基于BUCKBOOST变换和双向LC谐振变换的均衡电路及实现方法.pdf

1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410798873.1(22)申请日 2014.12.19H02J 7/00(2006.01)(71)申请人山东大学地址 250061 山东省济南市历城区山大南路27号(72)发明人张承慧 商云龙 李泽元 崔纳新王通 韩尧 于广(74)专利代理机构济南圣达知识产权代理有限公司 37221代理人张勇(54) 发明名称基于Buck-Boost变换和双向LC谐振变换的均衡电路及实现方法(57) 摘要本发明公开了一种基于Buck-Boost变换和双向LC谐振变换的均衡电路及实现方法，包括微控制器、Buck-Boost变换、双向LC谐振变换、

2、选择开关模块、均衡母线、动力电池组和滤波电容。本发明电路通过控制Buck-Boost变换的输出电压，并借助于双向LC谐振变换，可实现电池组对电池单体(Pack to Cell)或电池单体对电池组(Cell to Pack)的软开关均衡。本发明具有效率高、控制简单、电路体积小、无开关损耗和易于模块化等优点，并且克服了传统Pack to Cell均衡电路难以处理电池组中某节电池单体电压较高而其他节电池单体处于平衡的情况。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书10页 附图7页(10)申请公布号 CN 104410133 A(43)申请公布

3、日 2015.03.11CN 104410133 A1/2页21.基于Buck-Boost变换和双向LC谐振变换的均衡电路，其特征是包括微控制器、均衡母线、Buck-Boost变换电路、双向LC谐振变换电路、选择开关模块、动力电池组，其中，微控制器通过电压检测电路连接电池组的各个单体，电池单体通过选择开关模块连接均衡母线，均衡母线连接双向LC谐振变换的输出端，微控制器通过驱动电路依次连接控制Buck-Boost变换电路和双向LC谐振变换电路，并且通过多路选通开关连接选择开关模块；所述均衡电路有两种均衡模式：电池组对电池单体即Pack to Cell的均衡模式和电池单体对电池组即Cell to

4、Pack的均衡模式；所述电池组对电池单体的均衡模式即微控制器控制选择开关模块将电压最低的电池单体选通至均衡母线，并控制Buck-Boost变换工作在Buck模式，Buck-Boost变换的输出电压高于电池单体最低电压，均衡能量通过双向LC谐振变换，从Buck-Boost变换转移到电压最低的电池单体，实现了能量从电池组流向电压最低的电池单体；所述电池单体对电池组的均衡模式即微控制器控制选择开关模块将电压最高的电池单体选通至均衡母线，并控制Buck-Boost变换工作在Boost模式，Buck-Boost变换的输出电压低于电池单体最高电压，均衡能量通过双向LC谐振变换，从电压最高的电池单体转移到B

5、uck-Boost变换，实现了均衡能量从电压最高的电池单体流向电池组。2.如权利要求1所述的基于Buck-Boost变换和双向LC谐振变换的均衡电路，其特征是，所述微控制器包括脉冲宽度调制PWM信号输出端和通用IO端，其中通用IO端包括两个部分；所述脉冲宽度调制PWM信号输出端通过驱动电路依次连接Buck-Boost变换电路和双向LC谐振变换电路，用于产生MOS管开关的控制驱动信号；所述通用IO端的一部分端口通过电压检测芯片与电池单体连接，用于将各个电池单体电压转换成数字信号，从而确定电压最低和最高的电池单体；所述通用IO端的另一部分端口通过一个多路选通开关与选择开关模块连接，用于译码微控制器

6、确定的最低或最高电压对应的电池编号，控制选择开关模块将电池组中任意位置的电压最低或最高的电池单体选通至均衡母线上进行均衡。3.如权利要求1所述的基于Buck-Boost变换和双向LC谐振变换的均衡电路，其特征是，所述Buck-Boost变换电路由两个MOS管Qb1和Qb2、一个电感和四个电容组成，MOS管Qb1和Qb2以串联的方式连接，并且MOS管Qb1并联电容Cb1、二极管Db1，MOS管Qb2并联电容Cb2、二极管Db2，MOS管Qb1漏极连接电容C1的正极，MOS管Qb1源极连接两条支路，一条支路连接MOS管Qb2的漏极，另一条支路连接电感L1，电感L1另一端连接电容C0的正极，电容C0

