基于反激电路的电池充放电均衡控制

基于反激电路的电池充放电均衡控制是一种高效的能量转移型主动均衡方法，适用于锂离子电池组等串联电池组的管理。以下从原理、拓扑结构、控制策略和设计要点进行详细分析：

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一、基本原理

反激电路（Flyback Converter）是一种隔离型开关电源拓扑，通过变压器实现能量存储和传递。在电池均衡中，其核心思想是：

1. 能量转移：将高能量（高SOC/电压）电池单体的能量通过变压器暂存，再释放到低能量单体或整组电池中。

2. 电气隔离：通过变压器隔离高低压侧，避免单体间直接连接带来的安全隐患。

3. 双向控制：通过调整开关时序，可实现充电均衡（能量从整组到单体）和放电均衡（能量从单体到整组）。

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二、典型拓扑结构

1. 单变压器多绕组结构

• 结构特点：

  • 每个电池单体对应一个变压器副边绕组。

  • 原边连接整组电池或高压总线。

• 工作模式：

  • 充电均衡：原边开关管导通时，整组能量储存在变压器中；关断时，能量通过目标单体副边绕组释放。

  • 放电均衡：副边开关管控制高SOC单体能量回馈到变压器，再传递到整组。

• 优点：结构紧凑，均衡速度快。

• 缺点：多绕组变压器设计复杂，需解决漏感和交叉耦合问题。

2. 开关矩阵+共享反激变压器

• 结构特点：

  • 使用开关矩阵（如MOSFET阵列）动态选通需要均衡的单体。

  • 共享单个反激变压器，降低成本。

• 工作模式：

  • 通过开关矩阵选通目标单体，分时复用变压器进行能量转移。

• 优点：硬件复杂度低，适合多单体系统。

• 缺点：均衡速度受分时控制限制。

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三、控制策略

1. 均衡触发条件

• 电压/SOC阈值法：当单体电压或SOC偏离平均值超过设定阈值时启动均衡。

• 动态优先级：对偏离最大的单体优先均衡，提高效率。

2. 控制模式

• PWM调制：通过调节开关频率或占空比控制均衡电流大小。

• 峰值电流控制：限制变压器原边电流，避免磁芯饱和。

• 时序控制（分时均衡）：在多单体系统中按顺序均衡，避免冲突。

3. 充放电均衡切换

• 充电阶段：抑制过充，将能量从高电压单体转移到整组或低电压单体。

• 放电阶段：抑制过放，将能量从整组或高SOC单体转移到低SOC单体。

优点：

1. 能量转移效率高（典型值70%~90%），远优于被动均衡（电阻耗能）。

2. 支持双向能量流动，适应充放电多种场景。

3. 电气隔离提升系统安全性。

缺点：

1. 多绕组变压器设计复杂，成本较高。

2. 控制算法需兼顾均衡速度和开关损耗。

3. 漏感问题可能导致电压应力，需额外保护电路。

 三个电池的均衡电路

 放电过程的均衡过程

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