[發明專利]具有多個反激式變換器的串聯電池均衡裝置

在審

• 申請號: 202011370515.2
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112736999A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 吳靖;鄭偉彥;陳佩軍;蘇斌;蔣燕萍;蘇芳;金明;王志明
• 申請（專利權）人: 浙江大有實業有限公司杭州科技發展分公司;國網浙江省電力有限公司杭州供電公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/42;H01M10/44
• 代理公司: 杭州華鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 33217
• 代理人: 項軍

本發明涉及串聯單體電池的電池均衡領域，尤其涉及具有多個反激式變換器的串聯電池均衡裝置，包括n個串聯連接的電池組、4n個繼電器、n個反激式變換器以及1個控制器。單體電池兩端分別通過繼電器連接對應反激式變換器的初級側，反激式變換器的次級側連接下一電池組的正負極，最后一個反激式變換器的次級側則與第一對電池組的正負極連接；控制器將單體電池的SOC值與所有單體電池SOC的平均值比較，通過反激式變換器對該單體電池進行充電或放電，以實現單體SOC均衡。本發明使用反激式變換器控制均衡方向和速度，可以方便地根據采集的單體電池電壓數據，并依此計算其SOC，控制反激式變換器的輸入/輸出電流的方向和大小，進而控制均衡方向和速度。

技術領域

本發明涉及串聯單體電池的電池均衡領域，尤其涉及具有多個反激式變換器的串聯電池均衡裝置。

背景技術

為了滿足儲能配置的要求，可充電電池已在諸如可再生能源存儲系統、電動汽車和電信行業的各個領域中被廣泛采用。由于單體電池的端電壓較低，在大多數應用中，通常需要多個單體串聯電池連接形成電池模塊，以達到所需的電壓水平。

然而，電池模塊中各個單體電池之間的不均衡是普遍現象，如電池之間的端電壓、荷電狀態(SOC)等的差異。這種不平衡是由單體電池之間的內在固有差異和外在工況差異共同引起的。內在固有差異往往受制造工藝限制，只能通過優化制造和篩選工藝盡可能減小。外在工況差異包括溫度差異和外部輔助電路差異。電池模塊中不均勻的溫度分布會影響電池特性并導致性能變化，較高的工作溫度可提高容量和功率，但會加速單體電池的老化。較低的工作溫度會降低性能。外部輔助電路用于檢測、控制和保護電池，但這些電路從每個單體電池消耗的功率不同，加劇了單體電池之間的不均衡。

電池不平衡的最大影響是電池模塊中的能量損失。通常，具有最低和最高端SOC的電池將限制整個電池模塊的性能。高可靠性、高效率的電池管理系統(BMS)對于由可充電電池供電的應用至關重要，而單體電池均衡是BMS最重要的功能之一。單體電池均衡技術有助于在單體電池之間平均分配能量。若沒有單體電池均衡，電池模塊中的一部分容量或能量將被浪費，尤其針對在頻繁充放電條件下工作的長串串聯電池模塊。

為了維持電池模塊內單體電池的均衡，已有眾多均衡電路、裝置及方法被提出。目前來看，這些電路、裝置及方法，通常可以歸為三類，第一類是通過釋放SOC較高的單體電池的能量，使整體參數向SOC較低的單體電池靠攏，第二種方法是將能量從SOC較高的單體電池轉移至SOC較低的單體電池，第三種方法是對充放電過程進行控制，以保證電池之間的均衡。

對于串聯電池模塊而言，所有電池的充、放電電流是相等的，所以第三類均衡方案并不適用于串聯電池模塊。而第一類方案中釋放掉的SOC較高的單體電池的能量通常在電阻等耗能元件上被耗散掉，這使得整個裝置的效率極低。綜合以上論述，第二類是普遍認為較優的解決方案。

但目前已有的屬于第二類解決方案的均衡裝置及方法，往往不能兼顧裝置的成本和均衡速度。例如，為每個單體電池添加一套均衡電路的方案可以實現最快的均衡速度，但相應的裝置成本將會上升，并且使裝置的復雜度上升、可靠性下降。但簡單的共享式的均衡電路往往很難實現快速的均衡，這在對均衡速度要求較高的場景下將不再適用。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種具有多個反激式變換器的串聯電池均衡裝置。

具有多個反激式變換器的串聯電池均衡裝置，包括由n個串聯連接的電池組、4n個繼電器、n個用于充放電的反激式變換器以及1個對繼電器和反激式變換器進行控制的控制器，其中，n為大于等于3的正整數；

所述電池組包括2個串聯連接的單體電池；

所述單體電池兩端分別通過可控開關連接對應反激式變換器的初級側，所述反激式變換器的次級側連接下一電池組的正負極，最后一個反激式變換器的次級側則與第一對電池組的正負極連接；