一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路及方法
【专利摘要】本发明公开了基于软开关全桥电路的电池组均衡电路及方法，包括包含多个电池单体的电池组、电压采集电路、开关切换电路、控制器以及至少一个软开关全桥双向DC?DC电路。该方法包括：电压采集电路对电池组中各个电池单体的电压进行采集；根据采集到的各个电池单体的电压，从而判断电池单体是否需要进行均衡；当判断结果为电池单体需要进行均衡时，控制器则控制开关切换电路，使所需进行均衡的电池单体与软开关全桥双向DC?DC电路连接；控制软开关全桥双向DC?DC电路，使能量在电池组与所需进行均衡的电池单体之间流动。本发明的均衡电路能提供10A甚至更高的均衡电流，可满足大功率设备对10A甚至更高的均衡电流的要求。本发明可广泛应用于电池均衡领域中。
【专利说明】一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路及方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及电池组均衡技术，尤其涉及一种基于软开关全桥双向DC-DC电路的电池组均衡电路及方法。
【背景技术】
[0003]在电池的实际使用中，单体电池的电压和容量往往无法满足负载的需求，因此经常需要将多个单体电池经过串、并联成电池组后进行使用。然而，不同单体电池在制作过程中由于生产工艺的局限，往往存在使用初始条件的差异(容量有微小差别)，另外在使用过程中，不同的工作条件(如温度和老化程度的不同)也将导致电池单体间性能上存在差别。在进行多次充放电后，这些差别如果不经过控制，将逐渐扩大，同时形成短板效应，即容量相对低的容量越来越小，电量间的差异也会越来越大，从而造成单体电池的过充或过放，大大影响整个电池组的性能和寿命。因此，需要对电池组中的单体电池进行均衡来有效减小不同单体电池在使用中出现的电量差异。
[0004]目前现有的均衡方式主要分为两种，被动均衡和主动均衡。所述的被动均衡方式是指，通过在电路中串入电阻等功率消耗元件(负载)，将电量高的电池单体的多余能量通过热的形式耗散掉。但是被动均衡方式具有以下四方面明显的缺陷:1、由于多余的能量通过负载以热形式耗散，由此产生的热量将会给散热带来很大的问题，同时电池过热也会反而增加电池的不一致性，形成恶性循环;2、被动均衡的均衡电流较小，因此均衡时间较长，也只能应用在小容量电池上;3、被动均衡的工作原理，是当某节电池电量高于预设值后，SP开启均衡，否则关闭均衡，因此均衡功能只能在充电末端开启，而在充电前端以及放电过程中，无法进行均衡;4、由于被消耗的能量无法被系统利用，造成了能量上的浪费，导致整个系统能量利用率低。而所述的主动均衡方式是指，通过电感、电容等储能元件，将能量在电池间相互转移，从而完成均衡功能，由此可知，主动均衡方式中能量没有以热的形式耗散，因此与被动均衡相比，主动均衡具有均衡电流大、不存在散热问题、能量利用率高等优点。对于所述的主动均衡方式，其还具体分为分布式和集中式。所述分布式主动均衡方式是指，能量在电池单体和电池单体间相互流动。常见的分布式主动均衡方法为，在每两节相邻电池间接入储能元件(电容或电感)，储能元件与开关串联，当检测到电池单体间电压存在差异时，依次闭合所有开关，使得相邻的电池单体间通过储能元件依次进行均衡。但是，分布式主动均衡电路具有以下两方面的缺陷:1、由于均衡要在所有相邻电池单体件进行，因此均衡电流小，均衡速度慢;2、由于能量在不同电池单体间进行了多次传递，因此能量损耗大，能量利用率仍然较为低下。而集中式主动均衡电路则并不存在上述分布式主动均衡电路所具有的缺点，因此，集中式主动均衡电路更广泛地被应用于电池组均衡领域中。然而，所述的集中式主动均衡电路的核心元件通常为DC-DC电路，而无论是反激DC-DC电路还是正激DC-DC电路，它们所能提供的均衡电流均不超过5A，因此，对于大功率设备而言，当需要1A甚至更高的均衡电流时，目前基于反激DC-DC电路或正激DC-DC电路的集中式主动均衡电路均无法满足这一要求。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路。
