[發明專利]一種基于Buck變換器的電池組均衡控制電路及方法

在審

• 申請號: 202011241067.6
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112271791A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 潘碩;劉力舟;徐賓;劉晉;曹春偉;麥瑞坤;何正友
• 申請（專利權）人: 西南交通大學;中車唐山機車車輛有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02M3/156
• 代理公司: 成都聚蓉眾享知識產權代理有限公司 51291
• 代理人: 張輝

本發明公開了一種基于Buck變換器的電池組均衡控制電路及方法，屬于電池均衡技術領域，目的在于解決電池組內單體電池之間存在不均衡性，導致電池過早退化、利用率低的問題。其包括由N個單體電池串聯組成的電池組和電壓均衡模塊，所述電壓均衡模塊由多繞組變壓器和二極管組成，其包括Buck充電均衡階段工作狀態和變壓器磁通復位階段工作狀態。本發明適用于基于Buck變換器的電池組均衡控制電路及方法。

技術領域

本發明屬于電池均衡技術領域，具體涉及一種基于Buck變換器的電池組均衡控制電路及方法。

背景技術

近年來，由于環保意識增強、自然資源逐漸枯竭和中東地區的不穩定等因素，油價持續上漲，電池儲能成為了研究的熱點之一。電池在大多數應用中需要串聯使用以滿足電動汽車中的電壓要求，達到足夠的輸出電壓和輸出功率。由于電池組中各個單體電池之間存在不一致，但電池串聯形成的電池組經過連續的充放電循環后，各個單體電池的荷電狀態會出現嚴重的不平衡，表現為單體電池之間的電壓發散越來越大，這將會對電池造成永久性的損壞。

單體電池的荷電狀態不平衡危害：1.過電壓導致電池過早退化。一旦電池具有較低的容量，當充電期間它接于越來越高的電壓下時，電池容量將降低得更快，因此其容量變得更小。一旦電池容量降低，由不平衡引起的電池退化的影響會自動加速。2.是過充電電池引起的安全隱患。電池的過度充電和過熱導致活性組分與電解質的反應，并最終導致彼此反應，引發爆炸和火災。3.提前放電終止導致電池能量利用率低。為了防止電池的過放電和造成的損壞，如果任何電池單元達到低電壓閾值，則放電過程結束。

由于存在上述所提到的問題，串聯電池組的均衡化是必要的，以便主要保持電池的能量平衡并延長其壽命。

發明內容

本發明的目的在于：為解決電池組內單體電池之間存在不均衡性，導致電池過早退化、利用率低的問題，提供了一種基于Buck變換器的電池組均衡控制電路及方法。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于Buck變換器的電池組均衡控制電路，包括由N個單體電池串聯組成的電池組B(B₁，B₂，…，B_n)，還包括：

Buck充電器模塊，由電源V_in、開關S、二極管D₀、電容C和電感L_m組成，用于為電壓均衡模塊提供能量；

電壓均衡模塊，由多繞組變壓器{原邊繞組L_m，副邊繞組[L₁，L₂，...，L_n]}和二極管D(D₁，D₂，...，D_n)組成，其中：

多繞組變壓器，用于將Buck充電器提供的能量傳輸到各個副邊繞組中，以實現其電壓均衡；

二極管D(D₁，D₂，...，D_n)，用于避免電池能量回流到多繞組變壓器中。

進一步地，所述基于Buck變換器的電池組均衡控制電路包括Buck充電均衡階段工作狀態和變壓器磁通復位階段工作狀態，在Buck充電均衡階段工作狀態，開關S呈導通狀態，二極管D₀截止，電感L_m通過S與電源V₀串聯，構成Buck充電回路；同時二極管D(D₁，D₂，...，D_n)導通，副邊繞組采用二極管與電池組構成串聯放電回路，在變壓器磁通復位階段工作狀態，開關S呈斷開狀態，二極管D₀導通，電感L_m與電池組構成串聯放電消磁回路

一種基于開關電容的電池組均衡控制方法，包括以下步驟：