均衡电路、均衡控制方法与充电机与流程

本发明涉及汽车零部件，具体而言，涉及一种均衡电路、均衡控制方法与充电机。

背景技术：

1、锂离子电池由于其优异的性能，已成为电动汽车等储能系统的最佳选择。由于制造和使用环境的差异，同一电池组中的不同电池之间存在不一致，随着时间的推移，电池之间的不一致性会增加，导致电池组容量损失，最终导致电池寿命缩短。在电池管理技术中，电池均衡技术用于减小电池之间的不一致性以降低电池衰减率。电池均衡速度作为电池均衡技术的重要指标，是影响锂离子电池寿命的关键因素之一。

2、传统均衡技术通常采用一个单元将能量传递给相邻单元的方式，为提高电池均衡速度，一种用于实现电池单元和电池组之间能量传递的主动均衡技术被提出，但是该技术存在其他问题：随着快充技术的发展，电池组电压会越来越高，单颗电芯的电压与电池组之间电压差值较大，需要具有高电压增益且隔离型均衡拓扑才能满足需求，而通过增大匝比可提高电压增益，具有可控的自由度，但会对变压器设计、器件选型提出更高要求，可靠性不能得到保证。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种均衡电路、均衡控制方法与充电机，能够提高电池均衡速度。

2、第一方面，本发明实施例提供一种均衡电路，该电路包括：

3、三个滤波电容，包括第一滤波电容、第二滤波电容和第三滤波电容；

4、与三个所述滤波电容一一对应设置的三个电池组内开关阵列，包括第一电池组内开关阵列、第二电池组内开关阵列和第三电池组内开关阵列；每个所述电池组内开关阵列包括两端；所述电池组内开关阵列的两端分别与对应的所述滤波电容连接；

5、第一路开关，包括第一端和第二端；所述第一路开关的第一端与所述第一滤波电容的第二端连接；所述第一路开关的第二端与所述第二滤波电容的第一端连接；

6、第二路开关，包括第一端和第二端；所述第二路开关的第一端与所述第一电池组内开关阵列的一端连接；所述第二路开关的第二端与所述第二电池组内开关阵列连接；

7、第三路开关，包括第一端和第二端；所述第三路开关的第一端与所述第一路开关的第一端连接；所述第三路开关的第二端与所述第二路开关的第一端连接；

8、第四路开关，包括第一端和第二端；所述第四路开关的第一端与所述第一路开关的第二端连接；所述第四路开关的第二端与所述第二路开关的第二端连接；

9、第一双向变换器，包括第一端口和第二端口，所述第一双向变换器的第一端口的两端与所述第三滤波电容连接，所述第一双向变换器的第二端口的两端与所述第一滤波电容连接；

10、第二双向变换器，包括第一端口和第二端口，所述第二双向变换器的第一端口的两端与所述第三滤波电容连接，所述第二双向变换器的第二端口的两端与所述第二滤波电容连接。

11、在其中一个实施例中，所述第一双向变换器包括第一变压器、第一功率开关管和第二功率开关管；所述第一变压器包括第一原边绕组和第一副边绕组；

12、所述第一原边绕组的第一端与所述第一副边绕组的第二端互为同名端；所述第一原边绕组的第一端与所述第三滤波电容的第一端连接；所述第一原边绕组的第二端与所述第一功率开关管的漏极连接；所述第一功率开关管的源极与第一负极连接端连接；所述第一副边绕组的第一端与所述第一滤波电容的第一端连接；所述第一副边绕组的第二端与所述第二功率开关管的漏级连接；所述第二功率开关管的源级与所述第一滤波电容的第二端连接；所述第三滤波电容的第二端与所述第一功率开关管的源极连接。

13、在其中一个实施例中，所述第一原边绕组包括励磁电感；所述第二双向变换器复用所述励磁电感和所述第一功率开关管；所述第二双向变换器还包括第一电容、第二变压器、第二电容、第一电感、第三功率开关管和第二滤波电容；

14、所述第二变压器包括第二原边绕组和第二副边绕组；所述第一电容的第一端与所述第一功率开关管的漏极连接；所述第一电容的第二端与所述第二原边绕组的第一端连接；所述第二原边绕组的第二端与所述第一功率开关管的源极连接；所述第二副边绕组的第一端与所述第二电容的第一端连接；所述第二电容的第二端与所述第一电感的第一端连接；所述第二原边绕组的第一端与所述第二副边绕组的第一端互为同名端，所述第一电感的第二端与所述第二副边绕组的第二端连接，所述第三功率开关管的源极与所述第一电感的第一端连接，所述第三功率开关管的漏极与所述第二滤波电容的第一端连接；所述第二滤波电容的第二端与所述第二副边绕组的第二端连接；所述第二滤波电容的第一端与所述第一路开关的第二端连接。

15、在其中一个实施例中，所述第一路开关和所述第二路开关分别对应第一双刀单掷开关的两路开关；和/或，所述第三路开关和所述第四路开关分别对应第二双刀单掷开关的两路开关。

