基于LCL諧振變換的Adjacent-Cell-to-Cell均衡電路制造技術

本實用新型專利技術公開了一種基于LCL諧振變換的Adjacent-Cell-to-Cell均衡電路，均衡電路包括微控制器、若干個LCL諧振變換模塊和電池單體，其中，每兩個相鄰的電池單體共用一個LCL諧振變換模塊，每個LCL諧振變換模塊與電池單體連接微控制器；微控制器根據相鄰的兩個電池單體的高電壓者和低電壓者，將一對狀態互補的PWM信號發送給LCL諧振變換的相應MOS管，使其交替工作在充電和放電狀態，從而實現能量從電壓高的電池單體傳遞給電壓低的電池單體，當PWM的頻率等于LCL的固有諧振頻率時，實現零電流開關均衡。本實用新型專利技術的均衡電路效率高、均衡電流大且控制簡單，并且克服了傳統Cell-to-Cell均衡電路開關損耗大且不能實現零電壓差均衡的難題。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種基于LCL諧振變換的Adjacent-Cell-to-Cell均衡電路。
技術介紹
全球正面臨著前所未有的能源和環境危機，備受世界關注。然而，機遇與挑戰往往并存。以可再生能源與互聯網結合為特征的能源互聯網將催生第三次工業革命。作為第三次工業革命的五大支柱之一，電動汽車以節能、環保而廣受人們的歡迎，已成為未來汽車發展的必然趨勢。鋰離子電池因其能量密度高、自放電率低和沒有記憶效應，作為動力源廣泛應用在電動汽車和混合電動汽車中。在實際應用中，為了獲得較高的電壓等級，電池組多以串聯形式使用。然而，串聯鋰電池組帶來了一個嚴峻問題：由于制作工藝的限制，電池組中電池單體的容量和內阻存在微小差異，在電池組使用一段時間后，這種微小差異會導致電池單體電壓和SOC的不平衡，極大地減小了電池組的可用容量和循環壽命。因此，電池均衡就顯得十分必要。顯而易見，作為電池管理系統的關鍵技術之一，串聯電池組的有效均衡已經成為一個研究熱點。目前，均衡主要分為耗散均衡、非耗散均衡和電池選擇三大類。耗散均衡是通過給電池組中每個單體電池并聯一個電阻進行放電分流，從而實現均衡。這種電路結構簡單，只將電壓高的單體電池的能量消耗，存在能量浪費和熱管理的問題。非耗散均衡電路的耗能比耗散均衡要小，但電路結構相對復雜，可分為能量轉換式均衡和能量轉移式均衡兩種。能量轉換式均衡是通過開關信號，由鋰離子電池組整體向單體電池進行補充，或者由單體電池向電池組通過同軸線圈進行能量轉換。從成本和均衡效率考慮，能量轉換式可應用于中小功率場合，但不適合大電池組。能量轉移式均衡是利用電感或電容等儲能元件，把鋰離子電池組中容量高的單體電池中的能量轉移到容量比較低的電池單體上。該電路通過切換電容開關，由電容傳遞相鄰電池的能量，將電荷從電壓高的電池單體傳送到電壓低的電池單體上，從而達到均衡的目的。這種電路的能量損耗很小，但是達到均衡必須有多次傳輸，所以速度較慢，不適于串聯較多的電池組。電池選擇均衡是指通過實驗選擇性能一致的電池單體構建電池組，一般有兩步篩選過程。第一步，在不同的放電電流下，選擇電池平均容量相近的電池單體；第二步，在第一步篩選的電池單體中，通過脈沖充、放電實驗在不同SOC下選擇具有相近電池電壓變化量的電池單體。由于電池單體的自放電率不盡相同，電池選擇均衡在電池整個生命周期內不足以保持電池組一直均衡。它只能作為其他均衡方法的一種補充均衡方法。傳統均衡方法不適合鋰離子電池的主要原因如下：(1)鋰離子電池的開路電壓在SOC為20％-80％之間時較為平坦，即使SOC相差很大，其對應的電壓差也很小，因此傳統均衡電路的均衡電流很小。(2)由于電力電子器件存在導通壓降，電池單體間很難實現零電壓差均衡。中國專利技術專利申請(申請號201210595724.6)提出了一種電容式電池均衡電路，該電路每相鄰的兩節電池共用一個電容，當電容與電壓較高的電池單體并聯時，電池單體給電容充電；當電容與電壓較低的電池單體并聯時，電容給電池單體充電。經過電容的充、放電，能量從電壓較高的電池單體轉移到電壓較低的電池單體，從而實現電池組電壓均衡。但是該方法開關損耗大、效率低、均衡電流小，且不能實現零電壓差均衡。
技術實現思路