[0006]本发明的另一目的是提供一种基于软开关全桥电路的电池组均衡方法。
[0007]本发明所采用的技术方案是:一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其包括包含多个电池单体的电池组、电压采集电路、开关切换电路、控制器以及至少一个软开关全桥双向DC-DC电路，所述电压采集电路、开关切换电路以及至少一个软开关全桥双向DC-DC电路均与控制器连接，所述多个电池单体均与电压采集电路连接，所述软开关全桥双向DC-DC电路的一端通过开关切换电路与电池单体连接，所述软开关全桥双向DC-DC电路的另一端与电池组连接。
[0008]进一步，所述软开关全桥双向DC-DC电路包括变压器、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管以及第八场效应管；
所述变压器的源级同相端分别与第一场效应管的源极和第三场效应管的漏极连接，所述变压器的源级异相端分别与第二场效应管的源极和第四场效应管的漏极连接，所述第一场效应管的漏极和第二场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的源极和第四场效应管的源极连接，所述第一场效应管的漏极和第三场效应管的源极通过开关切换电路分别与电池单体的正极和负极连接；
所述变压器的次级同相端分别与第六场效应管的源极和第八场效应管的漏极连接，所述变压器的次级异相端分别与第五场效应管的源极和第七场效应管的漏极连接，所述第五场效应管的漏极和第六场效应管的漏极均与电池组的正极连接，所述第七场效应管的源极和第八场效应管的源极均与电池组的负极连接；
所述第一场效应管的栅极、第二场效应管的栅极、第三场效应管的栅极、第四场效应管的栅极、第五场效应管的栅极、第六场效应管的栅极、第七场效应管的栅极以及第八场效应管的栅极均与控制器连接。
[0009]进一步，所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管以及第八场效应管均为带有稳压二极管的场效应管。
[0010]进一步，所述软开关全桥双向DC-DC电路设有软开关保护电容。
[0011]进一步，所述软开关保护电容包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容以及第八电容，所述第一电容与第一场效应管并联连接，所述第二电容与第二场效应管并联连接，所述第三电容与第三场效应管并联连接，所述第四电容与第四场效应管并联连接，所述第五电容与第五场效应管并联连接，所述第六电容与第六场效应管并联连接，所述第七电容与第七场效应管并联连接，所述第八电容与第八场效应管并联连接。
[0012]进一步，所述软开关全桥双向DC-DC电路还包括源级电流补偿电路和/或次级电流补偿电路； 所述源级电流补偿电路的第一连接端与第一场效应管的漏极连接，所述源级电流补偿电路的第二连接端与第三场效应管的源极连接，所述源级电流补偿电路的第三连接端与变压器的源级异相端连接；
所述次级电流补偿电路的第一连接端与电池组的正极连接，所述次级电流补偿电路的第二连接端与电池组的负极连接，所述次级电流补偿电路的第三连接端与变压器的次级异相端连接。
[0013]进一步，所述源级电流补偿电路包括第九电容、第十电容、第九二极管、第十二极管以及第一电感，所述第九电容的一端和第九二极管的负极均与第一场效应管的漏极连接，所述第十电容的一端和第十二极管的正极均与第三场效应管的源极连接，所述第一电感的一端分别与第九电容的另一端、第十电容的另一端、第九二极管的正极以及第十二极管的负极连接，所述第一电感的另一端与变压器的源级异相端连接。
[0014]进一步，所述次级电流补偿电路包括第十一电容、第十二电容、第十一二极管、第十二二极管以及第二电感，所述第十一二极管的负极和第十一电容的一端均与电池组的正极连接，所述第十二二极管的正极和第十二电容的一端均与电池组的负极连接，所述第二电感的一端分别与第十一电容的另一端、第十二电容的另一端、第十一二极管的正极以及第十二二极管的负极连接，所述第二电感的另一端与变压器的次级异相端连接。
[0015]进一步，所述软开关全桥双向DC-DC电路为模块化设计的软开关全桥双向DC-DC电路。
