一种锂离子电池系统二重能量均衡器技术方案

技术编号:19006686 阅读:24 留言:0更新日期:2018-09-22 07:27
本实用新型专利技术涉及一种锂离子电池系统二重能量均衡器,本实用新型专利技术对于由N个电池组组成的电池系统,均衡器由N个选通开关矩阵i、N个电感Li、两个带反并联二极管D1和D2的主控开关M1和M2、N‑1个放电开关Tk、一个电压源E、N*m个电池单元Bij以及N*m个电池单元均衡模块Aij组成。本实用新型专利技术充电状态和放电状态下的均衡器拓扑电路最优,能量均衡策略最优,以两节电池为一个电池单元而引入了二重能量均衡策略,拓扑电路原理简单,均衡能量转移效率高、均衡速度快、对均衡电流的控制能力强,在实现每组电池组内各电池单元间能量均衡的同时,也实现了不同单体电池之间的能量均衡。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池系统二重能量均衡器
本技术涉及一种锂离子电池系统二重能量均衡器,属于电力电子技术和蓄电池组能量均衡管理

技术介绍
随着环境污染和能源危机的日益严重,为了节能环保,世界各个国家提倡和大力发展纯电动汽车电动。由于锂离子电池具有体积小、重量轻、标称电压相对较高、循环寿命长、无记忆效应等优点,因此受到电动汽车市场的青睐。锂离子单体电池的电压在3.6V左右,在使用中需要将大量的锂离子电池串联来满足电压的要求。但是电动汽车的价格比较昂贵,它的缺点也是显而易见的,其中制约电动汽车发展的一个主要问题就是蓄电池的使用寿命短的问题。蓄电池由于制造技术、材质和其它方面的差异从而导致了其在充电或放电的过程中不均衡,有的单体电池在充电的过程中会先充满,有的则在放电时先放完。因此,电池组的充电容量受组中能量最高的单体电池的容量的限制,而电池组的放电容量受组中能量最低的单体电池的容量的限制,这样电池组的充、放电容量越来越小,最终导致电池组报废。所以,必须采取有效的措施来对串联的锂离子单体电池进行能量均衡,提高电池组的充放电容量,从而延长电池组的使用寿命。蓄电池均衡按照不同的分类标准可以分为不同种类的均衡方案,根据均衡所采用的主要储能和均衡元件,将蓄电池组均衡分为电阻均衡法、电容均衡法、电感均衡法和变压器均衡法。电阻均衡法,电阻均衡法没有开关管的控制,在每节蓄电池上并联一个固定的分流电阻,电阻值一般为电池内阻的数十倍,在电池充电过程中便可自动的实现均衡,在均衡中能量损耗严重;电容均衡法,电容均衡法是以电容为主要的均衡元件进行的均衡方案,电容均衡有单个电容均衡、多个电容均衡和多个电容多层均衡等均衡方案,电容均衡方案能量转移困难;电感均衡,以电感作为能量转移的媒介,提高了均衡效率;变压器均衡,通过变压器实现能量的均衡,变压器可以实现电气隔离,但均衡器体积庞大。作为大规模锂离子蓄电池储能系统或电动汽车车载锂离子动力电池系统,目前多采用分组均衡的方式。但是,目前的均衡器普遍存在能量转移效率低、均衡速度慢、对均衡能量的控制能力差的问题。
技术实现思路
针对大规模锂离子电池储能系统和电动汽车车载锂离子动力电池系统中大量串联锂离子单体电池间能量不一致问题,本技术提供了一种锂离子电池系统二重能量均衡器。