shí)，如何保證充放電過程中蓄電池單元的均衡，是保證蓄電池的安全性和可靠性的一項(xiàng)關(guān) 鍵技術(shù)。
[0003] 現(xiàn)有蓄電池按其使用的電化學(xué)材料可分為鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池、 鎳鎘電池，然而現(xiàn)有蓄電池均衡系統(tǒng)只針對(duì)特定電池組，沒有通用的蓄電池組均衡系統(tǒng)。
[0004] 目前基于電壓的均衡方法和基于荷電狀態(tài)的均衡方法均不能直接體現(xiàn)出均衡的 最終目的，即保證電池容量的最大利用，故而亟需提出基于容量的均衡算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種通用蓄電池容量均衡系統(tǒng)及其均衡控制方法，以解決 以上問題。
[0006] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明提出了一種通用蓄電池容量均衡系統(tǒng)，包括顯示控制單元、通過總線分別 與所述顯示控制單元相連的1~N個(gè)均衡節(jié)點(diǎn)，N>1，各所述均衡節(jié)點(diǎn)與蓄電池組中的各單體 電池一一對(duì)應(yīng)連接，每個(gè)所述均衡節(jié)點(diǎn)均包括數(shù)據(jù)采集單元、均衡控制單元、功率變換單元 和輔助電源單元；
[0008] 所述數(shù)據(jù)采集單元用于采集電量參數(shù)，并將所述電量參數(shù)送到所述顯示控制單 元，所述電量參數(shù)包括與所述均衡節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)連接的單體電池的電壓、所述均衡節(jié)點(diǎn)的輸出 電壓、輸出電流、總線電壓和總線電流；
[0009] 所述顯示控制單元用于接收所述數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送的電量參數(shù)，根據(jù)接收的所述 電量參數(shù)計(jì)算得到蓄電池組中各單體電池的平均容量，將所述平均容量發(fā)送至所述均衡控 制單元；
[0010] 所述均衡控制單元用于接收所述顯示控制單元發(fā)送的所述平均容量，根據(jù)接收的 所述平均容量，控制所述功率變換單元的輸出電壓、增大與容量低于所述平均容量的單體 電池所對(duì)應(yīng)的均衡節(jié)點(diǎn)的輸出電流、減小與容量高于所述平均容量的單體電池所對(duì)應(yīng)的均 衡節(jié)點(diǎn)的輸出電流；
[0011] 所述功率變換單元用于根據(jù)均衡控制單元發(fā)送的控制要求，執(zhí)行控制命令。
[0012] 進(jìn)一步地，本通用蓄電池容量均衡系統(tǒng)中，每個(gè)所述均衡節(jié)點(diǎn)均包括報(bào)警與保護(hù) 單元，所述均衡控制單元還用于判斷各所述均衡節(jié)點(diǎn)的輸出電流是否高于預(yù)設(shè)電流最大 值，或各所述均衡節(jié)點(diǎn)的輸出電壓是否高于預(yù)設(shè)電壓最大值或低于預(yù)設(shè)電壓最小值，當(dāng)存 在均衡節(jié)點(diǎn)輸出電流高于預(yù)設(shè)電流最大值或均衡節(jié)點(diǎn)輸出電壓高于預(yù)設(shè)電壓最大值或低 于輸出電壓最小值時(shí)，所述均衡控制單元控制所述報(bào)警與保護(hù)單元指示報(bào)警狀態(tài)。
[0013] 進(jìn)一步地，所述均衡控制單元還用于，所述報(bào)警與保護(hù)單元指示報(bào)警狀態(tài)時(shí)，控制 所述功率變換單元使功率變換單元輸出電壓為0。
[0014] 進(jìn)一步地，本通用蓄電池容量均衡系統(tǒng)中，所述功率變換單元包括與總線相連的 輸入保險(xiǎn)，輸出端的一個(gè)觸點(diǎn)與所述輸入保險(xiǎn)相連的防浪涌繼電器，所述輔助電源單元的 輸出端與所述功率變換單元中的防浪涌繼電器的輸入端相連；