[0016]本发明所采用的另一技术方案是:一种基于软开关全桥电路的电池组均衡方法，该方法包括:
A、电压采集电路对电池组中各个电池单体的电压进行采集，并将采集到的电压传输至控制器；
B、控制器根据采集到的各个电池单体的电压，从而判断电池单体是否需要进行均衡；
C、当判断结果为电池单体需要进行均衡时，控制器则控制开关切换电路，使所需进行均衡的电池单体与软开关全桥双向DC-DC电路连接；
D、控制器控制软开关全桥双向DC-DC电路，使能量在电池组与所需进行均衡的电池单体之间流动。
[0017]进一步，所述步骤D具体为:
控制器判断所需进行均衡的电池单体的电压是否大于多个电池单体的电压的平均值，若是，则对软开关全桥双向DC-DC电路进行控制，从而使能量从所需进行均衡的电池单体流入变压器的初级线圈，然后使能量从变压器的次级线圈流向电池组，反之，则对软开关全桥双向DC-DC电路进行控制，从而使能量从电池组流入变压器的次级线圈，然后使能量从变压器的初级线圈流向所需进行均衡的电池单体。
[0018]进一步，所述对软开关全桥双向DC-DC电路进行控制，从而使能量从所需进行均衡的电池单体流入变压器的初级线圈，然后使能量从变压器的次级线圈流向电池组这一步骤，其具体步骤包括:
D1、控制第一场效应管和第四场效应管导通，使能量通过第一场效应管和第四场效应管从所需进行均衡的电池单体流入变压器的初级线圈；
D2、当流过第一场效应管的电流衰减到O时，控制第一场效应管截止； D3、当第三场效应管两端的电压衰减到O时，控制第三场效应管导通；
D4、当流过第四场效应管的电流衰减到O时，控制第四场效应管截止；
D5、当第二场效应管两端的电压衰减到O时，控制第二场效应管导通，使能量通过第二场效应管和第三场效应管从所需进行均衡的电池单体流入变压器的初级线圈，同时控制第六场效应管和第八场效应管导通，使能量通过第六场效应管和第八场效应管从变压器的次级线圈流向电池组；
D6、当流过第三场效应管的电流衰减到O时，控制第三场效应管截止；
D7、当第一场效应管两端的电压衰减到O时，控制第一场效应管导通；
D8、当流过第二场效应管的电流衰减到O时，控制第二场效应管截止；
D9、当第四场效应管两端的电压衰减到O时，控制第四场效应管导通，使能量通过第一场效应管和第四场效应管从所需进行均衡的电池单体流入变压器的初级线圈，同时该能量通过第六场效应管和第八场效应管从变压器的次级线圈流向电池组；
DlO、当流过第六场效应管和第八场效应管的电流衰减到O时，控制第六场效应管和第八场效应管截止。
[0019]本发明的有益效果是:本发明的电池组均衡电路采用了电压采集电路、开关切换电路、控制器以及至少一个软开关全桥双向DC-DC电路，并且所述软开关全桥双向DC-DC电路的一端通过开关切换电路与电池单体连接，所述软开关全桥双向DC-DC电路的另一端与电池组连接，这样通过软开关全桥双向DC-DC电路，能量便能在电池单体与电池组之间双向流动，从而达到电池均衡的效果。由此可得，本发明的电路不存在散热问题，而且还具有均衡电流大、均衡速度快、能量利用率高等优点。另外，由于本发明的均衡电路采用了软开关全桥双向DC-DC电路，因此，本发明的均衡电路能提供1A甚至更高的均衡电流，这样则能满足大功率设备对均衡电流的要求。
[0020]本发明的另一有益效果是:通过使用本发明的方法，在均衡时不仅不存在散热问题，而且还具有均衡电流大、均衡速度快、能量利用率高等优点。另外，通过对软开关全桥双向DC-DC电路中的场效应管进行导通和截止的控制，使它们成为软开关，因此，能提供1A甚至更高的均衡电流，从而满足大功率设备对均衡电流的要求。
【附图说明】
[0021 ]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明:
图1是本发明一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路的结构示意图；
图2是本发明一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路中软开关全桥双向DC-DC电路的第一具体实施例结构示意图；
图3是本发明一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路中软开关全桥双向DC-DC电路的第二具体实施例结构示意图；
