本文以電動(dòng)汽車用鋰離子電池組為研究對(duì)象，提出了主控MOS管和輔控MOS管的概念，從而達(dá)到改進(jìn)反激式開關(guān)電源的電池雙向均衡系統(tǒng)的目的，避免在電池均衡過程中各個(gè)回路電流流向混亂，最后進(jìn)行了仿真分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，表明了所改進(jìn)的電池均衡系統(tǒng)是有效的。

1 均衡系統(tǒng)電路與工作遠(yuǎn)理
均衡電路作為均衡系統(tǒng)的“效應(yīng)器”，是均衡變量的直接調(diào)控者，可以使均衡變量逐步趨于一致，以改善電池組不一致狀況。均衡電路的靈敏性和有效性對(duì)均衡系統(tǒng)的好壞至關(guān)重要。
因此，本文提出了一種新型的均衡系統(tǒng)來改進(jìn)電池雙向均衡系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

均衡電路的核心是單鐵芯、多次級(jí)繞組的雙向反激式DC/DC轉(zhuǎn)換器，它的初級(jí)回路由金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transis -tor，MOSFET，也叫MOS管）與整個(gè)電池組組成，它的每一個(gè)次級(jí)回路中，均包含有一個(gè)單體電池、MOS管與電容，電池組中電池的數(shù)量即為轉(zhuǎn)換器次級(jí)繞組的數(shù)量。常規(guī)雙向均衡系統(tǒng)中，每個(gè)回路均只含有一個(gè)MOS管，本均衡電路中，每個(gè)回路設(shè)置兩個(gè)MOS管，定義回路中控制能量從電池中輸出的MOS管為主控MOS管，定義回路中控制能量輸入電池的MOS管為輔控MOS管，兩者在回路中同時(shí)作用，可以準(zhǔn)確控制電流的流動(dòng)方向。以下圖2所在回路中的兩個(gè)MOS管為例， Q1為主控MOS管，Q2為輔控MOS管。

圖2 簡單的單電池回路
當(dāng)某一回路中兩個(gè)MOS管的開關(guān)管均斷開時(shí)，在兩個(gè)MOS管的二極管的作用下，電流不可流入電池組或電池，也不可流出；當(dāng)兩個(gè)MOS管的開關(guān)管均閉合時(shí)，則該回路中電流可雙向流動(dòng)；當(dāng)初級(jí)回路或某一次級(jí)回路中的主控MOS管的開關(guān)管閉合時(shí)，從電池組或電池的正極流出的電流將可通過主控MOS管的開關(guān)管與輔控MOS管的二極管，實(shí)現(xiàn)電流的單向流動(dòng)；當(dāng)輔控MOS管的開關(guān)管閉合時(shí)，將實(shí)現(xiàn)該回路中電流流入電池組或電池；在未實(shí)施均衡時(shí)，均衡電路中所有的MOS管均處于斷開狀態(tài)，各個(gè)回路中無電流流動(dòng)。

在本均衡系統(tǒng)中，根據(jù)電池組一致性情況，均衡電路將采取兩種均衡方式之一進(jìn)行均衡：“削弱強(qiáng)電池”和“補(bǔ)償弱電池”。
當(dāng)實(shí)施“削弱強(qiáng)電池”的均衡方式時(shí)，狀態(tài)監(jiān)測模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測各個(gè)電池的特征參數(shù)情況，信號(hào)處理模塊判斷出哪個(gè)是強(qiáng)電池，假如電池1是強(qiáng)電池，均衡電路將采取以下工作模式：
（1）閉合次級(jí)回路中主控MOS管Q1，電池1中有能量輸出，經(jīng)轉(zhuǎn)換器的激勵(lì)作用，初級(jí)線圈將儲(chǔ)存一部分能量；
（2）斷開次級(jí)回路中主控MOS管Q1，此時(shí)，初級(jí)繞組的極性為上負(fù)下正，閉合初級(jí)回路中輔控MOS管M2，MOS管M1中的二極管導(dǎo)通，使得儲(chǔ)存的能量能夠釋放給整個(gè)電池組。
（3）斷開初級(jí)回路中輔控MOS管M2，回到步驟（1），直至均衡結(jié)束。
同理，當(dāng)實(shí)施“補(bǔ)償強(qiáng)電池”的均衡方式時(shí)，假如電池1被判定為弱電池，則均衡電路采取的工作模式為：
（1）閉合初級(jí)回路中主控MOS管M1，整個(gè)電池組放電，電池1所在次級(jí)回路的線圈將儲(chǔ)存一部分能量；
（2）斷開初級(jí)回路中主控MOS管M1，閉合次級(jí)回路中輔控MOS管Q2，此時(shí)，儲(chǔ)存的能量能夠釋放給電池1。
（3）斷開次級(jí)回路中輔控MOS管Q2，回到步驟（1），直至均衡結(jié)束。
由于參與能量交互的兩回路中，總是只有一個(gè)MOS管處于閉合狀態(tài)，故而嚴(yán)格地控制了能量的流動(dòng)方向，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了輸出與輸入能量的隔離。其余回路MOS管均一直處于斷開狀態(tài)，故其余回路無法實(shí)現(xiàn)電流流通，最大程度降低了電磁感應(yīng)現(xiàn)象對(duì)其余回路的影響。
均衡電路通過控制MOS管開閉的時(shí)間及次序控制均衡實(shí)施的方式和效果。它的控制信號(hào)源自信號(hào)執(zhí)行模塊提供的PWM調(diào)節(jié)波，圖3展示了當(dāng)電池1被判斷為強(qiáng)電池并采取“削弱強(qiáng)電池”均衡方法時(shí)，MOS管Q1和M2的脈沖信號(hào)情況。0～t1時(shí)間內(nèi)，表現(xiàn)為電池1放電，t1～t2時(shí)間內(nèi)，表現(xiàn)為整個(gè)電池組充電。0～t2時(shí)間即是一個(gè)充放電的循環(huán)周期。