7、正极与双向LC谐振变换电路的一端相连，MOS管Qb2的源极连接电容C0的负极，二极管Db1和Db2起续流作用。4.如权利要求3所述的基于Buck-Boost变换和双向LC谐振变换的均衡电路，其特征是，Buck-Boost变换电路有两种工作模式：Buck和Boost模式；所述Buck模式即能量从电池组流向电池单体；所述Boost模式即能量从电池单体流向电池组；所述Buck-Boost变换工作在零电压开关模式。5.如权利要求3所述的基于Buck-Boost变换和双向LC谐振变换的均衡电路，其特征是，所述双向LC谐振变换电路包括四个桥臂八个MOS管、一个电容、一个电感，每个桥臂的权 利 要 求 书C

8、N 104410133 A2/2页3两个MOS管反向串联，其中由Q1、Q2反向串联组成的左上桥臂的左端连接Buck-Boost输出端电容C0的正极，右端连接电感L；由Q3、Q4反向串联组成的左下桥臂的左端连接电容C0的负极，右端连接电容C的负极；另外两个桥臂中，由Q5、Q6反向串联组成的右上桥臂的左端连接电感L，右端连接电容C2的正极；由Q7、Q8反向串联组成的右下桥臂的左端连接电容C的负极，右端连接电容C2的负极。6.如权利要求5所述的基于Buck-Boost变换和双向LC谐振变换的均衡电路，其特征是，所述双向LC谐振变换电路在两个状态互补的PWM信号驱动下，工作在充电和放电两种状态。当PW

9、M信号的频率等于双向LC谐振变换的固有谐振频率时，实现零电流开关均衡。7.如权利要求5或6所述的基于Buck-Boost变换和双向LC谐振变换的均衡电路，其特征是，所述双向LC谐振变换的能量流总是从电压高的一端流向电压低的一端。8.如权利要求5所述的基于Buck-Boost变换和双向LC谐振变换的均衡电路，其特征是，所述电容C1和C2分别并联在Buck-Boost变换电路的输入端和双向LC谐振变换的右端，用于将高频交流电流滤波成直流电，以减小对电池的损害。9.应用上述权利要求1-8任一所述的基于Buck-Boost变换和双向LC谐振变换的均衡电路的实现方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一：获取

10、电池单体电压：微控制器借助模数转换模块，获取动力电池各单体电压，并确定最高单体电压和最低单体电压以及对应的电池单体标号；步骤二：判断电压：微控制器根据获取的电池单体电压，计算电池组的最大电压差，若其差值大于电池均衡阈值，则启动均衡电路；步骤三：确定工作模式：计算单体最高电压与电池组平均电压之差e1和单体最低电压与电池组平均电压之差e2，若e1e2，则控制Buck-Boost变换工作在Boost模式，实现电压最高的电池单体向电池组的能量转移；若e1e2，则控制Buck-Boost变换工作在Boost模式，实现电压最高的电池单体向电池组的能量转移；若e1e2，则控制Buck-Boost变换工作在B

11、oost模式，实现电压最高的电池单体向电池组的能量转移；若e1e2，则控制Buck-Boost变换工作在Buck模式，实现电池组向电压最低电池单体的能量转移。0079 4.选通电池：根据步骤(3)确定的Buck-Boost变换的工作模式，微控制器通过译码电路控制选择开关模块将最低(Buck模式)或最高(Boost模式)单体电压对应的电池单体选通至均衡母线上。0080 5.能量传递：若均衡电路工作在电池组对电池单体的均衡模式，微控制器控制Buck-Boost变换电路工作在Buck模式，实现能量从电池组到Buck-Boost变换的转移，并控制双向LC谐振变换在Buck-Boost变换和电压最低的电池单体之间不断切换，从而实说 明 书CN 104410133 A10