图4是本发明一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路中软开关全桥双向DC-DC电路的第三具体实施例结构示意图；
图5是本发明一种基于软开关全桥电路的电池组均衡方法的步骤流程图；
图6是对软开关全桥双向DC-DC电路中的场效应管的时序控制一具体实施例示意图。
【具体实施方式】
[0022]如图1所示，基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其包括包含多个电池单体的电池组、电压采集电路、开关切换电路、控制器以及至少一个软开关全桥双向DC-DC电路，所述电压采集电路、开关切换电路以及至少一个软开关全桥双向DC-DC电路均与控制器连接，所述多个电池单体均与电压采集电路连接，所述软开关全桥双向DC-DC电路的一端通过开关切换电路与电池单体连接，所述软开关全桥双向DC-DC电路的另一端与电池组连接。由此可得，本发明的电池组均衡电路采用了软开关全桥双向DC-DC电路来实现电池组和电池单体之间的能量双向流动，因此，本发明的电池组均衡电路能提供1A甚至更高的均衡电流，这样便能满足大功率设备对1A甚至更高的均衡电流的要求。对于软开关全桥双向DC-DC电路的个数，其可以根据实际需要来设置。
[0023]本发明一具体实施例
如图1至图4所示，基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其包括包含多个电池单体的电池组、电压采集电路、开关切换电路、控制器以及至少一个软开关全桥双向DC-DC电路，所述电压采集电路、开关切换电路以及至少一个软开关全桥双向DC-DC电路均与控制器连接，所述多个电池单体均与电压采集电路连接，所述软开关全桥双向DC-DC电路的一端通过开关切换电路与电池单体连接，所述软开关全桥双向DC-DC电路的另一端与电池组连接；所述软开关全桥双向DC-DC电路包括变压器Tl、第一场效应管Ql、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第六场效应管Q6、第七场效应管Q7以及第八场效应管Q8;
所述变压器Tl的源级同相端分别与第一场效应管Ql的源极和第三场效应管Q3的漏极连接，所述变压器Tl的源级异相端分别与第二场效应管Q2的源极和第四场效应管Q4的漏极连接，所述第一场效应管Ql的漏极和第二场效应管Q2的漏极连接，所述第三场效应管Q3的源极和第四场效应管Q4的源极连接，所述第一场效应管Ql的漏极和第三场效应管Q3的源极通过开关切换电路分别与电池单体BI的正极和负极连接；
所述变压器Tl的次级同相端分别与第六场效应管Q6的源极和第八场效应管Q8的漏极连接，所述变压器Tl的次级异相端分别与第五场效应管Q5的源极和第七场效应管Q7的漏极连接，所述第五场效应管Q5的漏极和第六场效应管的漏极Q6均与电池组B2的正极连接，所述第七场效应管Q7的源极和第八场效应管Q8的源极均与电池组B2的负极连接；
所述第一场效应管Ql的栅极、第二场效应管Q2的栅极、第三场效应管Q3的栅极、第四场效应管Q4的栅极、第五场效应管Q5的栅极、第六场效应管Q6的栅极、第七场效应管Q7的栅极以及第八场效应管Q8的栅极均与控制器连接。
[0024]优选地，如图2所示，所述第一场效应管Ql、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第六场效应管Q6、第七场效应管Q7以及第八场效应管Q8均为带有稳压二极管的场效应管。
[0025]进一步作为优选的实施方式，所述软开关全桥双向DC-DC电路设有软开关保护电容。
[0026]优选地，如图3所示，所述软开关保护电容包括第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7以及第八电容C8，所述第一电容Cl与第一场效应管Ql并联连接，所述第二电容C2与第二场效应管Q2并联连接，所述第三电容C3与第三场效应管Q3并联连接，所述第四电容C4与第四场效应管Q4并联连接，所述第五电容C5与第五场效应管Q5并联连接，所述第六电容C6与第六场效应管Q6并联连接，所述第七电容C7与第七场效应管Q7并联连接，所述第八电容CS与第八场效应管Q8并联连接。
