一種二級均衡充電系統及其應用的製作方法
2023-04-28 12:46:01
一種二級均衡充電系統及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種二級均衡充電系統及其應用。一種二級均衡充電系統，第一級均衡模塊採用多繞組變壓器磁性模型，第二級均衡模塊採用改進的多原邊繞組DC-DC均衡模型；一種所述二級均衡充電系統在混合動力汽車蓄電池組上的應用，將混合動力汽車蓄電池組進行多級分組，然後對電池組進行逐級控制。本發明提供的二級均衡充電系統均衡速度快，電壓一致性好，適用於混合動力汽車車載蓄電池比較大的場合，具有均衡效果較好、充電效率較高、系統擴展性強等優勢，在節能與新能源汽車領域有著很好的應用前景。
【專利說明】一種二級均衡充電系統及其應用
【技術領域】
[0001]本發明屬於節能與新能源汽車領域，涉及到一種二級均衡充電系統及其應用。
【背景技術】
[0002]隨著能源問題的緊張，從長遠來看，混合動力汽車是未來的發展趨勢，並且混合型動力車被認為是目前最具有前景的車型，所以混合動力車型將是未來新能源汽車的主流。由於電池能源較汽油能源來說能量密度低，續航能力較差，所以對電池的循環充電就下顯得特別重要，充電過程中的不均衡現象，會使得有的電池過充。而有的電池處於欠充的狀態，這樣對電池的壽命有很大的影響。
[0003]因此，為了減小串聯電池組的電池不均衡性，必須在電池充放電過程中對電池組進行均衡控制。在各種均衡方案中，均衡控制技術可以分為耗散型均衡擴散和非耗散型均衡兩種:耗散型均衡方法控制簡單，但是會有能量損耗；非耗散型均衡中放電雙向均衡方法的控制電路過於複雜而不易實現。採用基於原邊繞組的均衡方案，這樣的方法均衡效率高，成本也較低，並且可以用於串聯較多電池的電池組，但是在均衡的過程中因為繞組的匝數很難做到一致，所以均衡存在不一致，因此實際運用還存在一定困難。DC變換器的均衡效率高，並且一致性高，唯一存在的問題就是在電池較多時，成本太高，
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服現有技術的缺陷，提供一種二級均衡充電系統及其應用。
[0005]本發明的目的通過以下技術方案實現:
[0006]一種二級均衡充電系統，包括採用多繞組變壓器磁性模型的第一級均衡模塊和採用改進的多原邊繞組DC-DC均衡模型的第二級均衡模塊；所述的多繞組變壓器磁性模型包括多個電池和多個電池均衡模塊。
[0007]所述的電池均衡模塊由一個用於儲能的等效磁性電感、一個二極體、一個作為電池均衡開關的功率MOSFET和一個作為能量轉換設備的中心抽頭繞組組成。
[0008]所述的改進的多原邊繞組DC-DC均衡模型，每個原邊繞組上都設有一個反激式DC-DC轉換器，所有的原邊繞組串聯耦合，每個原邊繞組都設有單獨的充電控制開關。
[0009]上述二級均衡充電系統在混合動力汽車蓄電池組上的應用。
[0010]一種二級均衡充電系統在混合動力汽車蓄電池組上的應用方式，首先將整個串聯的電池組平均分組，然後將每組電池平均分成子組，首先對每個子組進行均衡，均衡結束後，再對每個組進行均衡。
[0011]本發明分析了電池組不均衡的客觀原因以及導致不均衡擴大的原因，研究了常用均衡電路及均衡策略，在此基礎上對DC-DC (直流-直流)變換器均衡器進行了改進，並提出了基於改進後的多原邊繞組的DC-DC均衡器與多繞組變壓器磁性模型組合的二級均衡充電系統，給出了相應的均衡策略。
[0012]本發明對均衡控制策略提出了一些改進思路並進行了有益嘗試:[0013]I)根據電壓差的大小來調整均衡的時間長短，如在電壓差值較大時，大幅度長時間的均衡；在電壓差值較小時，小幅度短時間的均衡。使得在提高均衡速度的同時，均衡精度也能得到保證。在電池SOC較高的區間裡，電壓隨時間的變化基本是線性的，使得針對不同電壓差設計不同均衡時間容易實現。
[0014]2)在採用相鄰單體均衡的拓撲結構中，如果電壓最低的單體和電壓最高的單體隔得比較遠，能量的轉移將需要很長時間，進而使得能量回饋效率降低。在串聯電池組數量比較大時，可採取分組均衡的思路。將整個串聯電池組分成M個小塊，把每塊中電壓最高的單體找出來先進行均衡。上述均衡結束後，再對整個電池組塊間進行均衡。採取這種均衡控制方式能夠提升能量轉換率和均衡效率。
[0015]與現有技術相比，本發明具有以下優點和技術效果:
[0016](I)本發明提供的二級均衡充電系統減少了使用DC/DC均衡器的個數，節約了生產成本。
[0017](2)本發明提供的二級均衡充電系統針對混合動力汽車蓄電池組車載蓄電池比較大的場合，具有均衡效果較好、充電效率較高、系統擴展性強等優勢(可根據需要靈活調整整個電池組及均衡模塊的數量)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為二級均衡充電系統原理框圖。
[0019]圖2為兩個電池均衡模型的等效電路圖。
[0020]圖3為多繞組變壓器磁性模型原理圖。
[0021 ]圖4為改進的多原邊繞組DC-DC均衡電路原理圖。
[0022]圖5為二級均衡充電系統的工作模式圖。
[0023]圖6為傳統DC-DC均衡電路均充電壓。
[0024]圖7為改進的多原邊繞組DC-DC均衡模型的均充電壓。
[0025]圖8為傳統DC-DC均衡電路中單體的溫度。
[0026]圖9為改進的多原邊繞組DC-DC均衡模型中單體的溫度。
[0027]圖10為均衡充電系統框圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖及實施例，對本發明做進一步詳細的描述。
[0029]本發明採用一種多級式的均衡控制策略，提供一個二級均衡充電系統，圖1為二級均衡充電系統原理框圖，為了克服集中式均衡法和分散式均衡法的局限性，本發明針對電池數量較多的電動汽車車載蓄電池組(一般數百個單體電池組成)，提供一種二級均衡充電系統，其中，第一級均衡模塊採用多繞組變壓器磁性模型，第二級均衡模塊採用改進的多原邊繞組DC-DC均衡模型。圖2為兩個電池均衡模型的等效電路圖。
[0030]圖3為多繞組變壓器磁性模型原理圖，多繞組變壓器磁性模型包括多個電池和多個電池均衡模塊，每個電池均衡模塊由一個用於儲能的等效磁性電感(li)、一個二極體(Din),一個作為電池均衡開關的功率MOSFET (Qi)和作為能量轉換設備的中心抽頭繞組(Wi)組成。若電壓傳感器檢測到電池電壓Vbl>Vb2，Vbl、Vb2分別為電池B1和B2的電壓，那麼能量應該由電池B1通過多繞組變壓器轉換到電池B2, Q1由電池管理系統(BMS)、脈衝寬度調製(PWM)驅動導通，佔空比D，周期為Ts ；Q2始終處於關斷狀態。工作原理如下:
[0031](I)模式I (0 < t < ton):電感I1和初級繞組開始儲能,能量由Vbl提供，電感電流iffl(t)線性上升如式(I)。
[0032]im(t) = Im(O)+VitAm 0 < t < ton(I)
[0033]式⑴中I111(O)是電感電流初值。最大電流/?在導通時間的末端產生。電池B1的
充電電流ibl如式⑵。式⑵中Itl為外部充電電流。
[0034]ibl = 10-1m(t)⑵
[0035](2)模式2 (ton < t < Ts):此時Q1截止，初級中的儲能耦合到次級，使得次級的二極體D21導通，產生流向電池民的充電電流i2。在初級中，I1=-1m由式(3)確定，i2由式(4)確定。
[0036]
【權利要求】
1.一種二級均衡充電系統，其特徵在於，包括採用多繞組變壓器磁性模型的第一級均衡模塊和採用改進的多原邊繞組DC-DC均衡模型的第二級均衡模塊；所述的多繞組變壓器磁性模型包括多個電池和多個電池均衡模塊。
2.根據權利要求1所述的二級均衡充電系統，其特徵在於，所述的電池均衡模塊由一個用於儲能的等效磁性電感、一個二極體、一個作為電池均衡開關的功率MOSFET和一個作為能量轉換設備的中心抽頭繞組組成。
3.根據權利要求1所述的二級均衡充電系統，其特徵在於，所述的改進的多原邊繞組DC-DC均衡模型，每個原邊繞組上都設有一個反激式DC-DC轉換器，所有的原邊繞組串聯耦合，每個原邊繞組都設有單獨的充電控制開關。
4.權利要求1所述的一種二級均衡充電系統在混合動力汽車蓄電池組上的應用。
5.根據權利要求4所述的應用，其特徵在於，首先將整個串聯的電池組平均分組，然後將每組電池平均分成子組，首先對每個子組進行均衡，均衡結束後，再對每個組進行均衡。
【文檔編號】H02J7/00GK103647329SQ201310722963
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】吳鐵洲, 柏褘山, 席自強, 李子龍 申請人:湖北工業大學