一种自适应调节均衡电流的主动均衡电路及主动均衡方法与流程

本发明属于电池组均衡，特别涉及一种自适应调节均衡电流的主动均衡电路及主动均衡方法。

背景技术：

1、锂电池组由多个电池单体组成，每个电池单体都有微小的差异，例如内阻、容量、自放电率等。这些差异在使用过程中可能会导致电池组中一些单体的电荷状态(电压、容量等)不同，进而影响整个电池组的性能和安全性。实现电池组的均衡，通常采用均衡电路或均衡管理系统，通过控制电池单体的充放电过程，使得各个单体的电荷状态保持在相对一致的水平。

2、现有锂电池组主动均衡模组，商业化的方案主要有dc/dc方案和多绕组变压器方案。其中dc/dc方案，多采用国外adi和ti等大公司的ic和方案构架而成。均衡原理为采用某节电池放电，将放电电流经过一个反激flyback电源产生高压经整流后对串联总电池充电。主要缺陷包括：只能通过放电方式对电池进行均衡；放电电流最大2.5a，即最大均衡电流为2.5a；一次只能一个dc/dc进行工作，不能所以dc/dc同时工作；完成均衡的时间较长；电路复杂，需要n个dc/dc控制ic和一个总的控制ic；成本高；电路结构尺寸大，n个反激电路占用较大的pcb面积和空间。

3、为克服dc/dc方案的缺陷，公开号为“cn115117958a”的中国发明专利申请公开了一种基于多线圈变压器的主动均衡装置及其均衡方法，主动均衡装置包括由多个电芯串联组成的电池组、磁芯、控制电路和多个均衡电路；一个电芯与一个均衡电路配对连接，每个均衡电路中设有两个绕向相反的线圈，各个均衡电路中的线圈均绕制在磁芯上；控制电路输出驱动信号来控制均衡电路中线圈的回路通断，各个电芯配对的同相位的线圈的回路导通时，高电压的电芯配对线圈自动成为主线圈输出能量，低电压的电芯配对的线圈自动成为从线圈吸收能量；各个电芯配对的反相位的线圈的回路导通时，进行磁复位，高电压的电芯输出能量，低电压的电芯吸收能量。

4、在该方案中，由于均衡电流与电池压差为线性比例关系，如果单个电池电压跳水突变为0v，由于与其他单体电池间存在较大的压差，会在均衡绕组中产生极大的均衡电流；如果单个电池与其他单体电池之间的压差小于100mv，则均衡电流小于0.5a，压差小于20mv时均衡电流则小于100ma，导致均衡所需的时间更长，均衡效率偏低。

技术实现思路

1、本发明提供一种自适应调节均衡电流的主动均衡电路及主动均衡方法，旨在解决现有技术中因为均衡电流与电池压差为线性比例关系而导致的均衡电流过大或过小的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提出一种自适应调节均衡电流的主动均衡电路，包括：多绕组变压器、原边驱动选通单元、驱动单元、控制单元、信号采集单元及辅助供电单元；所述辅助供电单元为电路供电，所述信号采集单元实时检测单体电池电压、原边绕组电流及单体电池温度并反馈至控制单元，所述控制单元根据检测信号控制驱动单元及原边驱动选通单元输出电平信号至多绕组变压器的绕组控制开关；

3、所述多绕组变压器的原边绕组与副边绕组的数量相同且大于均衡电池组中单体电池的数量，所述原边绕组与副边绕组同时包绕在一个公共磁芯上，所述原边绕组为若干个绕组串联，间隔相同匝数引出一个中间抽头，每个中间抽头连接一个绕组控制开关，所述副边绕组为若干个绕组串联，间隔相同匝数引出一个中间抽头，每个中间抽头通过一个绕组控制开关连接至对应单体电池的负极。

4、优选地，所述副边绕组上还设置有保护检测单元，用于检测任意一节均衡绕组出现的异常过流或短路，并反馈至信号采集单元，由控制单元进行相应保护。

5、优选地，所述副边绕组上还设置有退磁单元，用于速对变压器磁芯中剩余磁场能量进行退磁。

6、优选地，所述原边绕组的绕组控制开关为n型mos管，所述n型mos管的栅极连接至原边驱动选通单元对应引脚，所述n型mos管的源极通过电流采样电阻接地，所述n型mos管的漏极连接至对应绕组的首端。

7、优选地，所述副边绕组的绕组控制开关为p型mos管，所述p型mos管的栅极连接至驱动单元对应引脚，所述p型mos管的源极连接至对应单体电池的负极，所述p型mos管的漏极连接至对应绕组的末端。

8、优选地，所述副边绕组的绕组控制开关为n型mos管。

9、优选地，所述副边绕组对应每节单体电池的正负极两端并联有滤波电容。

10、相应的，本发明还提出一种自适应调节均衡电流的主动均衡方法，采用上述的主动均衡电路，包括以下步骤：

11、将所述均衡电路与待均衡电池组连接；

12、信号采集单元采集待均衡电池组中每节单体电池的电压，计算每两节电池的压差，将压差反馈至控制单元；

13、当压差大于设定的第一阈值时，控制单元通过原边驱动选通单元控制对应的绕组控制开关通断，提高原副边匝数比以降低均衡电流；

14、当压差小于设定的第二阈值时，控制单元通过原边驱动选通单元控制对应的绕组控制开关通断，降低原副边匝数比以提高均衡电流。

15、优选地，所述控制单元还通过信号采集单元接收保护检测单元的过流或短路信号，对均衡电路的电流进行调整或断开均衡电路。

16、优选地，调整匝数比的方法为：

17、选通原边绕组中的一个绕组控制开关，其他绕组控制开关关断；副边绕组的所有绕组控制开关导通；原边绕组的总匝数范围为a～ba匝，副边绕组的总匝数为na匝，原副边绕组的匝数比可调整的范围为1/n～b/n；其中，a为原副边绕组中单个绕组的匝数，b为原边绕组的绕组数量，n为待均衡电池组中单体电池的数量。

