[發明專利]一種雙電容倍壓均衡器及其控制方法

在審

• 申請號: 202011408072.1
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112498177A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 劉紅銳;張開翔;尹榮;張彬;古棟華;李海瑞
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B60L58/22
• 分類號: B60L58/22
• 代理公司: 昆明人從眾知識產權代理有限公司 53204
• 代理人: 陳波

1.一種雙電容倍壓均衡器，其特征在于：對于由n個單體電池BTi組成的電池系統，均衡器由n個選通開關構成的開關矩陣、電容C1、電容C2、六個帶反并聯二極管的MOSFET開關、n-1個帶反并聯二極管的充放電開關Tk組成；其中，六個帶反并聯二極管的MOSFET開關兩兩反向串聯，帶反并聯二極管的MOSFET開關Q1-Q2在電容C1和電容C2串聯放電時導通、并聯充電時斷開，帶反并聯二極管的MOSFET開關Q3-Q6在電容C1和電容C2并聯充電時導通、串聯放電時斷開；每個開關矩陣與對應的單體電池、總線1、總線2連接，每個單體電池通過對應的充放電開關連接；i＝1,2,...n；k＝1,2,...n-1。

2.根據權利要求1所述的雙電容倍壓均衡器，其特征在于：所述開關矩陣分為上橋臂開關Si1、下橋臂開關Si2，n個開關矩陣的上橋臂開關Si1的上端引出的n條引線連接至總線1，下橋臂開關Si2的上端引出的n條引線連接至總線2，n個開關矩陣的上橋臂開關Si1的下端引出的n條引線分別與對應單體電池BTi的正極相連，下橋臂開關Si2的下端引出的n條引線分別與對應單體電池BTi的負極相連；帶反并聯二極管的MOSFET開關Q3、帶反并聯二極管的MOSFET開關Q4的源極相連，帶反并聯二極管的MOSFET開關Q3的漏極連接至電容C1的一端、總線1，帶反并聯二極管的MOSFET開關Q4的漏極連接至電容C2的一端；帶反并聯二極管的MOSFET開關Q5、帶反并聯二極管的MOSFET開關Q6的源極相連，帶反并聯二極管的MOSFET開關Q5的漏極連接至電容C1的另一端，帶反并聯二極管的MOSFET開關Q6的漏極連接至電容C2的另一端、總線2；帶反并聯二極管的MOSFET開關Q1、帶反并聯二極管的MOSFET開關Q2的源極相連，帶反并聯二極管的MOSFET開關Q1的漏極連接至帶反并聯二極管的MOSFET開關Q4的漏極與電容C2一端的連線，帶反并聯二極管的MOSFET開關Q2的漏極連接至帶反并聯二極管的MOSFET開關Q5的漏極與電容C1另一端的連線；n-1個放電開關Tk兩端各引出一條引線，分別與單體電池BTk的負極和相鄰下一單體電池BTk+1的正極相連。

3.根據權利要求1所述的雙電容倍壓均衡器，其特征在于：所述電容C1、電容C2為超級電容器。

4.一種控制權利要求1-3中任一項所述的雙電容倍壓均衡器的方法，其特征在于：均衡器在電池組靜置、充電、放電三種狀態下工作：

靜置狀態下為多目標均衡，均衡過程分為兩個階段：第一階段為x個能量高于平均能量的單體電池同時向并聯的電容C1、電容C2放電；第二階段為串聯的電容C1、電容C2同時向y個能量低于平均能量的單體電池放電；

充電、放電狀態下為單目標均衡，均衡過程分為兩個階段：第一階段為能量最高的單體電池向并聯的電容C1、電容C2放電；第二階段為串聯的電容C1、電容C2能量最低的單體電池放電；

其中，x≤n，y＝n-x，x取值為一個或者多個。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于：

靜置均衡：根據串聯電池組中各單體電池能量情況，首先斷開所有充放電開關Tk，通過PWM波控制帶反并聯二極管的MOSFET開關Q3-Q6導通，控制帶反并聯二極管的MOSFET開關Q1-Q2斷開，使兩個電容形成并聯儲能，并使其與x個高能量單體電池的選通開關的通斷情況一致；通過PWM波控制帶反并聯二極管的MOSFET開關Q1-Q2導通，控制帶反并聯二極管的MOSFET開關Q3-Q6斷開，使兩個電容形成串聯倍壓，并使其與y個低能量單體電池的選通開關的通斷情況一致；在一個周期內兩個PWM波互補；

充電、放電均衡：首先導通所有充放電開關Tk，然后根據串聯電池組中各單體電池能量情況，通過PWM波控制帶反并聯二極管的MOSFET開關Q3-Q6導通，控制帶反并聯二極管的MOSFET開關Q1-Q2斷開，使兩個電容形成并聯儲能，并使其與最高能量單體電池的選通開關的通斷情況一致；通過PWM波控制帶反并聯二極管的MOSFET開關Q1-Q2導通，控制帶反并聯二極管的MOSFET開關Q3-Q6斷開，使兩個電容形成串聯倍壓，并使其與最低能量單體電池的選通開關的通斷情況一致；在一個周期內兩個PWM波互補。