[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

在審

• 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

本發明公開了一種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，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、i個串聯連接的電池單元構成，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。本發明在靜置狀態下利用電感均衡模塊進行第一重均衡，電感均衡模塊電路結構簡單且各模塊相互獨立，均衡時各電感均衡模塊同時工作，均衡速度快，且易控易實現；第二重均衡利用反激式變壓器均衡模塊實現，均衡的拓撲電路原理簡單，對均衡電流的控制能力強、均衡能量轉移效率高，且各反激式變壓器均衡模塊相互獨立，均衡時，各反激式變壓器均衡模塊同時工作，均衡速度快。

技術領域

本發明涉及一種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，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

隨著人們對使用傳統化石燃料帶來的環境等問題的重視，新能源汽車越來越受到青睞。為了滿足電動汽車的動力需求，車用電池組需要將若干單體電池串聯成組使用。由于鋰單體電池的加工精度以及后期使用中的通風條件、接觸熱阻、自放電程度等存在一定差異，電池組中的單體不可避免的存在不一致性，而這將對整個電池組的性能造成嚴重影響。

在電池串聯成組以后，電池容量將存在短板效應，即在充電過程中，整組容量將受到能量最高單體的限制；在放電過程中，整組容量將受到能量最低單體的限制造成能量的浪費。不僅如此，電池組中的易老化單體在與其他正常單體的成組使用過程中，也將會更容易發生過充過放，加大其老化程度，從而進一步加劇整組電池的不一致性，形成惡性循環，久而久之還會引發安全隱患。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。

目前現有的電池均衡策略多種多樣，有基于電阻、穩壓管等器件，通過能量消耗的方式來達到均衡效果的被動均衡策略；也有基于電容、電感等儲能元件，通過能量轉移來實現均衡的主動均衡策略。其中，電容均衡以電容作為能量載體，通過單體電池之間的電壓差實現能量均衡，但電池間的電壓差較小時，均衡能量轉移將變得困難；電感均衡以電感作為能量轉移的載體，均衡電流可控性強，但是均衡能量只能在相鄰的電池間進行傳遞，從整體效果看，均衡耗時長影響了效率；

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

本發明提供了一種串聯蓄電池組二重模塊化并行反激式能量均衡器，通過多個串聯的均衡模塊搭建了串聯蓄電池組二重均衡的平臺，并進一步配合控制方法，實現了串聯蓄電池組二重均衡。

本發明的技術方案是：一種串聯蓄電池組二重模塊化并行反激式能量均衡器，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。

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。