18、与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

19、1.本发明提出的主动均衡电路通过在均衡变压器的原边绕组及副边绕组中设置绕组控制开关，可控制对应绕组的通断，进而快速调整原边绕组及副边绕组的匝数，实现不同的原副边绕组匝数比，可以灵活地调整不同压差下的充电电流。当电池间压差较大时，减小充电电流，提高均衡的安全性，防止过流和过多的发热损耗；当电池间压差较小时，增大充电电流，提高均衡效率，缩短均衡时间。在大容量电池组上效果尤其显著，可以满足50ah以上大容量电池组在较短时间内完成电压均衡的需求。

20、2.本发明的变压器次级采用p型或n型mos时，经过同步整流，可有效降低次级均衡绕组的整流功率损耗，使得均衡的能量利用率达到最大。

21、3.本发明提出的主动均衡电路还设置有保护检测单元，在任意一节均衡绕组出现异常过流和短路时，保护检测单元即可立即检测到故障信号并反馈至控制单元，由控制单元对均衡电流进行调整或断开均衡电路，进行相应保护，确保电池安全。

22、4.本发明提出的主动均衡电路还设置有退磁单元，可快速对变压器磁芯中剩余磁场能量进行退磁，确保每个周期开关电路安全。

技术特征：

1.一种自适应调节均衡电流的主动均衡电路，其特征在于，包括：多绕组变压器、原边驱动选通单元、驱动单元、控制单元、信号采集单元及辅助供电单元；所述辅助供电单元为电路供电，所述信号采集单元实时检测单体电池电压、原边绕组电流及单体电池温度并反馈至控制单元，所述控制单元根据检测信号控制驱动单元及原边驱动选通单元输出电平信号至多绕组变压器的绕组控制开关；

2.根据权利要求1所述的一种自适应调节均衡电流的主动均衡电路，其特征在于，所述副边绕组上还设置有保护检测单元，用于检测任意一节均衡绕组出现的异常过流或短路，并反馈至信号采集单元，由控制单元进行相应保护。

3.根据权利要求1或2所述的一种自适应调节均衡电流的主动均衡电路，其特征在于，所述副边绕组上还设置有退磁单元，用于速对变压器磁芯中剩余磁场能量进行退磁。

4.根据权利要求1所述的一种自适应调节均衡电流的主动均衡电路，其特征在于，所述原边绕组的绕组控制开关为n型mos管，所述n型mos管的栅极连接至原边驱动选通单元对应引脚，所述n型mos管的源极通过电流采样电阻接地，所述n型mos管的漏极连接至对应绕组的首端。

5.根据权利要求1或4所述的一种自适应调节均衡电流的主动均衡电路，其特征在于，所述副边绕组的绕组控制开关为p型mos管，所述p型mos管的栅极连接至驱动单元对应引脚，所述p型mos管的源极连接至对应单体电池的负极，所述p型mos管的漏极连接至对应绕组的末端。

6.根据权利要求1所述的一种自适应调节均衡电流的主动均衡电路，其特征在于，所述副边绕组的绕组控制开关为n型mos管。

7.根据权利要求1所述的一种自适应调节均衡电流的主动均衡电路，其特征在于，所述副边绕组对应每节单体电池的正负极两端并联有滤波电容。

8.一种自适应调节均衡电流的主动均衡方法，其特征在于，所述主动均衡方法采用如权利要求1-7所述的主动均衡电路，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种自适应调节均衡电流的主动均衡方法，其特征在于，所述控制单元还通过信号采集单元接收保护检测单元的过流或短路信号，对均衡电路的电流进行调整或断开均衡电路。

10.根据权利要求8所述的一种自适应调节均衡电流的主动均衡方法，其特征在于，调整匝数比的方法为：

技术总结
本发明公开了一种自适应调节均衡电流的主动均衡电路及主动均衡方法，主动均衡电路包括：多绕组变压器、原边驱动选通单元、驱动单元、控制单元、信号采集单元及辅助供电单元；信号采集单元实时检测多绕组变压器绕组的信号并反馈至控制单元，控制单元根据检测信号控制驱动单元及原边驱动选通单元输出电平信号至多绕组变压器的绕组控制开关；多绕组变压器的原边绕组与副边绕组的数量相同且大于均衡电池组中单体电池的数量，所述原边绕组与副边绕组同时包绕在一个公共磁芯上，所述原副边绕组均为若干个绕组串联，间隔相同匝数引出一个中间抽头，每个中间抽头连接一个绕组控制开关。本发明可通过调整变压器匝数比而灵活调整均衡电流。

技术研发人员：黄华清,景苏鹏
受保护的技术使用者：福建省福芯电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17