[發(fā)明專利]一種基于升降壓變換器的鋰離子電池組層級均衡控制方法

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• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113489083A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張彥琴;楊冉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/42
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種基于升降壓變換器的串聯(lián)鋰離子電池組的層級均衡控制方法屬于鋰離子電池均衡技術(shù)領(lǐng)域。針對串聯(lián)鋰離子電池組在使用的過程當(dāng)中出現(xiàn)單體電池不一致而導(dǎo)致電池組能量利用率下降、壽命縮短等問題，在升降壓變換器電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種串聯(lián)鋰離子電池組的層級均衡電路，該均衡電路包括三級：相鄰單體電池之間的均衡、相鄰小模組之間的均衡以及相鄰大模組之間的均衡。該均衡系統(tǒng)以電池的荷電狀態(tài)(SOC)為均衡變量，通過比較各單體電池以及模組之間的SOC差值并確定需要均衡的單體電池或電池模組，進(jìn)而通過控制均衡開關(guān)進(jìn)行整個(gè)電池組的均衡，本發(fā)明能夠縮短均衡時(shí)間，提高均衡效率，有效地實(shí)現(xiàn)鋰離子電池組的一致性，延長電池組的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池均衡技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于升降壓變換器的鋰離子電池組層級均衡控制方法。

背景技術(shù)

隨著全球科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)變革的發(fā)展，電動(dòng)化已成為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流和趨勢。鋰離子電池因具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、自放電率低、無記憶效應(yīng)以及對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車當(dāng)中。為適應(yīng)不同負(fù)載的電流、電壓以及功率和能量的需求，通常需要多個(gè)鋰離子單體電池通過串并聯(lián)連接成電池組。但是，鋰離子電池成組后單體電池之間的不一致性會(huì)引起一系列諸如電池組的耐久性、可靠性以及安全性等問題。因此，為了減少鋰離子電池組中單體電池的不一致性，人們通常采用均衡技術(shù)對電池組進(jìn)行合理有效的均衡管理以提高電池組的能量利用率和壽命。

電池組均衡技術(shù)分為主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡。被動(dòng)均衡又被稱為能耗型均衡，其工作原理是將單體電池中多余的能量以熱的形式釋放。被動(dòng)均衡主要有兩個(gè)明顯的缺陷：一是會(huì)造成電池組能量的浪費(fèi)；二是容易引發(fā)散熱不及時(shí)而造成電池組處于不安全的高溫環(huán)境。

主動(dòng)均衡技術(shù)通過主動(dòng)均衡電路將能量較高的電池中多余的能量轉(zhuǎn)移到能量較低的電池中，從而解決了被動(dòng)均衡技術(shù)的缺陷。主動(dòng)均衡電路主要是基于升壓變換器、降壓變換器或是升降壓變換器等進(jìn)行再設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的升降壓變換器電路只是在每兩個(gè)相鄰單體電池之間連接一個(gè)儲能電感，通過儲能電感進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，這種均衡電路僅能實(shí)現(xiàn)串聯(lián)鋰離子電池組中兩個(gè)相鄰單體電池之間的均衡，并且當(dāng)能量傳輸路徑較長時(shí)，其均衡時(shí)間較長，均衡效率較低，不適用于長串電池組。

本發(fā)明以升降壓變換器電路為核心，以電池荷電狀態(tài)(SOC)為均衡變量，設(shè)計(jì)了一種串聯(lián)鋰離子電池組的層級均衡控制方法，包括均衡電路和均衡控制策略。與傳統(tǒng)的升降壓變換器均衡電路相比，本發(fā)明所提出的方法在不額外增加電路元器件的基礎(chǔ)上，不僅可以實(shí)現(xiàn)兩相鄰單體電池之間的均衡，而且通過電池模組之間的層級均衡控制可以間接地實(shí)現(xiàn)兩個(gè)非相鄰單體電池之間的均衡，其能量傳輸路徑變短，能夠有效地提高電池組均衡系統(tǒng)的均衡效率，縮短電池組的均衡時(shí)間，改善電池組的不一致性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是對串聯(lián)鋰離子電池組進(jìn)行有效地均衡控制并提高均衡系統(tǒng)的均衡效率，縮短電池組的均衡時(shí)間，有效地改善電池組的不一致性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種串聯(lián)鋰離子電池組層級均衡控制方法，所述均衡控制方法包括均衡電路和均衡控制策略的設(shè)計(jì)。

均衡電路是在鋰離子電池組的基礎(chǔ)上添加了多個(gè)儲能電感元件、二極管以及均衡控制開關(guān)。其中，鋰離子電池組是由多個(gè)單體電池通過串聯(lián)連接而成，并且在該鋰離子電池組中，將兩個(gè)相鄰的單體電池構(gòu)成一個(gè)小的模組，再將兩個(gè)相鄰小的模組構(gòu)成一個(gè)大的模組。該均衡電路中的每個(gè)二極管都與相應(yīng)的均衡控制開關(guān)并聯(lián)且成對出現(xiàn)，并且在每兩個(gè)相鄰的單體電池或大小模組之間均連接一個(gè)儲能電感元件，而且每個(gè)單體電池和電池模組都與并聯(lián)成對的二極管和均衡開關(guān)連接。