[发明专利]一种面向可重构电池组的多功能均衡电路及相关方法

说明书

本申请公开了一种面向可重构电池组的多功能均衡电路，通过电路中的电容实现电能均衡控制，避免相互并联的全部电池单元退出影响用电设备，也避免相互并联的大部分电池单元退出加速该列其他电池老化，并且，还通过电路中的第一开关和第二开关，实现任意电池单元之间的点对点的直接电能均衡，避免逐个电能传递导致的时间浪费和电能损耗，提高电能均衡的效率。并且，还可以实现多个电池单元对单个电池单元进行电能传递，显著提高单次均衡所能传递的最大电能，进一步提高电能均衡的效率。本申请还公开了一种控制方法，具有以上有益效果。

技术领域

本申请涉及电池电路技术领域，特别涉及一种面向可重构电池组的多功能均衡电路、控制方法。

背景技术

随着能源技术的不断发展，目前动力电池受到广泛的应用。为了延长动力电池的使用寿命，通常采用梯次利用技术，提高动力电池的整体可用率，解决不同类型、规格、状态退役电池的规模化再利用问题。

现有技术中，一般采用可重构电池组电路结构。在该电路中，若某个电池单元投入运行，则将与其对应的开关闭合；反之，若某个电池单元因已达到满放(或满充)需退出运行，则将与其对应的开关断开。如果某一列的电池单元全部退出运行，则令该列的旁路开关闭合，旁路该列所有电池单元，以维持电路导通。可重构电池组电路在放电过程中，虽然可以令电量已耗尽的电池单元退出运行，但存在两个问题：1、如果同一列的电池单元全部退出，可能导致整个电池组的输出电压不足，无法维持用电设备的正常运行；2、当同一列电池单元中有多个单元退出时，这一列中其他继续维持运行的电池可能发生严重过流，缩短其工作寿命，严重时还可能引发热失控和爆炸。

此外，现有技术中还采用基于开关电容的电池组均衡电路，其工作原理是，先令荷电状态(State of Charge，SOC)高的电池单元对电容进行充电，然后再通过切换开关，令电容向SOC低的电池单元放电，从而实现多个电池单元的SOC均衡。但存在两个问题：1、电量只能在相邻电池之间进行直接传递，当电池单元B1的电量传递给电池单元Bm，则需要m-1次均衡才能实现，均衡时间长，电能效率低；2、电池单元之间只能进行单对单的均衡，由于较大的SOC差异也只能产生很小的电压差异，单次均衡传递的电能非常有限，导致均衡时间很长。

因此，如何提高电池之间进行均衡的效率，降低进行均衡的时间是本领域技术人员关注的重点问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种面向可重构电池组的多功能均衡电路、控制方法，通过并联的第一开关和每个电池单元中的第二开关配合，实现在任意电池单元之间点对点进行电池均衡，而不是向相邻的电池传递能量，提高均衡效率，降低均衡时间。

为解决上述技术问题，本申请提供一种面向可重构电池组的多功能均衡电路，包括均衡电池模块；其中，所述均衡电池模块，包括：N个电池单元、N个第一开关以及N-1个电容，N≥3；第i个电池单元的第二端与第i+1个电池单元的第一端连接，第i个电池单元的控制端与第i+1个电池单元的控制端通过第i个电容连接，1≤i≤N-1；每个电池单元并联一个第一开关；

其中，每个所述电池单元均包括单刀三掷开关、第二开关以及电池；所述单刀三掷开关的不动端作为所述电池单元的控制端，所述单刀三掷开关的第一动端和所述电池的第一端连接作为所述电池单元的第一端，所述单刀三掷开关的第三动端和所述第二开关的第二端连接作为所述电池单元的第二端，所述电池的第二端与所述第二开关的第一端连接。

所有第一开关、所有第二开关以及所有单刀三掷开关均与控制器连接；所述控制器用于根据选定的放电电池控制所述电路形成包括所述放电电池和电容的放电回路，以便对电容进行充电；当充电完成时，根据选定的充电电池控制所述电路形成包含所述充电电池和所述电容的充电回路，以便对所述充电电池进行充电。