[发明专利]基于独立变压器的电池平衡系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于独立变压器的电池平衡系统及方法，属于电池平衡技术领域。

背景技术

目前，电池平衡技术主要有以下几种模式：

1、被动平衡模式，如图5所示，其属于最简易的实现方式，仅仅是消耗放电模式，仅适用于满电平衡，不能解决放电容量充分利用的问题。

2、电感传递模式，如图6所示，借助电感使得一个电池的电量传递到相邻的电池中，可以实现电池的双向平衡，但是仅对相邻电池之间的传递比较有效，相距较远的电池很难有效地传递能量，因此不适用于较多数量的电池连接。

3、飞渡电容模式，借助电容传递能量，利用电子或机械开关将一个电容分时连接到不同的电池上，对能量传递起作用的仅仅是电池间的电压差，因此该模式的传递效率偏低。

4、变压器传递模式，如图7所示，借助变压器的双向模式进行能量传递，可以同时进行电压的采集；现有的结构需要一个多绕组的变压器，需要电池数+1的绕组，每个绕组需要2个引出端子，当电池数量增加到一定数量后，该变压器的加工工艺将会非常复杂、困难、耗费成本。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于独立变压器的电池平衡系统及方法，能够简化电路结构，减少能量消耗，节省成本。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种基于独立变压器的电池平衡系统，包括单片机、串联电池组和平衡单元，单电池通过平衡单元与单片机连接；每个单电池分别对应一个平衡单元，平衡单元并联连接在所对应的单电池的正、负两极；还包括电压采集电路和驱动电路，平衡单元通过电压采集电路、驱动电路分别与单片机的电压采集输入接口、驱动信号输出接口连接；平衡单元包括驱动变压器T1、反激功率变压器T2和功率开关器件。

前述的基于独立变压器的电池平衡系统中，驱动变压器T1的输入端分别连接至驱动信号输出接口和电池组负极，驱动变压器T1的输出端分别连接至功率开关器件和单电池负极；反激功率变压器T2的正输入端连接至单电池正极，反激功率变压器T2的负输入端与功率开关器件连接，反激功率变压器T2的正输出端通过二极管分时隔离分别连接至电压采集电路和电池组正极。

前述的基于独立变压器的电池平衡系统中，平衡单元还包括并联连接在反激功率变压器T2的输入端的保护吸收电路。

前述的基于独立变压器的电池平衡系统中，驱动变压器T1的正输入端与驱动电路之间设有驱动整形电路A，驱动变压器T1的正输出端与功率开关器件之间设有驱动整形电路B。驱动变压器T1的正输入端与驱动电路之间、驱动变压器T1的正输出端与功率开关器件之间均可根据需要增加驱动整形电路。

前述的基于独立变压器的电池平衡系统中，功率开关器件采用N沟道场效应晶体管Q1或者双极性三极管。

前述的基于独立变压器的电池平衡系统中，功率开关器件优选采用性价比较高的N沟道场效应晶体管Q1，简写NMOSFET。

前述的基于独立变压器的电池平衡系统中，单片机包括控制器，控制器上设有：

电压排序单元，用于对采集的电池电压进行排序；

电池容量转换单元，用于将电池电压换算成电池容量；

脉冲计算单元，用于计算电池容量对应的平衡所需的脉冲数；

其中，电压排序单元、电池容量转换单元和脉冲计算单元顺次连接，脉冲计算单元与驱动信号输出接口连接。

一种实现前述系统的基于独立变压器的电池平衡方法，包括以下步骤：

S1，单片机控制器依次通过驱动变压器T1驱动每一个单电池的平衡单元，在功率开关器件开通后延迟一定时间进行后端电压的采集并记录；由于此时反激功率变压器T2工作于正激阶段，输出电压近似正比电池电压，从而获取到各个电池的电压，实现电池电压的采集；之后驱动电路关闭场功率开关器件，反激功率变压器T2中存储的能量反激模式输送到电池组母线。

S2，单片机控制器根据采集的电池电压的不同，在时间段内给予每一个电池不同的驱动信号脉冲个数，驱动脉冲数多的单元将向母线转移更多的能量，从而达到电池的平衡。

前述的基于独立变压器的电池平衡方法中，所述步骤S2具体包括：

S21，电压排序单元对采集的电池电压进行排序；

S22，电池容量转换单元将电池电压换算成电池容量；

S23，脉冲计算单元计算电池容量对应的平衡所需的脉冲数；

S24，驱动信号输出接口根据计算得出的平衡所需脉冲数来发送驱动信号。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：