[發明專利]高效快速的梯次電池主動均衡電路

在審

• 申請號: 202011630673.7
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112769182A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 王鹿軍;柯錦洋
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/34
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 鄭勤振

公開了一種高效快速的梯次電池主動均衡電路，包括開關陣列、雙向直流變換器和超級電容儲能單元，超級電容儲能單元與變換器輸出端連接，開關陣列包括多個通道選擇開關和四個極性選擇開關，電池組的正負極以及電池組內串聯的電池之間分別連接一個通道選擇開關，奇數個通道選擇開關連接在一起構成第一直流母線，偶數個通道選擇開關連接在一起構成第二直流母線，第一直流母線和第二直流母線分別通過四個極性選擇開關中的兩個與變換器輸入端正極連接，第一直流母線和第二直流母線分別通過四個極性選擇開關中的另外兩個與變換器輸入端負極連接。本發明的梯次電池主動均衡電路能量利用率高，均衡速度快，壽命長。

技術領域

本發明涉及電池組的均衡技術。

背景技術

相比在役的動力鋰電池組而言，梯次電池的不一致性顯得尤為明顯，其“短板效應”大大減少了電池組的可利用容量，并且影響電池組使用壽命與使用安全。對梯次利用電池進行均衡管理，能夠在一定范圍內消除梯次電池的不一致性，延長梯次電池的使用壽命、提高可利用容量、改善使用安全問題。

常見的電池均衡主要分為被動均衡及主動均衡。被動均衡由于其耗能特性，主要應用在電池差異性較小的場合；而主動均衡雖然結構相對復雜，但是均衡效果較好，在梯次電池的均衡中優勢很大。隨著電力電子器件、新材料和控制芯片的不斷發展，也逐步產生了越來越多的主動均衡方法，包括電容電感型均衡，諧振型均衡，繞組變壓器型均衡，DC-DC變換器型均衡等。但是現有的均衡器均衡效率和均衡速度并不能完全滿足梯次電池均衡的要求。

發明內容

本發明提供高效快速的梯次電池主動均衡電路，能量利用率高，均衡速度快，并且使用壽命長。

根據本發明實施例的一方面，提供一種梯次電池主動均衡電路，包括開關陣列、雙向直流變換器和超級電容儲能單元，所述超級電容儲能單元與所述雙向直流變換器輸出端連接，開關陣列包括多個通道選擇開關和四個極性選擇開關，電池組的正負極以及電池組內串聯的電池之間分別連接一個所述通道選擇開關，其中奇數個所述通道選擇開關連接在一起構成第一直流母線，偶數個所述通道選擇開關連接在一起構成第二直流母線，所述第一直流母線和所述第二直流母線分別通過所述四個極性選擇開關中的兩個與所述雙向直流變換器輸入端正極連接，所述第一直流母線和所述第二直流母線分別通過所述四個極性選擇開關中的另外兩個與所述雙向直流變換器輸入端負極連接。

在一些示例中，對單體電池均衡時，被均衡電池的SOC應滿足：

|SOC_N-SOC_AV|SOC_M(其中N＝1，2，3...)

式中，SOC_AV代表SOC平均值；SOC_N為各單體電池SOC值；SOC_M表示均衡閾值。

在一些示例中，進行內部分組均衡時，被均衡的內部電池組SOC應滿足：

|SOC_N-SOC_AV|SOC_M(N＝奇數個串聯電池單元)

式中，SOC_AV表示SOC平均值；SOC_N表示電池組的SOC值；SOC_M表示均衡閾值。

在一些示例中，在進行能量傳遞時，所述雙向直流變換器在同步Boost和同步Buck兩種模式中來回切換。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：(1)通道選擇開關和極性選擇開關組成的開關陣列減小了對MOS管的需求量；(2)采用四個MOS管構成的雙向直流變換器作為能量傳遞主器件，轉換效率更高，使用靈活性更好；(3)由于雙向直流轉換器的高靈活性，均衡能夠采用內部分組均衡以及單體電池均衡的分層均衡策略，進而提高均衡速度；(4)采用超級電容作為儲能單元，有更高的使用壽命，傳遞效率以及能量利用率相對于將額外電池作為儲能單元的均衡器更高。

附圖說明