[0027]进一步作为优选的实施方式，所述软开关全桥双向DC-DC电路还包括源级电流补偿电路和/或次级电流补偿电路；
如图4所示，所述源级电流补偿电路的第一连接端与第一场效应管Ql的漏极连接，所述源级电流补偿电路的第二连接端与第三场效应管Q3的源极连接，所述源级电流补偿电路的第三连接端与变压器Tl的源级异相端连接；
所述次级电流补偿电路的第一连接端与电池组B2的正极连接，所述次级电流补偿电路的第二连接端与电池组B2的负极连接，所述次级电流补偿电路的第三连接端与变压器TI的次级异相端连接。
[0028]优选地，所述源级电流补偿电路包括第九电容C9、第十电容C10、第九二极管D9、第十二极管DlO以及第一电感LI，所述第九电容C9的一端和第九二极管D9的负极均与第一场效应管Ql的漏极连接，所述第十电容ClO的一端和第十二极管DlO的正极均与第三场效应管Q3的源极连接，所述第一电感LI的一端分别与第九电容C9的另一端、第十电容C1的另一端、第九二极管D9的正极以及第十二极管DlO的负极连接，所述第一电感LI的另一端与变压器Tl的源级异相端连接；
所述次级电流补偿电路包括第i^一电容CU、第十二电容C12、第^^一二极管Dll、第十二二极管D12以及第二电感L2，所述第^^一二极管Dl I的负极和第^^一电容Cl I的一端均与电池组B2的正极连接，所述第十二二极管D12的正极和第十二电容C12的一端均与电池组B2的负极连接，所述第二电感L2的一端分别与第十一电容Cll的另一端、第十二电容C12的另一端、第十一二极管Dll的正极以及第十二二极管D12的负极连接，所述第二电感L2的另一端与变压器Tl的次级异相端连接。
[0029]进一步作为优选的实施方式，所述软开关全桥双向DC-DC电路为模块化设计的软开关全桥双向DC-DC电路。所述软开关全桥双向DC-DC电路采用模块化设计，这样便能便于工作人员对软开关全桥双向DC-DC电路进行更换或个数的增加、减少。
[0030]如图5所示，基于上述的均衡电路，其均衡方法包括:
A、电压采集电路对电池组中各个电池单体的电压进行采集，并将采集到的电压传输至控制器；
B、控制器根据采集到的各个电池单体的电压，从而判断电池单体是否需要进行均衡；
C、当判断结果为电池单体需要进行均衡时，控制器则控制开关切换电路，使所需进行均衡的电池单体与软开关全桥双向DC-DC电路连接；
D、控制器控制软开关全桥双向DC-DC电路，使能量在电池组与所需进行均衡的电池单体之间流动。
[0031]进一步作为优选的实施方式，所述步骤D具体为:
控制器判断所需进行均衡的电池单体的电压是否大于多个电池单体的电压的平均值，若是，则对软开关全桥双向DC-DC电路进行控制，从而使能量从所需进行均衡的电池单体流入变压器的初级线圈，然后使能量从变压器的次级线圈流向电池组，反之，则对软开关全桥双向DC-DC电路进行控制，从而使能量从电池组流入变压器的次级线圈，然后使能量从变压器的初级线圈流向所需进行均衡的电池单体。
[0032]而对于上述对软开关全桥双向DC-DC电路进行控制，从而使能量从所需进行均衡的电池单体流入变压器的初级线圈，然后使能量从变压器的次级线圈流向电池组这一步骤，其具体步骤包括:
5101、控制第一场效应管Ql和第四场效应管Q4导通(即此时，Ql和Q4导通)，使能量通过第一场效应管Ql和第四场效应管Q4从所需进行均衡的电池单体流入变压器T的初级线圈；
5102、当流过第一场效应管Ql的电流衰减到O时，控制第一场效应管Ql截止，即断开，这样则使Ql成为了软开关，而此时只有Q4导通；
5103、当第三场效应管Q3两端的电压衰减到O时，控制第三场效应管Q3导通，这样则使Q3成为了软开关，而此时Q3和Q4均为导通；
5104、当流过第四场效应管Q4的电流衰减到O时，控制第四场效应管Q4截止，这样则使Q4成为了软开关，而此时只有Q3导通；
5105、当第二场效应管Q2两端的电压衰减到O时，控制第二场效应管Q2导通，使得Q2成为了软开关，且能量可以通过第二场效应管Q2和第三场效应管Q3从所需进行均衡的电池单体流入变压器T的初级线圈，同时控制第六场效应管Q6和第八场效应管Q8导通，能量通过第六场效应管Q6和第八场效应管Q8从变压器T的次级线圈流向电池组;此时，Q2、Q3、Q6、Q8导通；