本技术的技术方案是:一种锂离子电池系统二重能量均衡器,对于由N个电池组组成的电池系统,均衡器由N个选通开关矩阵i、N个电感Li、两个带反并联二极管D1和D2的主控开关M1和M2、N-1个放电开关Tk、一个电压源E、N*m个电池单元Bij以及N*m个电池单元均衡模块Aij组成;其中选通开关矩阵i由上桥臂双层功率开关矩阵H、下桥臂双层功率开关矩阵S构成,每个电池单元均衡模块Aij由两个功率开关和一个电感构成,N*m个电池单元Bij组成的N个电池组i,上桥臂功率开关矩阵H和下桥臂功率开关矩阵S均为由m对反向串联的功率开关组成的双层功率开关矩阵;所述N个选通开关矩阵的上桥臂的上层m个功率开关的上端引出的N条引线分别与电感L1、L2、…、LN的一端相连,电感L1、L2、…、LN的另一端连接在一起共同与主控开关M1和M2的一端相连;N个选通开关矩阵的下桥臂的下层m个功率开关的下端引出的N条引线连接在一起,共同与主控开关M1的另一端和电压源E的负极相连;电压源E的正极与主控开关M2的另一端相连;每个电池单元Bij中的两个串联单体电池引出的3条引出线分别与对应的电池单元均衡模块Aij中的两个功率开关和一个电感的一端相连,两个功率开关和一个电感的另一端连接在一起;N-1个放电开关Tk两端各引出一条引线,分别与电池组k的负极和相邻下一电池组k+1的正极相连;其中,i=1,2,...N;j=1,2,...m;k=1,2,...N-1。所述选通开关矩阵中的功率开关、电池单元均衡模块中的功率开关、放电开关、主控开关M1和M2均为逆导型功率开关器件。所述选通开关矩阵i的上桥臂功率开关矩阵H由m对反向串联的双层功率开关iH1j和iH2j组成;所述选通开关矩阵i的下桥臂功率开关矩阵S由m对反向串联的双层功率开关iS1j和iS2j组成;其中,i=1,2,...N;j=1,2,...m。所述电压源E由电池系统经DC/DC提供或者电池系统以外的蓄电池组提供。本技术的有益效果是:本技术充电状态和放电状态下的均衡器拓扑电路最优,能量均衡策略最优,以两节电池为一个电池单元而引入了二重能量均衡策略,拓扑电路原理简单,均衡能量转移效率高、均衡速度快、对均衡电流的控制能力强,在实现每组电池组内各电池单元间能量均衡的同时,也实现了不同单体电池之间的能量均衡。附图说明图1是本技术拓扑电路原理图;图2是第一重能量均衡的一个电池单元均衡模块电路图;图3是第二重能量均衡的充电均衡时的等效电路图;图4是第二重能量均衡的放电均衡时的等效电路图;图5是第二重能量均衡的静置均衡时的等效电路图一;图6是第二重能量均衡的静置均衡时的等效电路图二。具体实施方式实施例1:如图1-6所示,一种锂离子电池系统二重能量均衡器,对于由N个电池组组成的电池系统,均衡器由N个选通开关矩阵i、N个电感Li、两个带反并联二极管D1和D2的主控开关M1和M2、N-1个放电开关Tk、一个电压源E、N*m个电池单元Bij以及N*m个电池单元均衡模块Aij组成;其中选通开关矩阵i由上桥臂双层功率开关矩阵H、下桥臂双层功率开关矩阵S构成,每个电池单元均衡模块Aij由两个功率开关和一个电感构成,N*m个电池单元Bij组成的N个电池组i,上桥臂功率开关矩阵H和下桥臂功率开关矩阵S均为由m对反向串联的功率开关组成的双层功率开关矩阵;所述N个选通开关矩阵的上桥臂的上层m个功率开关的上端引出的N条引线分别与电感L1、L2、…、LN的一端相连,电感L1、L2、…、LN的另一端连接在一起共同与主控开关M1和M2的一端相连;N个选通开关矩阵的下桥臂的下层m个功率开关的下端引出的N条引线连接在一起,共同与主控开关M1的另一端和电压源E的负极相连;电压源E的正极与主控开关M2的另一端相连;每个电池单元Bij中的两个串联单体电池引出的3条引出线分别与对应的电池单元均衡模块Aij中的两个功率开关和一个电感的一端相连,两个功率开关和一个电感的另一端连接在一起;N-1个放电开关Tk两端各引出一条引线,分别与电池组k的负极和相邻下一电池组k+1的正极相连;其中,i=1,2,...N;j=1,2,...m;k=1,2,...N-1。进一步地,可以设置所述选通开关矩阵中的功率开关、电池单元均衡模块中的功率开关、放电开关、主控开关M1和M2均为逆导型功率开关器件。