[发明专利]一种均衡电压差可控的谐振均衡电路及控制方法

说明书

一种均衡电压差可控的谐振均衡电路及控制方法，谐振均衡电路包括三个以上结构相同的谐振开关电容单元，每个谐振开关电容单元配置一个电池；还包括一个自谐振开关，自谐振开关的第一端和第二端，分别连接到任意一个谐振开关电容单元的第二谐振开关的第二端和第一谐振开关的第二端。本发明具有两个工作阶段，阶段1可以实现所有电池间的能量传输，使电池间的电压差快速减小至模式切换阈值；阶段2可实现电压最高的电池和电压最低的电池间的能量传输，同时由于自谐振开关的作用，使得均衡电路在电池间电压差较小时仍然有较大的均衡电流，保证了均衡速度。通过控制两种模式的切换阈值，可以得到不同的均衡速度，以满足不同均衡场合的需要。

技术领域

本发明涉及锂电池/超级电容电压均衡技术领域，尤其是一种均衡电压差可控的谐振均衡电路及控制方法。

背景技术

锂电池和超级电容作为储能元件，被广泛应用于电动汽车、分布式发电系统等领域。单个锂电池/超级电容(为便于说明，下文统称为电池)的额定电压较低，所以通常将大量的电池串联使用，为负载提供足够大的电压。但是，由于生产制造的原因，电池单体在内阻、电压、容量等性能方面具有不一致性。当电池组进行充放电时，这种不一致性会造成电池单体电压的不一致，进而导致电池组容量的浪费、降低电池的使用寿命。为了解决这种不一致性问题、提高电池的容量利用率并延长电池的使用寿命，需要在电池组中加入电压均衡电路。

现有的均衡电路主要分为能量耗散型和非能量耗散型。其中，能量耗散型均衡电路体积小、成本低，但是其均衡能量通过热能的形式消耗，均衡效率低。非能量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。其中，基于电容的开关电容均衡电路由于其结构简单、控制简单的优势，得到了广泛的研究。传统的开关电容均衡电路可以同时均衡多个电池，在电池间电压差较大时具有较快的均衡速度。但是，因为开关电容均衡电路的均衡电流随着电池间电压差的减小而减小，所以当电池间电压差较小时，开关电容均衡电路的均衡速度缓慢。而且，由于电池间的容量、内阻等的差异，以及电路的寄生参数的影响，使得开关电容均衡电路均衡后的电压差不可控，降低了均衡电路的均衡效果。谐振开关电容均衡电路通过电容和电感的谐振，可以增加电容和电池间的电压差，从而增大均衡速度。但是，当电池间的电压差减小时，与开关电容均衡电路相似的问题仍然存在于谐振开关电容均衡电路中。

发明内容

本发明的目的是提供一种均衡电压差可控的谐振均衡电路及控制方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种均衡电压差可控的谐振均衡电路，包括三个以上结构相同的谐振开关电容单元，每个谐振开关电容单元配置一个电池；所述谐振开关电容单元，包括电容、电感和四个谐振开关，电容和电感串联构成谐振支路；第一谐振开关的第一端连接到电池的正极，第二端连接到第三谐振开关的第二端；第二谐振开关的第一端连接到电池的负极，第二端连接到第四谐振开关的第二端；谐振支路的两端分别连接到第一谐振开关的第二端和第二谐振开关的第二端；所有谐振开关电容单元的第三谐振开关的第一端相互连接，所有谐振开关电容单元的第四谐振开关的第一端相互连接；还包括一个自谐振开关，所述自谐振开关的第一端和第二端，分别连接到任意一个谐振开关电容单元的第二谐振开关的第二端和第一谐振开关的第二端。

进一步地，所述谐振开关和自谐振开关均为MOS管，其源极为第一端，漏极为的第二端。

更进一步地，所有未连接自谐振开关的谐振开关电容单元，其第一谐振开关和第二谐振开关均替换为两个串联的MOS管；所述两个串联的MOS管，其源极相连，漏极分别构成谐振开关的第一端和第二端。

更进一步地，所有未连接自谐振开关的谐振开关电容单元，其第一谐振开关和第二谐振开关均替换为两个串联的MOS管；所述两个串联的MOS管，其漏极相连，源极分别构成谐振开关的第一端和第二端。