5106、当流过第三场效应管Q3的电流衰减到O时，控制第三场效应管Q3截止，这样则使Q3成为了软开关，而此时只有Q2、Q6、Q8为导通；
5107、当第一场效应管Ql两端的电压衰减到O时，控制第一场效应管Ql导通，这样则使01成为了软开关，而此时则01、02、06、08均为导通；
5108、当流过第二场效应管Q2的电流衰减到O时，控制第二场效应管Q2截止，这样则使Q2成为了软开关，而此时只有Q1、Q6、Q8导通；
5109、当第四场效应管Q4两端的电压衰减到O时，控制第四场效应管Q4导通(此时Ql、Q4、Q6、Q8导通)，使得Q4成为了软开关，且能量可通过第一场效应管Ql和第四场效应管Q4从所需进行均衡的电池单体流入变压器T的初级线圈，同时该能量通过第六场效应管Q6和第八场效应管Q8从变压器T的次级线圈流向电池组；
SI 10、当流过第六场效应管Q6和第八场效应管Q8的电流衰减到O时，控制第六场效应管和第八场效应管截止，这样则使Q6和Q8成为了软开关，而此时则只有Ql和Q4同时导通，即回到初始状态，进入下一个周期，重复上述步骤SlOl-Sl 10。对于上述步骤S105-S109，其主要用于使能量通过Q6、Q8从变压器传入电池组，并且对于原边，使其各个部分复位，准备进入下一个周期;而在副边，则为Q6和Q8在断开时成为软开关做铺垫。另外，对于Q5和Q7，它们在整个过程中并不工作，因此一定是软开关。对于上述的控制步骤，其一具体实施例的时序控制如图6所示。
[0033]由于原边和副边的电路是相对称的，所以根据上述可得，对于对软开关全桥双向DC-DC电路进行控制，从而使能量从电池组流入变压器的次级线圈，然后使能量从变压器的初级线圈流向所需进行均衡的电池单体这一步骤，其也具体包括:
S201、控制第六场效应管Q6和第七场效应管Q7导通(即此时，Q6和Q7导通)，使能量通过第六场效应管Q6和第七场效应管Q7从电池组流入变压器T的次级线圈；
5202、当流过第六场效应管Q6的电流衰减到O时，控制第六场效应管Q6截止，即断开，这样则使Q6成为了软开关，而此时只有Q7导通；
5203、当第八场效应管Q8两端的电压衰减到O时，控制第八场效应管Q8导通，这样则使Q8成为了软开关，而此时Q8和Q7均为导通；
5204、当流过第七场效应管Q7的电流衰减到O时，控制第七场效应管Q7截止，这样则使Q7成为了软开关，而此时只有Q8导通；
5205、当第五场效应管Q5两端的电压衰减到O时，控制第五场效应管Q5导通，使得Q5成为了软开关，且能量可以通过第二场效应管Q5和第三场效应管Q8从电池组流入变压器T的次级线圈，同时控制第一场效应管Ql和第三场效应管Q3导通，能量通过第一场效应管Ql和第三场效应管Q3从变压器T的初级线圈流向所需进行均衡的电池单体;此时，Q5、Q8、Q1、Q3导通；
5206、当流过第八场效应管Q8的电流衰减到O时，控制第八场效应管Q8截止，这样则使Q8成为了软开关，而此时只有Q5、Q1、Q3导通；
5207、当第六场效应管Q6两端的电压衰减到O时，控制第六场效应管Q6导通，这样则使06成为了软开关，而此时则06、05、01、03均为导通；
5208、当流过第五场效应管Q5的电流衰减到O时，控制第五场效应管Q5截止，这样则使Q5成为了软开关，而此时只有Q6、Q1、Q3导通；
5209、当第七场效应管Q7两端的电压衰减到O时，控制第七场效应管Q7导通(此时Q7、
06、01、03导通)，使07成为了软开关，且能量可通过第六场效应管06和第七场效应管07从电池组流入变压器T的次级线圈，同时该能量通过第一场效应管Ql和第三场效应管Q3从变压器T的源级线圈流向所需进行均衡的电池单体；