16、本发明实施例所提供的均衡电路，能够实现三个电池组之间的均衡，使得均衡速度得到提升。

17、第二方面，本技术实施例还提供一种均衡控制方法，基于上述均衡电路。所述均衡控制方法包括：

18、判断各个电池组之间的组间压差是否大于第一预设值；

19、响应于判定各个电池组之间的组间压差大于所述第一预设值，控制所述均衡电路工作在组间主动均衡模态，直至所述组间压差小于或等于所述第一预设值；

20、对各个电池组，将组内每个电芯电压与对应电池组内的电芯电压平均值之间的压差的绝对值，分别确定为每个电芯对应的组内压差；

21、对各个电池组，判断每个电芯对应的组内压差是否大于第二预设值；

22、响应于判定每个电芯对应的组内压差大于第二预设值，控制所述均衡电路工作在组内主动均衡模态，直至每个电芯对应的组内压差小于或等于所述第二预设值；

23、判断每个电芯对应的组内压差是否大于第三预设值；

24、响应于判定每个电芯对应的组内压差大于所述第三预设值，控制所述均衡电路工作在组内被动均衡模态，直至每个电芯对应的组内压差的平均值小于或等于所述第三预设值。

25、在其中一个实施例中，所述响应于判定各个电池组之间的组间压差大于所述第一预设值，控制所述均衡电路工作在组间主动均衡模态，直至所述组间压差小于或等于所述第一预设值，包括：

26、响应于判定各个所述电池组的组内压差大于第二预设值，对各个所述电池组的电压值进行排序，得到排序结果；

27、根据排序结果控制所述均衡电路的第一双向变换器和第二双向变换器的工作方向，以及控制所述均衡电路的第一路开关、第二路开关、第三路开关和第四路开关的通断；

28、判断各个电池组之间的组间压差是否小于或等于第一预设值；

29、响应于判定各个所述电池组之间的组间压差小于或等于所述第一预设值，控制所述均衡电路停止工作在组间主动均衡模态。

30、在其中一个实施例中，所述根据排序结果控制所述均衡电路的第一双向变换器和第二双向变换器的工作方向，以及控制所述均衡电路的第一路开关、第二路开关、第三路开关和第四路开关的通断，包括：

31、当第三电池组的电压大于第一电池组的电压，且第一电池组的电压大于第二电池组的电压时，控制所述第一路开关和所述第二路开关断开，控制所述第三路开关和所述第四路开关闭合，将所述第一双向变换器和所述第二双向变换器的工作方向控制为正向；

32、当第三电池组的电压大于第一电池组的电压，且第一电池组的电压等于第二电池组的电压时，控制所述第一路开关和所述第二路开关闭合，控制所述第三路开关和所述第四路开关断开，将所述第一双向变换器和所述第二双向变换器的工作方向控制为正向；

33、当第三电池组的电压小于第二电池组的电压，且第二电池组的电压小于第一电池组的电压时，控制所述第一路开关和所述第二路开关闭合，控制所述第三路开关和所述第四路开关断开，将所述第一双向变换器和所述第二双向变换器的工作方向控制为反向。

34、在其中一个实施例中，所述均衡电路的各个所述电池组内开关阵列包括2m个双n型mosfet；m为电池组内电芯的数量；每个电池组内的每个电芯的正负极分别通过一个双n型mosfet连接至对应所述电池组内开关阵列的两端所接滤波电容；

35、则所述响应于判定每个电芯对应的组内压差大于第二预设值，控制所述均衡电路工作在组内主动均衡模态，直至每个电芯对应的组内压差小于或等于所述第二预设值，包括：

36、响应于判定每个电芯对应的组内压差大于第二预设值，根据各个电池组内的每个电芯电压与电芯电压平均值之间的压差确定待补能电芯和待放能电芯；在组内主动均衡模态下，所述第一路开关和所述第二路开关为断开状态，所述第三路开关和所述第四路开关为闭合状态；

37、根据预设控制策略控制相应电芯的正负极所连接的两个双n型mosfet的通断，以使待放能电芯的正负极与对应的电池组内开关阵列的两端所接滤波电容在一个开关信号的一半周期形成放电回路，以及待补能电芯的正负极与对应的电池组内开关阵列的两端所接滤波电容在所述开关信号的另一半周期形成补电回路；

38、判断每个电芯对应的组内压差是否小于或等于所述第二预设值；

39、响应于判定每个电芯对应的组内压差小于或等于所述第二预设值，控制所述均衡电路停止工作在组内主动均衡模态。

40、在其中一个实施例中，所述均衡电路的各个所述电池组内开关阵列包括2m个双n型mosfet；m为电池组内电芯的数量；每个电池组内的每个电芯的正负极分别通过一个双n型mosfet连接至对应所述电池组内开关阵列的两端所接滤波电容；

41、则所述响应于判定每个电芯对应的组内压差大于所述第三预设值，控制所述均衡电路工作在组内被动均衡模态，直至每个电芯对应的组内压差的平均值小于或等于所述第三预设值，包括：

42、响应于判定每个电芯对应的组内压差大于所述第三预设值，根据每个电芯的电压值分别控制相应电芯的正极所连接的双n型mosfet和相邻电芯的正极所连接的双n型mosfet的驱动电压，以使所述相应电芯的正极、所述相应电芯的正极所连接的双n型mosfet、所述相邻电芯的正极所连接的双n型mosfet和所述相应电芯的负极形成能量吸收回路；

43、判断每个电芯对应的组内压差是否小于或等于所述第三预设值；

44、响应于判定每个电芯对应的组内压差小于或等于所述第三预设值，控制所述均衡电路停止工作在组内被动均衡模态。

45、本发明实施例提供的均衡控制方法，组间均衡能够提高均衡速度，组内主动均衡能够快速缩小电芯之间的压差，组内被动均衡进一步缩短电芯之间的压差，使得电池组内电芯水平高度一致，提高电池寿命。可实现主动、被动混合均衡效果，当主动均衡使得电池组电芯水平快速平衡，由于压差很小主动均衡无法触发后，被动均衡介入，提高电池组电芯soc水平一致性。

46、第三方面，本发明实施例还提供一种充电机，该充电机包括上述任一实施例所述的均衡电路。所述充电机与上述均衡电路相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。