新型Buck-Boost变换器及充放电电路与均衡电路的一体化设计电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及多节电池串联的均衡电路技术领域，特别是指一种新型Buck-Boost 变换器W及充放电电路与均衡电路的一体化设计电路。
【背景技术】
[0002] 单体裡电池根据自身的化学特性电压通常在3. 2V，为了可W应用到混合动力汽 车、纯电动汽车、不间断电源、风光储微网系统等场合，得到更高的电池组电压，单体电池通 常串联起来，用于满足负载高压特性。多节单体电池串联成一组后电流相等，可通过电压反 映各节电池运行情况。由于各单体电池在初始容量、内阻、自放电率等方面不同使得电池间 具有不同的充放电特性，并且电池在进行过多次充放电循环后还会扩大该种不一致现象， 进而导致整组电池输出功率减小，电池利用率下降。若不采取有效措施还会造成单体电池 的过充电和过放电，运不仅损坏电池，还可能产生大量热量，引起电池燃烧甚至爆炸，严重 影响系统安全。因此，针对串联动力电池组采取适当均衡方法来补偿电池间性能差异是非 常必要的。
[0003] 对串联电池组进行均衡的电路主要有两种类型：一是能量耗散型，即给电池组中 每节单体电池并联一个分流电阻，将多余能量消耗掉，达到均衡目的；二是能量转移型，即 采用电感、电容作为储能元件，利用常见电源变换电路将多余能量在电池间进行重新分配， 达到电池间能量转移。能量耗散型电路结构简单但是效率低下，无法控制分流电流，存在能 量浪费和热管理等问题，因此其应用受到限制。能量转移型电路结构相对复杂，但是耗能很 小，电压均衡速度快，应用较为广泛。
[0004] 大容量串联蓄电池组的均衡速度通常要求很快，多W双向Buck-boost变换器和 电感组合作为均衡电路，通过比较相邻电池间的电压，将高电压电池的能量转移到低电压 电池，实现串联电池组之间的均压控制。 阳0化]众所周知，双向Buck-Boost变换器除了能作均衡电路，还可作为主电路对蓄电池 组进行充放电控制。目前常见的工作模式是充放电电路对蓄电池进行充放电控制，均衡电 路对串联电池组之间进行电压均衡控制，两套电路分别设计，互不影响，互不干设。如果能 够提出一种新型电路拓扑，同时满足充放电和均衡两种控制要求，可大大简化整个电路结 构，减少开关器件数量，降低损耗和控制难度。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种新型Buck-Boost变换器，W及，集充放电 电路与均衡电路为一体的一体化设计电路，具备蓄电池充放电及均衡电池组电压的双重功 能，克服了现有技术的缺陷。
[0007] 基于上述目的，本发明提供的新型Buck-Boost变换器，适用于n个电池单体串联 的蓄电池组，包括2个充放电主电路电感、n-1个均衡电感、n+2个可控开关；其中，n为大于 等于I的自然数；
[0008] 可控开关为并联有续流二极管的IGBT模块，续流二极管的正极与IGBT模块的发 射极相连，续流二极管的负极与IGBT模块的集电极相连；
[0009] 第一可控开关至第n可控开关依次串联，且第一可控开关的集电极连接直流母线 正极并经第一充放电主电路电感连接第一电池单体的正极，第n可控开关的发射极连接直 流母线负极并经第二充放电主电路电感连接第n电池单体的负极，第一电池单体至第n-1 电池单体的负极分别经第一均衡电感至第n-1均衡电感连接第一可控开关至第n-1可控开 关的发射极；
[0010] 第n+1可控开关串联在直流母线正极上，第n巧可控开关串联在直流母线负极上。
[0011] 在一些实施方式中，在直流母线正极与直流母线负极之间还并联有滤波电容。