5210、当流过第一场效应管Ql和第三场效应管Q3的电流衰减到O时，控制第一场效应管Ql和第三场效应管Q3截止，这样则使Ql和Q3成为了软开关，而此时则只有Q6和Q7同时导通，即回到初始状态，进入下一个周期，重复上述步骤S201-S210。对于上述步骤S205-S209，其主要用于使能量通过Q1、Q3从变压器传入所需进行均衡的电池单体，并且对于原边，使其各个部分复位，准备进入下一个周期;而在副边，则为Ql和Q3在断开时成为软开关做铺垫。另夕卜，对于Q2和Q4，它们在整个过程中并不工作，因此一定是软开关。而上述步骤的时序控制图也可如图6所示，仅需要依次将图中的Ql替换成Q6，Q2替换成Q5，Q3替换成Q8，Q4替换成Q7，Q6和Q8替换成Ql和Q3，Q5和Q7替换成Q2和Q4便可。即，对于所述的步骤D，其具体为:控制器根据场效应管两端的电压衰减到O和流过场效应管的电流衰减到O的情况，从而控制相对应的场效应管导通或截止，使能量在电池组与所需进行均衡的电池单体之间流动。
[0034]由上述可得，通过使用上述的方法，软开关全桥双向DC-DC电路中的所有场效应管均成为了软开关，因此，即使电路中的电流很高，开关管在开关切换过程中的冲击功率也趋近于0，不会对开关管造成损害，这样则能提高设计电流，使得整个系统能够满足1A或更高均衡电流的要求。
[0035]以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【主权项】
1.一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其特征在于:其包括包含多个电池单体的电池组、电压采集电路、开关切换电路、控制器以及至少一个软开关全桥双向DC-DC电路，所述电压采集电路、开关切换电路以及至少一个软开关全桥双向DC-DC电路均与控制器连接，所述多个电池单体均与电压采集电路连接，所述软开关全桥双向DC-DC电路的一端通过开关切换电路与电池单体连接，所述软开关全桥双向DC-DC电路的另一端与电池组连接。2.根据权利要求1所述一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其特征在于:所述软开关全桥双向DC-DC电路包括变压器、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管以及第八场效应管； 所述变压器的源级同相端分别与第一场效应管的源极和第三场效应管的漏极连接，所述变压器的源级异相端分别与第二场效应管的源极和第四场效应管的漏极连接，所述第一场效应管的漏极和第二场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的源极和第四场效应管的源极连接，所述第一场效应管的漏极和第三场效应管的源极通过开关切换电路分别与电池单体的正极和负极连接； 所述变压器的次级同相端分别与第六场效应管的源极和第八场效应管的漏极连接，所述变压器的次级异相端分别与第五场效应管的源极和第七场效应管的漏极连接，所述第五场效应管的漏极和第六场效应管的漏极均与电池组的正极连接，所述第七场效应管的源极和第八场效应管的源极均与电池组的负极连接； 所述第一场效应管的栅极、第二场效应管的栅极、第三场效应管的栅极、第四场效应管的栅极、第五场效应管的栅极、第六场效应管的栅极、第七场效应管的栅极以及第八场效应管的栅极均与控制器连接。3.根据权利要求2所述一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其特征在于:所述软开关全桥双向DC-DC电路设有软开关保护电容。4.根据权利要求3所述一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其特征在于:所述软开关保护电容包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容以及第八电容，所述第一电容与第一场效应管并联连接，所述第二电容与第二场效应管并联连接，所述第三电容与第三场效应管并联连接，所述第四电容与第四场效应管并联连接，所述第五电容与第五场效应管并联连接，所述第六电容与第六场效应管并联连接，所述第七电容与第七场效应管并联连接，所述第八电容与第八场效应管并联连接。5.根据权利要求2-4任一项所述一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其特征在于:所述软开关全桥双向DC-DC电路还包括源级电流补偿电路和/或次级电流补偿电路； 所述源级电流补偿电路的第一连接端与第一场效应管的漏极连接，所述源级电流补偿电路的第二连接端与第三场效应管的源极连接，所述源级电流补偿电路的第三连接端与变压器的源级异相端连接； 所述次级电流补偿电路的第一连接端与电池组的正极连接，所述次级电流补偿电路的第二连接端与电池组的负极连接，所述次级电流补偿电路的第三连接端与变压器的次级异相端连接。