[发明专利]一种基于单体-单体型均衡单元的分层均衡电路及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于单体‑单体型均衡单元的分层均衡电路及控制方法。均衡电路由n个电池和n(n‑1)/2个单体‑单体型均衡单元构成，任意两个电池共用一个均衡单元，即将所有均衡单元分为n‑1层，第1层为相邻两个电池共用的均衡单元，第2层为中间间隔一个电池的两个电池共用的均衡单元，以此类推，第n‑1层为中间间隔n‑2个电池的两个电池共用的均衡单元。本发明的有益效果在于，可同时对所有电池进行均衡，缩短了均衡过程；为任意两个电池提供了直接均衡通路，缩短了均衡路径，消除了电压不均衡分布对均衡速度的影响等。

技术领域

本发明涉及电池/超级电容电压均衡技术领域，尤其是一种基于单体-单体型均衡单元的分层均衡电路及控制方法。

背景技术

随着全球变暖和能源危机，电动汽车和新能源发电等领域受到了广泛的关注，与之相对应的储能系统、储能元件也被大量研究。锂电池和超级电容由于分别具有能量密度高和功率密度高的优点，常被作为储能元件用于电动汽车和智能微电网等大电压、高功率场合。锂电池/超级电容(为便于说明，下文将锂电池和超级电容统称为电池)单体的电压很低，在应用时需要将大量的电池单体串、并联组成电池组，以满足负载的电压和功率需求。然而，由于制造的原因，电池单体在内阻、电压、容量等方面具有不一致性，而且随着电池组的使用以及电池单体工作温度的不同，这种单体间的不一致性会逐渐加重，造成电池单体的过充和过放，浪费电池组的可用容量，加速电池的老化、缩短电池的使用寿命，甚至产生火灾、爆炸等安全问题。为了解决电池单体的不一致性问题，需要在电池组中加入电池均衡电路。

现有的均衡电路主要分为能量耗散型和非能量耗散型。能量耗散型均衡电路是使用电阻等耗能元件将高压电池中的能量消耗，以实现电池组中电池电压的均衡。非耗散型均衡电路是利用电容、电感等非耗能元件作为传能媒介，实现能量从高压电池到低压电池的传输。根据均衡能量的传输路径，非耗散型均衡电路可以分为单体-单体型、单体-组型和组-单体型。单体-单体型均衡电路可分为直接单体-单体型和间接(相邻)单体-单体型，均衡原理是通过开关电容单元或开关变换器将高压电池的能量传输到低压电池中，实现电池组各电池的电压均衡。现有的直接单体-单体型均衡电路，如飞渡电容均衡电路，只有一个均衡单元，只能同时均衡两个电池，均衡过程长；间接单体-单体型均衡电路，如传统开关电容均衡电路，非相邻电池间均衡路径长，均衡速度慢，且在均衡过程中部分电池作为能量传输媒介，能量有无效流动，降低了均衡效率。单体-组型均衡电路通过开关变换器将高压电池的能量传输到整个电池组，实现电池组各电池的电压均衡，但在均衡过程中高压电池放电后会与电池组一起充电，能量有无效流动，降低了均衡效率。组-单体型均衡电路通过开关变换器将电池组的能量传输到低压电池，实现电池组各电池的电压均衡，但均衡过程中低压电池充电前会与电池组一起放电，能量有无效流动，降低了均衡效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单体-单体型均衡单元的分层均衡电路及控制方法。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于单体-单体型均衡单元的分层均衡电路，包括依次串联的电池B₁,B₂,…,B_n，其中n等于或大于3；还包括n-1层均衡电路，每一层均衡电路包括至少一个连接到两个电池之间的均衡单元；所有均衡单元结构相同；

当n＝3，则所述分层均衡电路包括

第1层均衡电路：均衡单元E_1,1连接到B₁和B₂之间，均衡单元E_1,2连接到B₂和B₃之间；

第2层均衡电路：均衡单元E_2,1连接到B₁和B₃之间；

当n＝4，则所述分层均衡电路包括