[發明專利]一種鋰離子電池系統二重能量均衡器及其控制方法

在審

• 申請號: 201810071119.6
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108155696A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 劉紅銳;杜春峰;李博;陳仕龍
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/42;H01M10/44
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本發明涉及一種鋰離子電池系統二重能量均衡器及其控制方法，本發明對于由N個電池組組成的電池系統，均衡器由N個選通開關矩陣i、N個電感Li、兩個帶反并聯二極管D1和D2的主控開關M1和M2、N?1個放電開關Tk、一個電壓源E、N*m個電池單元Bij以及N*m個電池單元均衡模塊Aij組成。本發明充電狀態和放電狀態下的均衡器拓撲電路最優，能量均衡策略最優，以兩節電池為一個電池單元而引入了二重能量均衡策略，拓撲電路原理簡單，均衡能量轉移效率高、均衡速度快、對均衡電流的控制能力強，在實現每組電池組內各電池單元間能量均衡的同時，也實現了不同單體電池之間的能量均衡。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池系統二重能量均衡器及其控制方法，屬于電力電子技術和蓄電池組能量均衡管理技術領域。

背景技術

隨著環境污染和能源危機的日益嚴重，為了節能環保，世界各個國家提倡和大力發展純電動汽車電動。由于鋰離子電池具有體積小、重量輕、標稱電壓相對較高、循環壽命長、無記憶效應等優點，因此受到電動汽車市場的青睞。鋰離子單體電池的電壓在3.6V左右，在使用中需要將大量的鋰離子電池串聯來滿足電壓的要求。但是電動汽車的價格比較昂貴，它的缺點也是顯而易見的，其中制約電動汽車發展的一個主要問題就是蓄電池的使用壽命短的問題。蓄電池由于制造技術、材質和其它方面的差異從而導致了其在充電或放電的過程中不均衡，有的單體電池在充電的過程中會先充滿，有的則在放電時先放完。因此，電池組的充電容量受組中能量最高的單體電池的容量的限制，而電池組的放電容量受組中能量最低的單體電池的容量的限制，這樣電池組的充、放電容量越來越小，最終導致電池組報廢。所以，必須采取有效的措施來對串聯的鋰離子單體電池進行能量均衡，提高電池組的充放電容量，從而延長電池組的使用壽命。

蓄電池均衡按照不同的分類標準可以分為不同種類的均衡方案，根據均衡所采用的主要儲能和均衡元件，將蓄電池組均衡分為電阻均衡法、電容均衡法、電感均衡法和變壓器均衡法。電阻均衡法，電阻均衡法沒有開關管的控制，在每節蓄電池上并聯一個固定的分流電阻，電阻值一般為電池內阻的數十倍，在電池充電過程中便可自動的實現均衡，在均衡中能量損耗嚴重；電容均衡法，電容均衡法是以電容為主要的均衡元件進行的均衡方案，電容均衡有單個電容均衡、多個電容均衡和多個電容多層均衡等均衡方案，電容均衡方案能量轉移困難；電感均衡，以電感作為能量轉移的媒介，提高了均衡效率；變壓器均衡，通過變壓器實現能量的均衡，變壓器可以實現電氣隔離，但均衡器體積龐大。

作為大規模鋰離子蓄電池儲能系統或電動汽車車載鋰離子動力電池系統，目前多采用分組均衡的方式。但是，目前的均衡器普遍存在能量轉移效率低、均衡速度慢、對均衡能量的控制能力差的問題。

發明內容

針對大規模鋰離子電池儲能系統和電動汽車車載鋰離子動力電池系統中大量串聯鋰離子單體電池間能量不一致問題，本發明提供了一種鋰離子電池系統二重能量均衡器及其控制方法。

本發明的技術方案是：一種鋰離子電池系統二重能量均衡器，對于由N個電池組組成的電池系統，均衡器由N個選通開關矩陣i、N個電感Li、兩個帶反并聯二極管D1和D2的主控開關M1和M2、N-1個放電開關Tk、一個電壓源E、N*m個電池單元Bij以及N*m個電池單元均衡模塊Aij組成；其中選通開關矩陣i由上橋臂雙層功率開關矩陣H、下橋臂雙層功率開關矩陣S構成，每個電池單元均衡模塊Aij由兩個功率開關和一個電感構成，N*m個電池單元Bij組成的N個電池組i，上橋臂功率開關矩陣H和下橋臂功率開關矩陣S均為由m對反向串聯的功率開關組成的雙層功率開關矩陣；