6.根据权利要求5所述一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其特征在于:所述源级电流补偿电路包括第九电容、第十电容、第九二极管、第十二极管以及第一电感，所述第九电容的一端和第九二极管的负极均与第一场效应管的漏极连接，所述第十电容的一端和第十二极管的正极均与第三场效应管的源极连接，所述第一电感的一端分别与第九电容的另一端、第十电容的另一端、第九二极管的正极以及第十二极管的负极连接，所述第一电感的另一端与变压器的源级异相端连接。7.根据权利要求5所述一种基于软开关全桥电路的电池组均衡电路，其特征在于:所述次级电流补偿电路包括第i^一电容、第十二电容、第i^一二极管、第十二二极管以及第二电感，所述第十一二极管的负极和第十一电容的一端均与电池组的正极连接，所述第十二二极管的正极和第十二电容的一端均与电池组的负极连接，所述第二电感的一端分别与第十一电容的另一端、第十二电容的另一端、第十一二极管的正极以及第十二二极管的负极连接，所述第二电感的另一端与变压器的次级异相端连接。8.一种基于软开关全桥电路的电池组均衡方法，其特征在于:该方法包括: A、电压采集电路对电池组中各个电池单体的电压进行采集，并将采集到的电压传输至控制器； B、控制器根据采集到的各个电池单体的电压，从而判断电池单体是否需要进行均衡； C、当判断结果为电池单体需要进行均衡时，控制器则控制开关切换电路，使所需进行均衡的电池单体与软开关全桥双向DC-DC电路连接； D、控制器控制软开关全桥双向DC-DC电路，使能量在电池组与所需进行均衡的电池单体之间流动。9.根据权利要求8所述一种基于软开关全桥电路的电池组均衡方法，其特征在于:所述步骤D具体为: 控制器判断所需进行均衡的电池单体的电压是否大于多个电池单体的电压的平均值，若是，则对软开关全桥双向DC-DC电路进行控制，从而使能量从所需进行均衡的电池单体流入变压器的初级线圈，然后使能量从变压器的次级线圈流向电池组，反之，则对软开关全桥双向DC-DC电路进行控制，从而使能量从电池组流入变压器的次级线圈，然后使能量从变压器的初级线圈流向所需进行均衡的电池单体。10.根据权利要求9所述一种基于软开关全桥电路的电池组均衡方法，其特征在于:所述对软开关全桥双向DC-DC电路进行控制，从而使能量从所需进行均衡的电池单体流入变压器的初级线圈，然后使能量从变压器的次级线圈流向电池组这一步骤，其具体步骤包括: D1、控制第一场效应管和第四场效应管导通，使能量通过第一场效应管和第四场效应管从所需进行均衡的电池单体流入变压器的初级线圈； D2、当流过第一场效应管的电流衰减到O时，控制第一场效应管截止； D3、当第三场效应管两端的电压衰减到O时，控制第三场效应管导通； D4、当流过第四场效应管的电流衰减到O时，控制第四场效应管截止； D5、当第二场效应管两端的电压衰减到O时，控制第二场效应管导通，使能量通过第二场效应管和第三场效应管从所需进行均衡的电池单体流入变压器的初级线圈，同时控制第六场效应管和第八场效应管导通，使能量通过第六场效应管和第八场效应管从变压器的次级线圈流向电池组； D6、当流过第三场效应管的电流衰减到O时，控制第三场效应管截止； D7、当第一场效应管两端的电压衰减到O时，控制第一场效应管导通； D8、当流过第二场效应管的电流衰减到O时，控制第二场效应管截止； D9、当第四场效应管两端的电压衰减到O时，控制第四场效应管导通，使能量通过第一场效应管和第四场效应管从所需进行均衡的电池单体流入变压器的初级线圈，同时该能量通过第六场效应管和第八场效应管从变压器的次级线圈流向电池组； DlO、当流过第六场效应管和第八场效应管的电流衰减到O时，控制第六场效应管和第八场效应管截止。
【文档编号】H02J7/00GK105896661SQ201610296852
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】钟頔, 吕洲, 高福荣, 姚科
【申请人】广州市香港科大霍英东研究院