[發明專利]串聯蓄電池組二重模塊化并行反激式能量均衡器及其控制方法

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• 申請號: 202110539053.0
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113300430A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 劉紅銳;李海瑞;張開翔;張彬;古棟華
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/44;H02M3/335
• 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

1.一種串聯蓄電池組二重模塊化并行反激式能量均衡器，其特征在于：包括i個均衡模塊，i個均衡模塊通過5i個帶反并聯二極管的mosfet開關、i個反激式變壓器Tn、i個串聯連接的電池單元BUn構成，i個均衡模塊用于形成電感均衡模塊和反激式變壓器均衡模塊，n＝1,2,...,i。

2.根據權利要求1所述的串聯蓄電池組二重模塊化并行反激式能量均衡器，其特征在于：所述i個均衡模塊，每個結構相同，每兩個單體電池構成的電池單元、5個帶反并聯二極管的mosfet開關和一個反激式變壓器構成一個均衡模塊；

對于第n個均衡模塊：通過反激式變壓器Tn的原邊繞組、mosfet開關nM1、mosfet開關nM2、mosfet開關nM4形成第n個電感均衡模塊，通過反激式變壓器Tn、mosfet開關nM1、mosfet開關nM3、mosfet開關nM5形成第n個反激式變壓器均衡模塊。

3.根據權利要求2所述的串聯蓄電池組二重模塊化并行反激式能量均衡器，其特征在于：每個均衡模塊具體連接為：反激式變壓器原邊繞組的兩側都各有兩條支路，原邊繞組同名端的一條支路通過mosfet開關nM1與均衡模塊中第一個單體電池的正極相連，同名端的另一條支路通過mosfet開關nM4與均衡模塊中第二個單體電池的負極相連，非同名端的一條支路通過mosfet開關nM2與均衡模塊中第一個單體電池負極與第二個單體電池正極的連線相連，非同名端的另一條支路通過mosfet開關nM3與均衡模塊中第二個單體電池的負極相連；反激式變壓器的副邊繞組的同名端直接與整個電池組的負極母線B相連，非同名端則通過mosfet開關nM5與整個電池組的正極母線A相連。

4.根據權利要求2所述的串聯蓄電池組二重模塊化并行反激式能量均衡器，其特征在于：所述mosfet開關nM1、mosfet開關nM2、mosfet開關nM5為P溝道增強型mosfet，mosfet開關nM3、mosfet開關nM4為N溝道增強型mosfet。

5.一種控制權利要求1-4中任一項所述的串聯蓄電池組二重模塊化并行反激式能量均衡器的方法，其特征在于：所述第一重均衡利用電感均衡模塊實現；第二重均衡利用反激式變壓器均衡模塊實現。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于：在均衡時，均衡器能實現電池組的二重能量均衡：

首先進行第一重均衡，第一重均衡是在電池組靜置狀態時進行的；第一重均衡通過電感均衡模塊使每個電池單元內部兩個單體電池間能量一致；

在完成第一重均衡的前提下進行第二重均衡，第二重均衡利用反激式變壓器均衡模塊通過充電均衡、放電均衡和靜置均衡三種均衡實現：

當電池組處于充電狀態時，多個能量高的電池單元利用各自反激式變壓器均衡模塊同時向整個電池組釋放能量；

當電池組處于放電狀態時，多個能量低的電池單元利用各自反激式變壓器均衡模塊同時從整個電池組吸收能量；

當電池組處于靜置狀態時，通過比較各個電池單元的電壓與整個電池組的平均電壓之間的差異程度，選擇能量最高的電池單元均衡放電，此時能量最高的電池單元利用其反激式變壓器均衡模塊向整個電池組釋放能量；或者選擇能量最低的電池單元均衡充電，此時能量最低的電池單元利用其反激式變壓器均衡模塊從整個電池組吸收能量。

7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于：所述方法具體為：

首先進行第一重均衡，第一重均衡是在電池組靜置狀態時通過各個電感均衡模塊進行的，進行第一重能量均衡時，使開關nM2一直處于導通狀態，然后對開關nM1或nM4進行PWM控制：當對開關nM1進行PWM控制時，能量由單體電池B(n-1)轉移到單體電池Bn；當對開關nM4進行PWM控制時，能量由單體電池Bn轉移到單體電池B(n-1)；

完成第一重能量均衡后進行第二重能量均衡，第二重能量均衡利用反激式變壓器均衡模塊通過充電均衡、放電均衡和靜置均衡進行：

充電均衡：當電池組處于充電狀態時，使開關nM3一直處于導通狀態，從而選通能量高的電池單元，然后對開關nM1進行PWM控制：當開關nM1導通時，將能量由各電池單元BUn釋放到相應的反激變壓器Tn的原邊繞組并儲能，當開關nM1關斷時，副邊繞組感應出的能量通過開關nM5的反并聯二極管流回電池組；

放電均衡：當電池組處于放電狀態時，使開關nM3一直處于導通狀態，從而選通能量低的電池單元，然后對開關nM5進行PWM控制：當開關nM5導通時，電池組中的能量被釋放到反激變壓器Tn的副邊繞組，當開關nM5關斷時，原邊繞組感應出的能量通過開關nM1的反并聯二極管流回電池單元；

靜置均衡：當電池組處于靜置狀態時，通過比較各個電池單元的電壓與整個電池組的平均電壓之間的差異程度，若選擇最高能量的電池單元均衡放電，則使開關nM3一直處于導通狀態，然后對開關nM1進行PWM控制：當開關nM1導通時，將能量由各電池單元BUn釋放到相應的反激變壓器Tn的原邊繞組并儲能，當開關nM1關斷時，副邊繞組感應出的能量通過開關nM5的反并聯二極管流回電池組；若選擇最低能量的電池單元均衡充電，則使開關nM3一直處于導通狀態，然后對開關nM5進行PWM控制：當開關nM5導通時，電池組中的能量被釋放到反激變壓器Tn的副邊繞組，當開關nM5關斷時，原邊繞組感應出的能量通過開關nM1的反并聯二極管流回電池單元。