[发明专利]一种锂离子电池系统二重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二重能量均衡器及其控制方法，本发明对于由N个电池组组成的电池系统，均衡器由N个选通开关矩阵i、N个电感Li、两个带反并联二极管D1和D2的主控开关M1和M2、N‑1个放电开关Tk、一个电压源E、N*m个电池单元Bij以及N*m个电池单元均衡模块Aij组成。本发明充电状态和放电状态下的均衡器拓扑电路最优，能量均衡策略最优，以两节电池为一个电池单元而引入了二重能量均衡策略，拓扑电路原理简单，均衡能量转移效率高、均衡速度快、对均衡电流的控制能力强，在实现每组电池组内各电池单元间能量均衡的同时，也实现了不同单体电池之间的能量均衡。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池系统二重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

随着环境污染和能源危机的日益严重，为了节能环保，世界各个国家提倡和大力发展纯电动汽车电动。由于锂离子电池具有体积小、重量轻、标称电压相对较高、循环寿命长、无记忆效应等优点，因此受到电动汽车市场的青睐。锂离子单体电池的电压在3.6V左右，在使用中需要将大量的锂离子电池串联来满足电压的要求。但是电动汽车的价格比较昂贵，它的缺点也是显而易见的，其中制约电动汽车发展的一个主要问题就是蓄电池的使用寿命短的问题。蓄电池由于制造技术、材质和其它方面的差异从而导致了其在充电或放电的过程中不均衡，有的单体电池在充电的过程中会先充满，有的则在放电时先放完。因此，电池组的充电容量受组中能量最高的单体电池的容量的限制，而电池组的放电容量受组中能量最低的单体电池的容量的限制，这样电池组的充、放电容量越来越小，最终导致电池组报废。所以，必须采取有效的措施来对串联的锂离子单体电池进行能量均衡，提高电池组的充放电容量，从而延长电池组的使用寿命。

蓄电池均衡按照不同的分类标准可以分为不同种类的均衡方案，根据均衡所采用的主要储能和均衡元件，将蓄电池组均衡分为电阻均衡法、电容均衡法、电感均衡法和变压器均衡法。电阻均衡法，电阻均衡法没有开关管的控制，在每节蓄电池上并联一个固定的分流电阻，电阻值一般为电池内阻的数十倍，在电池充电过程中便可自动的实现均衡，在均衡中能量损耗严重；电容均衡法，电容均衡法是以电容为主要的均衡元件进行的均衡方案，电容均衡有单个电容均衡、多个电容均衡和多个电容多层均衡等均衡方案，电容均衡方案能量转移困难；电感均衡，以电感作为能量转移的媒介，提高了均衡效率；变压器均衡，通过变压器实现能量的均衡，变压器可以实现电气隔离，但均衡器体积庞大。

作为大规模锂离子蓄电池储能系统或电动汽车车载锂离子动力电池系统，目前多采用分组均衡的方式。但是，目前的均衡器普遍存在能量转移效率低、均衡速度慢、对均衡能量的控制能力差的问题。

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二重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二重能量均衡器，对于由N个电池组组成的电池系统，均衡器由N个选通开关矩阵i、N个电感Li、两个带反并联二极管D1和D2的主控开关M1和M2、N-1个放电开关Tk、一个电压源E、N*m个电池单元Bij以及N*m个电池单元均衡模块Aij组成；其中选通开关矩阵i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构成，N*m个电池单元Bij组成的N个电池组i，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；