[发明专利]一种锂离子电池系统多重模式高效能量均衡器及其控制方法

权利要求书

1.一种锂离子电池系统多重模式高效能量均衡器，其特征在于：对于N*m个电池单元Bij组成的N个电池组构成的电池系统，均衡器由N个选通开关矩阵、N个电感、N+1个带反并联二极管Dk的主控开关Mk、一个反激式变压器T，N+1个电容Ck，一个电压源E、以及N*m个电池单元Bij及电池单元均衡模块Aij组成；其中选通开关矩阵由上桥臂双层功率开关矩阵H、下桥臂双层功率开关矩阵S构成，每个电池单元均衡模块Aij由两个功率开关和一个电感L构成，上桥臂功率开关矩阵H和下桥臂功率开关矩阵S均为由m对反向串联的功率开关组成的双层功率开关矩阵；

所述N个选通开关矩阵的上桥臂的上层m个功率开关的上端引出N条引线分别与主控开关M1、M2、…、MN的一端相连，主控开关M1、M2、…、MN的另一端与反激式变压器T一次侧的上端相连；N个选通开关矩阵的下桥臂的下层m个功率开关的下端引出N条引线连接在一起，共同与反激式变压器T一次侧的下端相连；电容C1、C2、…、CN的正极分别与上桥臂的上端引出线相连，负极分别与下桥臂的下端引出线相连；主控开关M0的一端与反激式变压器T的二次侧上端相连，另一端与电压源E的正极相连；电压源E的负极与反激式变压器T二次侧的下端相连，电容C0的正极和负极分别与电压源E的正极和负极相连；每个电池单元Bij中的两个串联单体电池引出的3条引出线分别与对应的电池单元均衡模块中的两个功率开关和一个电感L的一端相连，两个功率开关和一个电感L的另一端连接在一起；

其中，k＝0,1,2,…,N；i＝1,2,...N；j＝1,2,...m。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池系统多重模式高效能量均衡器，其特征在于：所述选通开关矩阵中的功率开关、电池单元均衡模块中的功率开关Q、主控开关M均为逆导型功率开关器件。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池系统多重模式高效能量均衡器，其特征在于：所述选通开关矩阵X的上桥臂功率开关矩阵H由m对反向串联的双层功率开关XH1j和XH2j组成；所述选通开关矩阵X的下桥臂功率开关矩阵S由m对反向串联的双层功率开关XS1j和XS2j组成；其中，X＝1,2,...N；j＝1,2,...m。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池系统多重模式高效能量均衡器，其特征在于：所述电压源E由电池系统经过DC/DC提供或者电池系统以外的蓄电池组提供。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池系统多重模式高效能量均衡器，其特征在于：所述的反激式变压器的一次侧为多绕组，每一个电池组对应一个绕组，二次侧为单绕组。

6.一种控制权利要求1-5中任一项所述的锂离子电池系统多重模式高效能量均衡器的方法，其特征在于：

当电池系统处于充电状态时，每个电池组中能量最高的电池单元被同时均衡放电；当电池系统处于放电状态时，每个电池组中能量最低的电池单元被同时均衡充电；当电池系统处于静置状态时，每个电池单元均衡模块实现两单体电池间的能量均衡。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在电池组的充、放电均衡中，能对其中一个或几个电池组进行能量的均衡。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

当电池系统处于充电状态时，通过选通开关矩阵选通每个电池组中能量最高的电池单元，然后对主控开关M1、M2、…、MN进行PWM控制，来自N个电池组的N个能量最高的电池单元作为反激式变压器一次侧的电源同时进行均衡放电；

当主控开关处于开通状态时，电池单元中的能量储存在反激式变压器T的一次侧绕组中，当主控开关M1、M2、…、MN处于断开状态时，储存在反激式变压器T中的能量经M0的反并联二极管转移到电压源E中；在充电均衡中，能量高的电池单元放出的能量多。