基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置和均衡方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池，尤其涉及一种基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置和均衡方法。
【背景技术】
[0002]随着近些年电动车的发展，串联电池组的成组应用技术也不断进步，但其中的电池差异性问题始终不能得到很好的解决，这在很大程度上影响了电池组的使用寿命和安全性。因此电池的均衡管理可以很大程度上保证电池组使用的可靠性和稳定性。
[0003]电池的差异性主要表现在容量和性能的差异，充电过程中，容量小的电池容易出现电压高、温度高、过充等现象；放电过程中，容量小的电池则会出现电压低、温度高、过放等现象，不断反复过充和过放会加速电池性能的恶化。而串联电池组的可用容量是由最差的一个单体电池的容量决定的，因此电池的差异性直接导致了电池组性能的下降，影响使用寿命和安全性。
[0004]造成电池的差异性的主要因素有两个，一是制造过程中造成的个体结构差异引起的，二是在使用过程中个体处于不同环境，不同工作状态所引起的，均衡管理系统主要针对后一种情况来降低电池组的不均衡状况。
[0005]目前常用的均衡方法包括电阻均衡、电容均衡、DC/DC转换器均衡等，其中采用比较多的电阻均衡会将多余能量以电阻发热的方式消耗掉，不但浪费能量而且发热对均衡器不利；DC/DC转换器均衡是通过DC/DC将均衡外电源与被均衡单体电池之间建立一种升压/降压的能量转换通道，通过开关选择，实现单体电池的均衡充放电。发明专利CN101420130A比较具有代表性，将电池包端电压作为变压器的原边，单体电池作为变压器的副边，通过脉冲发生器控制DC/DC变换器，实现原边对副边的充电均衡操作。这种均衡方式可以很好的实现对低电量电池的充电均衡，但是对于高电量单体的均衡效果，以及均衡效率无法保证。发明专利CN201010569571.9提供了一种可以将多个蓄电池元件的充电状态高精度收敛的均衡装置。周期性地检测各蓄电池元件的S0C，确定SOCmin及SOCmax。并且，具有比SOCmax+ α更大的SOC的蓄电池元件被选择性地进行放电。
[0006]目前已知的均衡技术中，电阻放电的方式存在发热而导致能量损耗的缺陷、通过选择开关进行个别单体电池进行充放电的控制方式存在只能同时对一个电池进行均衡操作、均衡速度慢的特点。也有的均衡技术只能对相应的电池进行充电而不能放电或者只能对相应的电池进行放电的特点，操作起来不够灵活。也有的均衡技术是以电池电压为控制目标，均衡的目的是是电池电压看起来一致，实际上，电池电压一致并不能达到电池内部电量的均衡，从而不能很好的保持电池的一致性。
【发明内容】
[0007]本发明的目的，就是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置和均衡方法。
[0008]为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置，包括由多个单体电池串联构成的串联电池组，还包括多个双向直流变换器、电池检测模块、单体电池电量计算模块、通信模块、均衡控制模块和均衡驱动电路；各双向直流变换器分别与各单体电池的正负极相连，串联电池组的信号输出连接电池检测模块，电池检测模块的信号输出连接单体电池电量计算模块，单体电池电量计算模块的信号输出连接通信模块，通信模块的信号输出连接均衡控制模块，均衡控制模块的信号输出连接均衡驱动电路，均衡驱动电路的信号输出连接双向直流变换器。
[0009]所述各双向直流变换器包括由相同绕组构成的支路绕组，每个支路绕组串联一个单体电池，并且每个双向直流变换器连接一个均衡驱动电路和一个均衡控制模块，各均衡控制模块并联通信模块。
[0010]所述双向直流变换器是双向拓扑结构，包括一个以支路绕组为一边的变压器、电感器、电容器、开关管和整流二极管，开关管和整流二极管并联，其一端连接支路绕组，另一端连接电感器，开关管的第三极连接均衡驱动电路。
[0011]所述串联电池组中的单体电池包括锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池或镍镉电池。
[0012]一种基于上述均衡装置的均衡方法是，对于状态比较好的串联电池组，采用电量均衡的策略:对于出现老化情况的电池组，采用电压均衡的策略。
[0013]所述电量均衡的策略是，以电量高的单体电池所对应的支路绕组作为变压器原边，进行放电操作；以其它单体电池所对应的支路绕组作为变压器副边，进行充电操作。
[0014]本发明在控制策略上，以电池电量状态(SOC)控制为主要控制参数，使电池始终保持SOC的一致性；在电路实现上，采用一种单端反激变换器的双向直流到直流变换器能量变换装置，既能实现对相应电池进行充电，也能对其进行放电。从而更灵活地进行充放电均衡控制。从而使本发明的均衡方法和装置具有更好的控制效果，从而更具有先进性。
[0015]本发明可以有效的控制高电量、高电压单体，有效控制充电过程中电池组的不均衡现象；而在静置过程中，可以保证对低电量，低电压单体的均衡调节。由于采用多绕组变压器结构，大大提高了均衡效率，双向直流变换器可以自由选择需要进行操作的电池单体，更有针对性的进行均衡处理。另外反激变换器作为电气隔离小功率应用最广的变换器，拓扑简单、动态相应迅速，所以本发明具有很大的应用价值。
[0016]本发明有效解决了现有技术存在的缺陷，所使用的元器件较少，市场上比较容易获得，且具有结构简单、性能稳定以及价格低廉的特点，具有较高的使用价值；采用的元器件数目和种类均较少，避免因元件特性问题导致系统的性能不稳定。
【附图说明】
[0017]图1是本发明基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置的结构框图:
[0018]图2是本发明一实施例的控制电路图。
【具体实施方式】
[0019]图1是本发明基于双向直流变换器的串联电池组均衡装置的结构框图，它包括由多个单体电池串联构成的串联电池组1、多个双向直流变换器2、电池检测模块3、单体电池电量计算模块4、通信模块5、均衡控制模块6和均衡驱动电路7。各双向直流变换器分别与各单体电池的正负极相连，串联电池组的信号输出连接电池检测模块，电池检测模块的信号输出连接单体电池电量计算模块，单体电池电量计算模块的信号输出连接通信模块，通信模块的信号输出连接均衡控制模块，均衡控制模块的信号输出连接均衡驱动电路，均衡驱动电路的信号输出连接双向直流变换器。
[0020]配合参见图2，本发明中的各双向直流变换器2包括由相同绕组构成的支路绕组21，每个支路绕组串联一个单体电池11，并且每个双向直流变换器连接一个均衡驱动电路7和一个均衡控制模块6，各均衡控制模块并联通信模块5。
[0021]本发明中的双向直流变换器是双向拓扑结构，包括一个以支路绕组21为一边的变压器、电感器22、电容器23、开关管24和整流二极管25，开关管和整流二极管并联，其一端连