本技術為了解決上述問題，公開了一種基于LCL諧振變換的Adjacent-Cell-to-Cell均衡電路，均衡電路包括微控制器、若干個LCL諧振變換模塊和電池單體，其中，每兩個相鄰的電池單體共用一個LCL諧振變換模塊，每個LCL諧振變換模塊與電池單體連接微控制器；微控制器根據相鄰的兩個電池單體的高電壓者和低電壓者，將一對狀態互補的PWM信號發送給LCL諧振變換的相應MOS管，使其交替工作在充電和放電狀態，從而實現能量從電壓高的電池單體傳遞給電壓低的電池單體，當PWM的頻率等于LCL的固有諧振頻率時，實現零電流開關均衡。本技術的均衡電路效率高、均衡電流大且控制簡單，并且克服了傳統Cell-to-Cell均衡電路開關損耗大且不能實現零電壓差均衡的難題。為了實現上述目的，本技術采用如下技術方案：一種基于LCL諧振變換的Adjacent-Cell-to-Cell均衡電路，包括微控制器、若干個LCL諧振變換模塊和電池單體，其中，每兩個相鄰的電池單體共用一個LCL諧振變換模塊，每個LCL諧振變換模塊與電池單體連接微控制器；所述微控制器包括模數轉換模塊和脈沖寬度調制PWM信號輸出端，其中，所述模數轉換模塊，通過電壓檢測電路與電池單體連接，將電池單體的電壓信號轉換成數字信號，從而獲得電池組中電池單體的電壓；所述脈沖寬度調制PWM信號輸出端通過驅動電路連接LCL諧振變換模塊，用于產生LCL諧振變換模塊中MOS管開關的控制驅動信號。所述LCL諧振變換模塊，包括一個LCL電路和兩個MOS管支路，每個MOS管支路包括兩個反向串聯的MOS管，兩個支路的一端分別連接于LCL電路電容C的正極和負極，另一端同時連接于相鄰兩個電池單體的公共端；串聯LCL電路的一端連接于相鄰兩個電池單體的正極，另一端連接于相鄰兩個電池單體的負極。所述LCL諧振變換模塊在一組狀態互補的PWM信號驅動下，交替工作在充電狀態和放電狀態，當PWM信號的頻率等于LCL諧振變換的固有諧振頻率時，實現零電流開關均衡。所述LCL諧振變換模塊為雙向變換器，通過控制LCL諧振變換模塊的MOS管的開閉，能夠使能量從電壓高的電池單體流向電壓低的電池單體。所述兩個MOS管支路，當狀態互補的PWM信號發送給兩個MOS管支路中上端的MOS管時，能量從電勢低的電池單體傳遞給電勢高的電池單體；當狀態互補的PWM信號發送給兩個MOS管支路中下端的MOS管時，能量從電勢高的電池單體傳遞給電勢低的電池單體。本技術的工作原理為：微控制器借助數模轉換模塊獲取電池組各單體電壓，進而對相鄰的兩節電池單體電壓進行比較，確定需要均衡的相鄰電池單體，并判斷出高電壓者和低電壓者；然后，微控制器發送一對狀態互補的PWM信號控制LCL諧振變換模塊，使其交替工作在充電和放電兩個狀態，從而將能量從相鄰電池單體中的高電壓者轉移到低電壓者。特別地，當微控制器發出的PWM頻率等于LCL諧振變換模塊的固有諧振頻率時，可以實現零電流開關均衡。本技術的有益效果為：(1)實現電池組中相鄰的電池單體之間的零電流開關均衡，具有較高的均衡效率；(2)克服了傳統Cell-to-Cell型均衡電路均衡電流小、效率低的問題，適用于大容量動力電池組的均衡；(3)克服了傳統P本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于LCL諧振變換的Adjacent?Cell?to?Cell均衡電路，其特征是：包括微控制器、若干個LCL諧振變換模塊和電池單體，其中，每兩個相鄰的電池單體共用一個LCL諧振變換模塊，每個LCL諧振變換模塊與電池單體連接微控制器；所述微控制器包括模數轉換模塊和脈沖寬度調制PWM信號輸出端，其中，所述模數轉換模塊，通過電壓檢測電路與電池單體連接，將電池單體的電壓信號轉換成數字信號，從而獲得電池組中電池單體的電壓；所述脈沖寬度調制PWM信號輸出端通過驅動電路連接LCL諧振變換模塊，用于產生LCL諧振變換模塊中MOS管開關的控制驅動信號。

【技術特征摘要】
1.一種基于LCL諧振變換的Adjacent-Cell-to-Cell均衡電路，其特征是：包括微控制器、
若干個LCL諧振變換模塊和電池單體，其中，每兩個相鄰的電池單體共用一個LCL諧振變換模
塊，每個LCL諧振變換模塊與電池單體連接微控制器；
所述微控制器包括模數轉換模塊和脈沖寬度調制PWM信號輸出端，其中，所述模數轉
換模塊，通過電壓檢測電路與電池單體連接，將電池單體的電壓信號轉換成數字信號，從而
獲得電池組中電池單體的電壓；
所述脈沖寬度調制PWM信號輸出端通過驅動電路連接LCL諧振變換模塊，用于產生LCL
諧振變換模塊中MOS管開關的控制驅動信號。
2.如權利要求1所述的一種基于LCL諧振變換的Adjacent-Cell-to-Cell均衡電路，其特征是：
所述LCL諧振變換模塊，包括一個LCL電路和兩個MOS管支路，每個MOS管支路包括兩個反向
串聯的MOS管，兩個支路的一端分別連接于LCL電路的電容C的正極和負極，另一端同時連接
于相鄰兩個電池單體的公共端；串聯LCL電路的一端連接于相鄰兩個電池單體的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張承慧，商云龍，王通，崔納新，李澤元，于廣，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：新型
國別省市：山東;37