[發明專利]基于外部儲能單元與LC準諧振的電池組均衡電路及方法

有效

• 申請號: 201710017754.1
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN106712191B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 康龍云;王書彪;盧楚生;令狐金卿;王則灃;馮元彬
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳宏升

1.基于外部儲能單元與LC準諧振的電池組均衡電路，其特征在于：包括串聯電池組、選通開關、均衡母線、LC串聯準諧振單元、升降壓單元、外部儲能單元、電壓檢測電路和控制器；

其中，所述串聯電池組為n個單體儲能電池Bi串聯而成；選通開關包含2n個雙向可控開關，分為a、b兩組其中a組開關包括雙向可控開關S1a，S2a，…，Sna，b組開關包括雙向可控開關S1b，S2b，…，Snb，雙向可控開關Sia與雙向可控開關Sib一一對應，雙向可控開關Sia的一端連接于單體儲能電池Bi的正極，另一端連接于均衡母線的正極，雙向可控開關Sib一端連接于單體儲能電池Bi的負極，另一端連接于均衡母線的負極，其中i=1,2，…，n；均衡母線依次串接LC串聯準諧振單元、升降壓單元、外部儲能單元；所述控制器分別與選通開關、LC串聯準諧振單元連接，電壓檢測電路分別檢測單體儲能電池Bi、升降壓單元的電壓信號并傳輸至控制器；

所述單體儲能電池Bi的選通開關Sia、Sib與雙向可控開關S1、S2的驅動信號是一對單極性的互補的PWM信號，其占空比均為50%，其開關頻率fs由等效RLC電路的準諧振頻率fr確定，fr由均衡電路的集總參數R、Lr、Cr確定；

所述單體儲能電池Bi包括鋰離子電池、鉛酸電池、超級電容器、鎳氫電池。

2.根據權利要求1所述基于外部儲能單元與LC準諧振的電池組均衡電路，其特征在于：所述LC串聯準諧振單元包括電感Lr、電容Cr，以及雙向可控開關S1、S2；其中電容Cr的一端與電感Lr的一端連接，電感Lr的另一端為均衡母線的正極，電容Cr的另一端為均衡母線的負極；雙向可控開關S1一端連接于均衡母線的正極，另一端連接于升降壓單元，雙向可控開關S2一端連接于均衡母線負極，另一端也連接于升降壓單元。

3.根據權利要求2所述基于外部儲能單元與LC準諧振的電池組均衡電路，其特征在于：所述升降壓單元為buck-boost電路，buck-boost電路包括濾波電容C₀、DC-DC電路，其中濾波電容C₀與DC-DC電路并聯連接，濾波電容C₀的正極與雙向可控開關S1連接，濾波電容C₀的負極與雙向可控開關S2連接；DC-DC電路與外部儲能單元連接。

4.根據權利要求1或2所述基于外部儲能單元與LC準諧振的電池組均衡電路，其特征在于：所述雙向可控開關由兩個串聯的N溝道金屬氧化物場效應管M1與N溝道金屬氧化物場效應管M2反向串聯組成，N溝道金屬氧化物場效應管M1與N溝道金屬氧化物場效應管M2的門極驅動信號相同。

5.如權利要求1所述基于外部儲能單元與LC準諧振的電池組均衡電路的均衡方法，其特征在于，包含以下順序的步驟：

（1）獲取單體儲能電池電壓，計算電池平均電壓Vavr；

（2）判斷均衡方式：在電池組充電狀態下，給電壓最高的電池進行放電，減小其充電電流；在電池組放電狀態下，給電壓最低的電池進行充電，減小其放電電流；在電池擱置狀態下，對低于平均值的電池充電，對高于平均值的電池進行放電；

（3）判斷能量傳遞方向：若對單體電池充電，能量從外部儲能單元依次經過升降壓單元、串聯準諧振單元，傳遞給單體電池；若對單體電池進行放電，能量從單體電池經過LC與buck-boost電路傳遞給外部儲能單元；

（4）選通電池、啟動均衡：選通需要均衡的電池，根據能量傳遞方向，控制相應開關，使LC電路交替工作在充電、放電狀態，實現電池與外部儲能單元的能量交換，直至達到控制器設定的均衡條件，均衡結束。