1.一种基于高频电力电子变压器的主动均衡方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1,蓄电池单体不均衡状态判断,具体包括如下步骤:步骤11,计算蓄电池单体的荷电状态SOC:通过监测蓄电池单体的电流、电压、温度参数,利用扩展卡尔曼滤波法估算每节蓄电池单体的荷电状态SOC以及N节蓄电池单体的荷电状态均值SOC;
步骤12,计算蓄电池单体的健康状态SOH:利用扩展卡尔曼滤波法估算蓄电池单体的健康状态SOH;
步骤13,电池主动均衡电路工作状态分类:电池主动均衡电路工作状态包括正向充电工作状态、反向充电工作状态以及放电工作状态;
步骤14,蓄电池单体不均衡状态判断:计算当前待判定蓄电池单体的荷电状态SOC与N节蓄电池单体荷电状态均值SOC的差值H,并将计算的差值H与设定阈值进行比较,从而确定是否需要对当前待判定蓄电池单体进行充放电状态的主动均衡;
步骤15,蓄电池单体健康状态判断:将步骤12计算的蓄电池单体健康状态SOH与设定健康阈值进行比较,若超过设定健康阈值,则进入反向充电状态对电池进行修复;
步骤2,均衡:包括正向充电均衡、反向充电均衡和放电均衡;
步骤21、正向充电均衡:在正向充电均衡时,根据步骤14计算的差值H,控制N个二次侧整流电路中开关管的移相角,从而将能量不均匀地分配给N个二次侧电路,具体分配方法为:
A、若某节蓄电池单体中计算的差值H为正,则要增大该节蓄电池单体支路中二次侧整流电路移相角以降低其充电功率,且移相角大小与该差值正相关;
B、若某节蓄电池单体中计算的差值H为负,则要减小该节蓄电池单体支路中二次侧整流电路移相角以增大其充电功率,且移相角大小与差值H正相关;从而保证N个蓄电池单体间的均衡,也即使得各节蓄电池单体中计算的差值H均不超过设定阈值;
步骤22、反向充电均衡:在反向充电均衡时,具体均衡方法参照正向充电均衡;然而,反向充电均衡时,回路中的蓄电池健康状态SOH已低于设定健康阈值,通过控制回路的二次侧BUCK‑BOOST电路中开关管,反转充电电压极性,达到负压充电修复电池的目的;
步骤23 、放电均衡:在放电均衡时,通过控制二次侧BUCK‑BOOST电路中开关管的占空比,调节放电功率,保证N节蓄电池单体间的均衡;具体均衡方法为:A、若某节蓄电池单体中计算的差值H为正,则要增大该支路二次侧BUCK‑BOOST电路中开关管的占空比以增大其放电功率,且占空比大小与差值H正相关;
B、若某节蓄电池单体中计算的差值H为负,则要减小该支路二次侧BUCK‑BOOST电路中开关管的占空比以减小其放电功率,且占空比大小与差值H正相关,从而保证N节蓄电池单体间的均衡,也即使得各节蓄电池单体中计算的差值H均不超过设定阈值。
2.根据权利要求1所述的基于高频电力电子变压器的主动均衡方法,其特征在于:具有主动均衡拓扑,主动均衡拓扑包括低压直流母线单元、一次侧逆变全桥、一次侧谐振电路、多绕组高频变压器T、二次侧整流电路、二次侧BUCK‑BOOST电路、二次侧滤波电路和蓄电池储能单元;
蓄电池储能单元包括N个相串联的蓄电池单体,其中,N为不小于2的自然数;
多绕组高频变压器T包括一个或N个一次侧绕组和N个二次侧绕组;在多绕组高频变压器T的一次侧具有一个或N个一次侧电路,在多绕组高频变压器T的二次侧具有N个二次侧电路;
每个一次侧电路均由低压直流母线单元、一次侧逆变全桥、一次侧谐振电路和一次侧绕组依次串联形成;
每个二次侧电路均包括依次相串联的二次侧绕组、二次侧整流电路、二次侧BUCK‑BOOST电路、二次侧滤波电路和一个蓄电池单体。
3.根据权利要求2所述的基于高频电力电子变压器的主动均衡方法,低压直流母线单元输出或馈入的电压和电流分别为48V、3A;二次侧整流电路直流侧的电压和电流分别为
6V、25A;二次侧BUCK‑BOOST电路交流侧的电压和电流分别为2.5V、50A或‑2.5V、50A。
4.根据权利要求2所述的基于高频电力电子变压器的主动均衡方法,其特征在于:每个蓄电池单体均具有三种工作模式,分别为:正向充电、反向充电以及放电;
正向充电的具体工作过程为:低压直流母线单元输出48V、3A的电压和电流,经一次侧逆变全桥逆变为交流,并通过多绕组高频变压器T形成两侧的隔离,一次侧逆变全桥的控制信号超前于对应二次侧电路中二次侧整流电路的控制信号,保证功率能够正向传输;经过二次侧整流电路后变为6V、25A的直流电;6V、25A直流电通过二次侧BUCK‑BOOST电路斩波为
2.5V,50A的直流电并滤波后完成对蓄电池单体的正向充电;
反向充电的具体工作过程为:低压直流母线单元输出48V、3A的电压和电流,经一次侧逆变全桥逆变为交流,并通过多绕组高频变压器T形成两侧的隔离,一次侧逆变全桥的控制信号超前于对应二次侧电路中二次侧整流电路的控制信号,保证功率能够正向传输;经过二次侧整流电路后变为6V、25A的直流电;6V、25A直流电通过二次侧BUCK‑BOOST电路斩波为‑2.5V,50A的直流电并滤波后完成对蓄电池单体的负压反向充电,以达到蓄电池单体修复的目的;
放电的具体工作过程为:蓄电池单体以2.5V,50A的直流电进行放电,经滤波并通过对应的二次侧BUCK‑BOOST电路斩波为6V、25A的直流电,接着由二次侧整流电路将6V、25A直流电转换为交流电送入多绕组高频变压器T,再经次侧逆变全桥同步整流为48V,3A的直流电馈入直流电网,为保证功率能够反向传输,应控制二次侧整流电路的控制信号超前于一次侧逆变全桥的控制信号。
5.根据权利要求2所述的基于高频电力电子变压器的主动均衡方法,其特征在于:一次侧谐振电路包括相互串联的谐振电感Lr和谐振电容Cr。
6.根据权利要求2所述的基于高频电力电子变压器的主动均衡方法,其特征在于:二次侧整流电路包括二次侧可控全桥和并联在二次侧可控全桥直流侧的二次侧稳压电容。
7.根据权利要求2所述的基于高频电力电子变压器的主动均衡方法,其特征在于:二次侧BUCK‑BOOST电路为可控制电压极性全桥。
8.根据权利要求2所述的基于高频电力电子变压器的主动均衡方法,其特征在于:二次侧滤波电路包括滤波电感Lo和滤波电容Co;其中,滤波电感Lo串联在二次侧BUCK‑BOOST电路的交流侧和蓄电池单体之间,滤波电容Co并联在蓄电池单体正负极之间。