CN206673637U - 基于双向同步反激变压器的锂电池组均衡电路设计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于双向同步反激变压器的锂电池组均衡电路设计，包括多个单体电池串联组成电池组，多个双向反激变换器的同名端分别连接对应单体电池的正极和负极，多个输入MOSFET开关的栅极连接均衡控制器的输入端；多个输出MOSET开关的栅极连接总控制芯片的输入端，电压检测器输入端口连接单体电池的正负极。本实用新型的有益效果是：使得电池组在充电和放电阶段均能完成电量在高低单体电池之间的双向转移，简化均衡电路硬件结构。

Description

基于双向同步反激变压器的锂电池组均衡电路设计

技术领域

本实用新型涉及一种串联电池组均衡电路，更具体的说，它涉及一种新型锂电池组充放电均衡硬件电路。

背景技术

锂电池组均衡策略目前基本上采用主动均衡方法，均衡电路的硬件设计主要分为能耗型均衡和非能耗型均衡。能耗型均衡主要是并联耗电电阻实现均衡，均衡电路简单易控，但存在耗能、耗时、散热不均等缺点。非能耗型均衡是以电容、电感、感容、变压器为均衡元件，由于均衡元件和具体均衡策略不同，其均衡效果不同。根据均衡能量的流向，目前非能耗均衡器的均衡策略主要有三种：

(1)均衡电量在串联的相邻单体电池之间转移，其均衡速度低，开关损耗大；

(2)均衡电量由电池组中电量最高的单体电池向电量最低的单体电池转移，理论上该均衡策略有较高的均衡速度，但开关控制复杂，均衡效率较低；

(3)电池组充电时对电量最高的单体电池放电，而电池组放电时对电量最低的单体电池充电，该均衡策略能有效提高电池组的充放电容量，但精确控制充放电电量成为关键技术。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服非能耗型均衡电路现有技术的不足，提供一种结构合理的基于双向同步反激变压器的锂电池组均衡电路设计。

为实现上述技术目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种基于双向同步反激变压器的锂电池组均衡电路设计，包括多个单体电池串联组成电池组，多个双向反激变换器的同名端分别连接对应单体电池的正极和负极，多个输入MOSFET开关的栅极连接均衡控制器的输入端；多个输出MOSET开关的栅极连接总控制芯片的输入端，电压检测器输入端口连接单体电池的正负极。

作为优选：所述均衡控制器采用锂电池专用控制芯片LTC6802-1。

作为优选：所述电压检测器采用芯片LTC2942。

作为优选：所述总控制芯片采用STC52单片机。

作为优选：所述单体电池和双向反激变换器均为4个，输入MOSFET开关和输出MOSET开关均为8个。

本实用新型的有益效果是：使得电池组在充电和放电阶段均能完成电量在高低单体电池之间的双向转移，简化均衡电路硬件结构。

附图说明

图1为多双向反激变换器均衡系统。

图2为放电阶段电流方向示意图。

图3为放电阶段电流大小关系曲线。

图4为充电阶段电流方向示意图。

图5为充电阶段电流大小关系曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

如图1至图5所示，本实施例的均衡电路部分的硬件特点为：基于双向同步反激变压器；实现单体电池到电池组，再反馈到单体电池的均衡过程。均衡系统由5部分组成：

(1)4个单体电池标记为B1，B2，B3，B4，串联组成电池组。

(2)4个双向反激变换器标记为T1，T2，T3，T4，用于电池能量的双向传输。4个变压器连接方式相同，以图4所示的单体电池B1为例，变压器同名端A和B分别连接单体电池的正极和负极。

(3)8个输入MOSFET开关标记为G1P/G1S，G2P/G2S，G3P/G3S，G4P/G4S。8个MOSFET开关的栅极连接均衡控制器的输入口P0-P7。均衡控制器选择锂电池专用控制芯片LTC6802-1，用于驱动连接反激变换器的MOSFET开关。

