[发明专利]一种液态金属电池组两级双向均衡系统及控制方法

权利要求书

1.一种液态金属电池组两级双向均衡系统，其特征在于，所述两级均衡系统包括M个第一级均衡系统、一个第二级均衡系统和一台上位机；第一级均衡系统用于实现液态金属电池组内均衡，第二级均衡系统用于实现液态金属电池组间均衡；所述第一级均衡系统采用串联连接，且与所述第二级均衡系统同时受上位机控制，并对电池组进行均衡控制，其中M≥2，且M为整数。

2.根据权利要求1所述的一种液态金属电池组两级双向均衡系统，其特征在于，对于任意一个所述的第一级均衡系统，其包括由N个反激变换模块、一个电压采集模块、一个中心控制模块和一个485通信模块，其中N≥2，且N为整数；

所述电压采集模块和所述第一级均衡系统均通过所述液态金属电池外侧铜排与各节液态金属电池相连；

所述反激变换模块，采用改进的双向反激变换电路，实现能量的双向转移；

所述电压采集模块，提供多路电压采集通道，并将各节单体电池电压数据返回给中心控制模块；

所述中心控制模块用于获取电压采集模块返回的电压数据，并所述通过485通信模块上传给上位机，所述中心控制模块同时通过所述485通信模块监听上位机指令，并将均衡指令下发到反激变换模块；

所述第一级均衡系统的485通信模块连接到485总线上，并受控于所述第一级均衡系统的中心控制模块；

对于任意一个所述第二级均衡系统包括M个双半桥DCDC变换模块、一个中心控制模块和一个485通信模块；

所述第二级均衡系统通过导线连接到所述液态金属电池组外侧铜排，每个液态金属电池组的电压数据通过对第一级均衡系统上传的液态金属电池组内各节电池电压数据加和得到；

所述的双半桥DCDC变换模块，采用改进的双向半桥DCDC变换电路，可实现能量双向转移；

所述的中心控制模块通过所述的485通信模块监听上位机指令，并将均衡指令下发到双半桥DCDC变换模块；

所述的第二级均衡系统的485通信模块连接到485总线上，并受控于所述第二级均衡系统的中心控制模块。

3.根据权利要求2所述的一种液态金属电池组两级双向均衡系统，其特征在于，所述M＝5，N＝18。

4.根据权利要求2所述的一种液态金属电池组两级双向均衡系统，其特征在于，M*N个液态金属电池采用四端法串联，并放置于同一电池保温箱内，并将液态金属电池的正极通过铜排引出，负极通过1.5平方的镍线引出。

5.根据权利要求2所述的一种液态金属电池组两级双向均衡系统，其特征在于，所述一个反激变换模块包括两个MOS管、一个反激变压器和一个滤波电容；其中，低压侧MOS管的漏极连接到单体电池正极，源极通过变压器二次侧连接到电池负极；高压侧MOS管的漏极通过变压器一次侧连接到电池组正级，源极连接到电池组负极；

滤波电容并联在单体电池出线末端用于电池侧滤波；

反激变压器高低压测绕组反向绕制，且低压侧绕组使用铜皮，这样能够提高变压器的低压侧绕组的最大导通电流，同时提高变压器的空间利用率。

6.根据权利要求5所述的一种液态金属电池组两级双向均衡系统，其特征在于，所述反激变换模块还包括RCD钳位电路，RCD钳位电路由一个快速恢复二极管、一个电容和一个耗散电阻构成，该RCD钳位电路能够钳位高压侧MOS管的峰值电压。

7.根据权利要求2所述的一种液态金属电池组两级双向均衡系统，其特征在于，一个双半桥DCDC变换模块包括四个MOS管、四个分压电容、一个高频变压器、一个升压电感、两个隔直电容和一个滤波电感；高压侧两个MOS管和两个分压电容构成了高压桥，低压侧两个MOS管和两个分压电容构成了低压桥，高压桥的对角线接变压器原边绕组，低压桥的对角线接变压器副边绕组。

8.根据权利要求7所述的一种液态金属电池组两级双向均衡系统，其特征在于，分压电容采用两个电容并联；

上述高频变压器高低压侧采用同向绕制，且低压侧绕组使用铜皮。

9.权利要求1至8中任一项所述的一种液态金属电池组两级双向均衡系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

Step1:上位机对第一级均衡控制系统发送获取电压指令；

Step2:第一级均衡系统的电压采集模块将各个液态金属电压返回到中心控制单元，并由中心控制单元上传到上位机；

Step3:上位机获取第一级均衡控制系统的电压数据，并利用无迹卡尔曼滤波算法估算各个液态金属电池单体的SOC，对M个液态金属电池的SOC取平均值，得到电池组的SOC；

Step4:判断液态金属电池组内各单体液态金属电池的SOC与液态金属电池组内平均SOC的差值是否大于0.5％，若成立则通过第一级均衡系统，将高SOC电池的能量转移至电池组，将电池组的能量向低SOC电池转移，否则，关闭第一级均衡系统；

Step5:判断液态金属电池组间各组液态金属电池组的SOC与整个液态金属电池模组平均SOC的差值是否大于0.5％，若成立则通过第二级均衡系统，将高SOC电池的能量转移至电池组，将电池组的能量向低SOC电池转移，否则，关闭第二级均衡系统；

其中，第一级均衡和第二级均衡同时进行。