[发明专利]基于LLC和Buck-Boost的复合型层级电池均衡电路

说明书

本发明提供了一种基于LLC和Buck‑Boost的复合型层级电池均衡电路，其特征在于，包括电池组、多路复用选择网络、模块均衡器、控制单元及采集单元。本发明通过实时监测每个单体电池电压，判断需要均衡的电池或电池模块，通过单体均衡器或多路复用选择网络及模块均衡电路实现C2C或S2M的能量转移，从而实现整个电池组的电压均衡。本发明整合了传统电池组到电池单体和单体到单体均衡结构的优点，同时利用LLC谐振变换器的高效率和频率调整特性以及Buck‑Boost电路的结构对称性，以确保高的转换效率，较少的元件数量，更短的均衡路径长度和较好的电路可扩展性，实现系统指标的综合优化。

技术领域

本发明涉及一种电池均衡电路。

背景技术

在电动汽车和储能系统等应用中，通常需要将低压电池串联以满足其电压和功率需求。然而，由于生产工艺问题导致电池单体之间一致性较差，再经过长期的充放电后，电池的不一致性会越加严重。这造成电池组内部电池单体的电压不均衡，进而导致部分单体的过充或耗尽，这严重限制了电池组的性能和使用寿命。因此，引入电池均衡电路来转移缓解电池单体的不一致，从而达到延长电池组使用寿命和提高旧电池组性能的目的。

目前，常见的均衡电路结构主要有电池串到电池(string-to-cell，S2C)和电池到电池(Cell-to-cell，C2C)两类。其中，C2C均衡电路可实现两个相邻电池单体之间的电量传递，具有良好的电路扩展性。然而，对于具有大量电池单体的电池组而言，这类C2C均衡电路需要的元器件数目高，实现成本高。类似的，S2C均衡电路采用共享一个均衡器的方法来降低主动功率器件数目和建立直接的均衡路径，但也离不开高开关数目的多路复用网络，很难降低电路体积。

发明内容

本发明的目的是：提供一种新的结构来实现均衡电路性能指标的综合优化。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于LLC和Buck-Boost的复合型层级电池均衡电路，其特征在于，包括电池组、多路复用选择网络、模块均衡器、控制单元及采集单元，其中：

电池组由n个电池模块串联形成，将n个电池模块分别定义为电池模块M₁、M₂、…、M_n；每个电池模块包括串联的m个电池单体，每个电池单体与由控制单元控制的单体均衡器相连；

采集单元，用于采集电池组中每个电池单体的电压信息，将采集到的电压信息发送给控制单元；

多路复用选择网络包括由控制单元控制打开、闭合的4个极性选择开关和n+1个模块选择开关，通过n+1个模块选择开关的通断以选定待均衡的电池模块，再由控制单元控制相对应的极性选择开关打开、闭合，使得被选中的电池模块的输入正极及输入负极与模块均衡器的输出正极及输出负极相连，通过配置极性选择开关和模块选择开关的通断来建立从模块均衡器的输出端到不均衡的电池模块的直接均衡路径；

模块均衡器基于LLC变换器实现，模块均衡器的输入端并联在电池组的两端，模块均衡器的输出端连接到多路复用选择网络。

优选地，所述单体均衡器为两级结构。

优选地，每个电池模块包括2^k个所述电池单体，k≥1，每两个相邻的所述电池单体定义为一个电池单体对，则两级结构的单体均衡器包括第一级单体均衡电路及第二级单体均衡电路，其中：每个电池单体对与由两个开关器件及一个电感以基本Buck-Boost拓扑的形式串并联构成的第一级单体均衡电路相连，每相邻两个电池单体对进一步与由两个开关器件及一个电感二以基本Buck-Boost拓扑的形式串并联构成的第二级单体均衡电路相连；开关器件一及开关器件二由所述控制单元控制。