进一步地,可以设置所述选通开关矩阵i的上桥臂功率开关矩阵H由m对反向串联的双层功率开关iH1j和iH2j组成;所述选通开关矩阵i的下桥臂功率开关矩阵S由m对反向串联的双层功率开关iS1j和iS2j组成;其中,i=1,2,...N;j=1,2,...m。进一步地,可以设置所述电压源E由电池系统DC/DC提供(或者电压源E由电池系统以外的蓄电池组提供)。在均衡中,均衡器可实现电池组的二重能量均衡。首先进行第一重均衡,第一重均衡是在电池系统静置状态时进行的,进行第一重能量均衡本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池系统二重能量均衡器,其特征在于:对于由N个电池组组成的电池系统,均衡器由N个选通开关矩阵i、N个电感Li、两个带反并联二极管D1和D2的主控开关M1和M2、N‑1个放电开关Tk、一个电压源E、N*m个电池单元Bij以及N*m个电池单元均衡模块Aij组成;其中选通开关矩阵i由上桥臂双层功率开关矩阵H、下桥臂双层功率开关矩阵S构成,每个电池单元均衡模块Aij由两个功率开关和一个电感构成,N*m个电池单元Bij组成的N个电池组i,上桥臂功率开关矩阵H和下桥臂功率开关矩阵S均为由m对反向串联的功率开关组成的双层功率开关矩阵;所述N个选通开关矩阵的上桥臂的上层m个功率开关的上端引出的N条引线分别与电感L1、L2、…、LN的一端相连,电感L1、L2、…、LN的另一端连接在一起共同与主控开关M1和M2的一端相连;N个选通开关矩阵的下桥臂的下层m个功率开关的下端引出的N条引线连接在一起,共同与主控开关M1的另一端和电压源E的负极相连;电压源E的正极与主控开关M2的另一端相连;每个电池单元Bij中的两个串联单体电池引出的3条引出线分别与对应的电池单元均衡模块Aij中的两个功率开关和一个电感的一端相连,两个功率开关和一个电感的另一端连接在一起;N‑1个放电开关Tk两端各引出一条引线,分别与电池组k的负极和相邻下一电池组k+1的正极相连;其中,i=1,2,...N;j=1,2,...m;k=1,2,...N‑1。...

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池系统二重能量均衡器,其特征在于:对于由N个电池组组成的电池系统,均衡器由N个选通开关矩阵i、N个电感Li、两个带反并联二极管D1和D2的主控开关M1和M2、N-1个放电开关Tk、一个电压源E、N*m个电池单元Bij以及N*m个电池单元均衡模块Aij组成;其中选通开关矩阵i由上桥臂双层功率开关矩阵H、下桥臂双层功率开关矩阵S构成,每个电池单元均衡模块Aij由两个功率开关和一个电感构成,N*m个电池单元Bij组成的N个电池组i,上桥臂功率开关矩阵H和下桥臂功率开关矩阵S均为由m对反向串联的功率开关组成的双层功率开关矩阵;所述N个选通开关矩阵的上桥臂的上层m个功率开关的上端引出的N条引线分别与电感L1、L2、…、LN的一端相连,电感L1、L2、…、LN的另一端连接在一起共同与主控开关M1和M2的一端相连;N个选通开关矩阵的下桥臂的下层m个功率开关的下端引出的N条引线连接在一起,共同与主控开关M1的另一端和电压源E的负极相连;电压源E的正极与主控开关M2的另一端相连;每个电池单元Bij中的两个串联...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘红锐杜春峰李博陈仕龙
申请(专利权)人:昆明理工大学
类型:新型
国别省市:云南,53

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1