(4)电压检测器选择芯片LTC2942，其输入端口连接单体电池的正负极，用于记录单体电池电压信息，标记为V1，V2，V3，V4。

(5)8个输出MOSET开关标记为S1P/S1S，S2P/S2S，S3P/S3S，S4P/S4S。8个MOSFET开关的栅极连接总控制芯片的输入端口P0-P7。总控制芯片选择STC52单片机，用于读取LTC2942的电压数据，运行均衡算法，控制充放电均衡过程，驱动连接电阻的MOSFET开关。

工作过程说明

电池能量均衡方向为单体电池到电池组再到单体电池，均衡过程描述分为两部分：

(1)放电阶段，电能均衡方向为单体电池到电池组；

(2)充电阶段，电能均衡方向为电池组到单体电池。

假设单体电池B1工作在放电阶段，单体电池B4工作在充电阶段。根据图2和图4的电流电压的定义，具体均衡过程如下：

1、放电阶段

(1)放电工作阶段开始于开关G4P打开，B4放电；

(2)T4上的电流I_PRI4曲线上升到最大值，最大值电流用I_{PEAK_PRI}标识，当电路检测到电流I_{PEAK_PRI}时，停止放电工作阶段，所用时间为T_{D_PRI}；

(3)接着，G4P关闭，同时G4S打开，单体B4存储的电能传递到整个串联电池组，产生T4上的第二个曲线电流I_SEC4；

(4)放电阶段单体电池的二次同步开关G4P和G4S转向最大角度，实现能量传递过程中最大节能和最小损耗的作用，最终达到I_SEC4＝0，所用时间为T_{C_SEC}；

(5)当I_SEC4＝0时，G4S关闭，同时G4P打开，返回步骤1，进入下一个放电均衡和自校正循环过程。

2、充电阶段

(1)充电工作阶段开始于开关G1S打开，B1充电；

(2)T1上的电流I_SEC1曲线上升到最大值，最大值电流用I_{PEAK_SEC}标识，当电路检测到电流I_{PEAK_SEC}时，停止充电工作阶段，所用时间为T_{C_SEC}；

(3)接着，G1S关闭，同时G1P打开，整个串联电池组的电能传递到单体B1上，产生T1上主电流I_PRI1的曲线下降过程；

(4)第一个同步开关转向最大角度，实现能量传递过程中最大节能和最小损耗的作用，最终达到I_PRI1＝0，所用时间为T_{D_PRI}；

(5)当I_PRI1＝0时，G1P关闭，同时G2S打开，返回步骤(1)，进入下一个充电均衡和自校正循环过程。

计算充放电电流大小

根据充放电阶段的步骤描述，建立公式(1)，由充放电实验曲线图3和图5所示，充放电电流大小主要取决于第一个和第二个串联电池内阻值。

本实用新型设置同步反激变压器的使用效率为92％左右，设置均衡电流包括状态反馈控制电流5.5A，输出反馈控制电流0.22A，并且充放电均衡过程可以自由选择切换两个电流值，同时内阻值R_PRI和R_SEC也可以相互切换。

当均衡电流为大电流5.5A时，要求S1P和S1S打开，相反，当均衡电流为小电流0.22A时，要求S1P和S1S关闭。

Claims (5)

1.一种基于双向同步反激变压器的锂电池组均衡电路设计，其特征在于：包括多个单体电池串联组成电池组，多个双向反激变换器的同名端分别连接对应单体电池的正极和负极，多个输入MOSFET开关的栅极连接均衡控制器的输入端；多个输出MOSET开关的栅极连接总控制芯片的输入端，电压检测器输入端口连接单体电池的正负极。

2.根据权利要求1所述的基于双向同步反激变压器的锂电池组均衡电路设计，其特征在于：所述均衡控制器采用锂电池专用控制芯片LTC6802-1。

3.根据权利要求1所述的基于双向同步反激变压器的锂电池组均衡电路设计，其特征在于：所述电压检测器采用芯片LTC2942。

4.根据权利要求1所述的基于双向同步反激变压器的锂电池组均衡电路设计，其特征在于：所述总控制芯片采用STC52单片机。

5.根据权利要求1所述的基于双向同步反激变压器的锂电池组均衡电路设计，其特征在于：所述单体电池和双向反激变换器均为4个，输入MOSFET开关和输出MOSET开关均为8个。