[0012] 从上面所述可W看出，本发明提供的新型Buck-Boost变换器，W双向Buck-Boost 变换器和电感组合应用，对串联蓄电池组之间进行均压控制；它通过比较相邻电池单体间 的电压，通过变换器将高电压电池单体的能量转移到低电压电池单体中去，从而达到电压 均衡的效果；双向Buck-Boost变换器与电感组合构成的新型Buck-Boost变换器，除了能作 串联蓄电池组均衡电路外，还可作为主电路对蓄电池组进行充放电控制。本发明提供的新 型Buck-Boost变换器，同时满足充放电和均衡两种要求，可大大简化电路结构，减少了开 关器件数量。
[0013] 另一方面，基于新型Buck-Boost变换器，本发明还提供了一种充放电电路与均衡 电路的一体化设计电路，包括：驱动模块、控制单元、电池端电压采集电路，W及，如上所述 的新型Buck-Boost变换器；
[0014] 所述驱动模块分别连接n巧个可控开关的口极并控制可控开关的导通与关断；
[0015] 所述电池端电压采集电路分别连接n个电池单体并持续采集各电池单体的电压 信号；
[0016] 所述控制单元分别连接驱动模块和电池端电压采集电路，用于向驱动模块发出控 制信号W及接收电池端电压采集电路反馈的各电池单体的电压信号；
[0017] 在充电阶段，所述控制单元向驱动模块发出充电控制信号W使驱动模块驱动第 n+1可控开关和第n+2可控开关的同时导通或关断，并控制第一可控开关至第n可控开关的 始终关断，所述充电控制信号为具有第一占空比的脉冲信号；
[001引在放电阶段，所述控制单元向驱动模块发出放电控制信号W使驱动模块驱动第一 可控开关至第n可控开关的同时导通或关断，并控制第n+1可控开关和第n+2可控开关的 始终关断，所述放电控制信号为具有第二占空比的脉冲信号；
[0019] 充放电停止后，当控制单元根据电池端电压采集电路反馈的各电池单体的电压信 号检测到相邻的电池单体的电压信号的差值超出第一均衡阔值时，所述控制单元向驱动模 块发出均衡控制信号W使驱动模块控制电压较高的电池单体对应的可控开关的导通，直至 相邻的电池单体的电压信号的差值低于第二均衡阔值时，关断该可控开关。
[0020] 在一些实施方式中，第一可控开关至第n可控开关中，相邻的两个可控开关由一 个IGBT模块提供。
[0021] 在一些实施方式中，所述电池端电压采集电路包括：n个同步采样继电器，n个A/D 转换采样继电器，n个保持电容，继电器驱动电路，放大、分压A/D转换电路；
[0022] n个同步采样继电器分别对应于n个电池单体并联，n个保持电容分别对应于n个 同步采样继电器并联，n个A/D转换采样继电器分别对应于n个保持电容并联，且n个A/D 转换采样继电器分别连接放大、分压A/D转换电路；
[0023] 所述继电器驱动电路分别连接n个同步采样继电器和n个A/D转换采样继电器， 且所述控制单元连接并控制继电器驱动电路，同时所述控制单元连接放大、分压A/D转换 电路并接收其采集的电池单体的电压信号；
[0024] 在电压信号采集阶段，控制单元向继电器驱动电路发送电压采样控制信号，继电 器驱动电路控制n个同步采样继电器同时导通，n个电池单体分别对n个保持电容充电；当 n个保持电容趋于稳态时认定为保持状态，此时继电器驱动电路控制n个同步采样继电器 同时断开，其输出保持为断开瞬间的电压，n个保持电容上的电压即是所对应电池单体的电 压测量值；之后继电器驱动电路控制n个A/D转换采样继电器依次闭合，n个保持电容的电 压逐个依次地经放大、分压A/D转换电路的放大、分压和A/D转换后，逐个依次地完成对应 电池单体的电压信号的采集；下一个采样时间重复前述步骤。
[00巧]在一些实施方式中，n个同步采样继电器和n个A/D转换采样继电器均选用 photoMOS继电器D
[0026] 在一些实施方式中，所述均衡控制信号的持续时间满足：
[0027] r:心136()()