[0015] 所述功率變換單元還包括漏極與所述防浪涌繼電器輸出端另一個(gè)觸點(diǎn)相連的第 一 MOS管，與所述第一 MOS管漏極相連的第一輸入濾波電容，與所述第一輸入濾波電容相連 的第二輸入濾波電容，源極與所述第二輸入濾波電容相連、漏極與所述第一 MOS管源極相連 的第二MOS管，初級(jí)線圈一端連接于所述第一輸入濾波電容和第二輸入濾波電容之間、另一 端與所述第一 MOS管的源極相連、次級(jí)線圈包括第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端的高 頻變壓器，與所述高頻變壓器第一輸出端相連的第一控制芯片，漏極與所述第一控制芯片 相連的第三MOS管，與所述高頻變壓器第二輸出端相連的輸出濾波電感，分別與所述輸出濾 波電感相連的輸出控制二極管和輸出濾波電容，與所述輸出控制二極管相連的輸出保險(xiǎn)， 所述單體電池的正極與所述輸出保險(xiǎn)相連；
[0016] 所述功率變換單元還包括與所述輸出濾波電容并聯(lián)的假負(fù)載，與所述假負(fù)載相連 的霍爾傳感器，所述單體電池的負(fù)極與所述霍爾傳感器相連。
[0017] 進(jìn)一步地，本通用蓄電池容量均衡系統(tǒng)中，所述功率變換單元還包括連接于所述 防浪涌繼電器兩個(gè)觸點(diǎn)之間的第一電阻，與所述第一輸入濾波電容并聯(lián)的第一泄流電阻， 與所述第二輸入濾波電容并聯(lián)的第二泄流電阻，并聯(lián)于第一MOS管漏極與源極的第一RC吸 收電阻電路，并聯(lián)于第二MOS管漏極與源極的第二RC吸收電阻電路，與所述高頻變壓器第三 輸出端相連的第二控制芯片，漏極與所述第二控制芯片相連、源極與所述第三MOS管源極相 連的第四MOS管。
[0018] 進(jìn)一步地，本通用蓄電池容量均衡系統(tǒng)中，所述均衡控制單元包括放大器，通過DA 芯片和第二電阻與所述放大器的反相輸入端相連的單片機(jī)，所述功率變換單元中的霍爾傳 感器通過第十一電阻連接至所述放大器的同相輸入端；
[0019] 所述均衡控制單元還包括與所述放大器輸出端相連的第三電阻，與所述第三電阻 相連的電源控制芯片，基極通過第四電阻與所述電源控制芯片相連的第一 NPN三極管，基極 與所述第一 NPN三極管基極相連、發(fā)射極與所述第一 NPN三極管發(fā)射極相連的第一 PNP三極 管，基極通過第五電阻與所述電源控制芯片相連的第二NPN三極管，基極與所述第二NPN三 極管基極相連、發(fā)射極與所述第二NPN三極管發(fā)射極相連的第二PNP三極管，初級(jí)線圈一端 通過第三輸出電容與所述第一 NPN三極管發(fā)射極相連、另一端通過第六電阻與所述第二NPN 三極管發(fā)射極相連的包括第一次級(jí)線圈和第二次級(jí)線圈的驅(qū)動(dòng)變壓器。
[0020] 進(jìn)一步地，本通用蓄電池容量均衡系統(tǒng)中，所述均衡控制單元還包括與所述驅(qū)動(dòng) 變壓器第一次級(jí)線圈一端相連的第七電阻，所述功率變換單元中的第一MOS管的柵極與所 述均衡控制單元中第七電阻相連；
[0021] 所述均衡控制單元還包括連接于第七電阻與驅(qū)動(dòng)變壓器第一次級(jí)線圈另一端之 間的第八電阻，所述功率變換單元中的第一 MOS管的源極與所述均衡控制單元中驅(qū)動(dòng)變壓 器第一次級(jí)線圈的另一端相連；
[0022] 所述均衡控制單元還包括與所述驅(qū)動(dòng)變壓器第二次級(jí)線圈一端相連的第九電阻， 所述功率變換單元中的第二MOS管的柵極與所述均衡控制單元中的第九電阻相連；
[0023] 所述均衡控制單元還包括連接于第九電阻與驅(qū)動(dòng)變壓器第二次級(jí)線圈另一端之 間的第十電阻。
[0024] 進(jìn)一步地，根據(jù)所述的通用蓄電池容量均衡控制系統(tǒng)，本發(fā)明還提出一種均衡控 制方法，所述均衡控制方法包括：
[0025] 獲取每個(gè)單體電池的蓄電池容量Ci;
[0026] 計(jì)算所有單體電池的平均容量C;
[0027] 分別判斷所述各單體電池的蓄電池容量(^是否小于所述平均容量C，若小于所述 平均容量C，調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)均衡節(jié)點(diǎn)輸出電流，使之增大，若大于所述平均容量C，調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)均衡 節(jié)點(diǎn)輸出電流，使之減小。
[0028]進(jìn)一步地，所述均衡控制方法中，每個(gè)單體電池的蓄電池容量匕的計(jì)算方法包括：
[0029] 根據(jù)公式Ibn= Ib(n-：〇-( )計(jì)算單