[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

说明书

本发明涉及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，本发明均衡器由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。本发明可以实现电池组的电气隔离，防止不同电池组之间的相互影响，采用反激式变压器作为能量转换的媒介，减小了均衡器的体积且拓扑电路原理简单。

技术领域

本发明涉及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，属于电力电子技术和蓄电池组能量均衡管理技术领域。

背景技术

随着环境问题和能源危机的加剧，绿色和环保受到广泛的关注，各国都提倡发展绿色能源，减少化石燃料的使用。作为一种新能源交通工具，电动汽车受到了广泛的关注，其发展成为必然趋势。由于锂离子电池具有体积小，能量密度高并且无记忆效应从而在电动汽车领域得到了广泛的应用。但锂离子电池的额定电压较低，为了满足电压的要求，需要将大量的锂离子电池串联起来使用。在蓄电池组的使用过程中，由于电池本身的差异和使用环境的差异会导致锂离子电池能量不一致，从而会导致锂离子电池的过充和过放，进而导致蓄电池组的提前报废。为了解决蓄电池组能量不一致的问题，必须采取有效的方案对蓄电池组进行能量均衡。

目前，有多种蓄电池组均衡方案，包括被动均衡和主动均衡，被动均衡主要是通过将蓄电池多余的能量通过电阻进行消耗从而达到均衡的目的，此种均衡方案能量损耗严重。主动均衡主要是将蓄电池多余的能量进行转移从而达到均衡的目的，均衡效率较高并且能量损耗较小。现存的均衡方案的均衡效率普遍较低，并且大量使用开关器件，开关频率高，能量损耗严重。

蓄电池均衡技术的局限导致了电动汽车得不到广泛的发展，并且其价格昂贵，因此，电动汽车的应用变得很困难，为了提高均衡效率和降低能量损耗，解决电动汽车发展的局限问题，必须寻求一种高效的均衡方案。研究锂离子蓄电池组高实效均衡器，解决串联成组的锂离子单体电池间的能量不一致问题，对于提高锂离子蓄电池组的充放电容量，延长其循环使用寿命，推动新能源锂离子电池储能系统及新能源电动汽车发展具有非常重要意义，同时对促进人类社会的可持续发展有着非常重要的社会价值和现实意义。

发明内容

针对大规模锂离子电池储能系统和电动汽车车载锂离子动力电池系统中大量串联锂离子单体电池间能量不一致问题，本发明提供了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。

本发明的技术方案是：一种锂离子电池系统多重模式高效能量均衡器，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；