基于L-LC储能的串联电池组均衡电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于L

【技术实现步骤摘要】
基于L
‑
LC储能的串联电池组均衡电路


[0001]本技术属电池均衡
，设计一种基于L
‑
LC储能的串联电池组均衡电路，适用于新能源汽车中电池管理系统。

技术介绍

[0002]由于锂电池具有能量密度高、自放电率低等优点，已成为新能源汽车动力系统以及储能电站等的主要储能方式。由于单体电池容量有限，而且单体电池电压较低，所以动力电池组一般由多个单体电池串并联组成以满足使用要求。如此一来，在实际使用中，由于同一型号的单体电池间不可避免的存在不一致性问题，将严重影响电池组可用容量及循环寿命，并且容易导致出现过充或过放现象，危及新能源汽车使用安全。
[0003]有效的均衡能够显著改善电池组的一致性，进而提高电池组能量利用率及循环寿命。均衡方法的研究主要集中在均衡电路的研究，根据均衡过程中，能量的消耗方式，均衡电路主要分为被动均衡和主动均衡。被动均衡的典型拓扑为电阻放电式均衡，当某个单体具有较高能量时，旁路电阻消耗掉多余的能量。该拓扑结构简单，体积小，成本低，但旁路电阻的能量损耗会大大降低电池组的能量利用率，同时散热问题也不容忽视，并且该均衡电路不能对容量低的单体电池进行能量补充。主动均衡相较于被动均衡具有能量损耗低，均衡速度快，使用范围广等的优点，是近年来均衡研究的热点。主动均衡电路一般采用开关电容、电感和变压器等储能器件将能量从高能量单体转移至低能量单体来实现均衡。基于电容的均衡电路具有均衡速度快、均衡效率高的优点，但是均衡过程依靠单体电池的电压差，而单体电池的电压并不能有效反映电池的不一致性，难以有效实现均衡；并且，当电容电压与均衡目标电压差异不大时，均衡速度下降显著，进而导致电容均衡不适合高精度的均衡。基于电感的均衡电路具有均衡电流可控性强，均衡精度高等特点，但其开关器件的冲击电流往往较大，容易对电池产生不利影响。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于克服现有均衡电路的缺点与不足，提供基于L
‑
LC储能的串联电池组均衡电路，改善串联电池组不均衡现象，延长串联电池组循环寿命。
[0005]本技术采用如下技术方案：
[0006]基于L
‑
LC储能的串联电池组均衡电路，
[0007]串联电池组由n个单体电池串联组成；均衡电路包括2n+5个MOS管、2n
‑
1个二极管、电感L1、LC串联电路；LC串联电路包括串联在一起的电感L2与电容C；
[0008]串联电池组中每个单体电池依次标记为B1，B2，
…
，B
n
；与单体电池连接的MOS管依次标记为S0，S1，
…
，S
2n+1
；与电感L1串联的MOS管标记为S
L
；与LC串联电路串联的MOS管标记为S
R1
、S
R2
；
[0009]单体电池B2，B3，
…
，B
n
正极的左右桥臂与串联的MOS管和二极管相连接；单体电池B1，B2，
…
，B
n
‑1负极的左右桥臂与串联的MOS管和二极管相连接；单体电池B1正极的左桥臂与
MOS管S1连接，单体电池B1正极的右桥臂与MOS管S0连接；单体电池B
n
负极的左桥臂与MOS管S
2n+1
连接，单体电池B
n
负极的右桥臂与MOS管S
2n
连接；
[0010]电感L1的一端与MOS管S1连接，电感L1的另一端与MOS管S
2n
连接；电感L1与MOS管S
2n
之间串联有二极管和MOS管S
L
；MOS管S
L
控制电感L1的电路通断；
[0011]LC串联电路中，电感L2的顶部与MOS管S0连接，电容C的底部与MOS管S
2n+1
连接；电容C与MOS管S
2n+1
之间串联有MOS管S
R1
、S
R2
；MOS管S
R1
、S
R2
方向相反，MOS管S
R1
、S
R2
控制LC串联电路通断；
[0012]优选的，串联电池组中的单体电池为二次电池；所述二次电池为铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池、超级电容器中的一种。
[0013]本技术均衡的原理如下：
[0014]本技术均衡电路的均衡方法为：
[0015]利用电感L1实现高电量单体电池的放电均衡；利用LC串联电路实现低电量单体电池的充电均衡。具体均衡过程如下：
[0016]串联电池组充放电过程中，每一个采样周期，判别串联电池组单体电池最大端电压U
Lmax
，单体电池最小端电压U
Lmin
，单体电池平均电压U
Lave
；设定均衡电路开启阈值为V
ref
；
[0017]当U
Lmax
和U
Lave
两者之差大于V
ref
，且U
Lave
和U
Lmin
两者之差小于等于V
ref
，左边电感L1对最大电压对应的单体电池放电均衡；
[0018]当U
Lmax
和U
Lave
两者之差小于等于V
ref
，且U
Lave
和U
Lmin
两者之差大于V
ref
，右边LC串联电路对最小电压对应的单体电池充电均衡；
[0019]当U
Lmax
和U
Lave
两者之差大于V
ref
，且U
Lave
和U
Lmin
两者之差也大于V
ref
，继续比较两个差值的大小；当U
Lmax
和U
Lave
两者之差大于等于U
Lave
和U
Lmin
两者之差，则左边电感L1对最大电压对应的单体电池放电均衡；当U
Lmax
和U
Lave
两者之差小于U
Lave
和U
Lmin
两者之差，则右边LC串联电路对最小电压对应的单体电池充电均衡；
[0020]如此往复至U
Lmax
和U
Lave
两者之差和U
Lave
和U
Lmin
两者之差均小于等于V
ref
，均衡电路停止工作。
[0021]当最大电压单体电池数量或最小电压单体电池数量不为1时，选择序号最小的最高电压单体电池或序号最大的最低电压单体电池均衡。
[0022]首先，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于L
‑
LC储能的串联电池组均衡电路，其特征在于：串联电池组由n个单体电池串联组成；均衡电路包括2n+5个MOS管、2n
‑
1个二极管、电感L1、LC串联电路；LC串联电路包括串联在一起的电感L2与电容C；串联电池组中每个单体电池依次标记为B1，B2，
…
，B
n
；与单体电池连接的MOS管依次标记为S0，S1，
…
，S
2n+1
；与电感L1串联的MOS管标记为S
L
；与LC串联电路串联的MOS管标记为S
R1
、S
R2
；单体电池B2，B3，
…
，B
n
正极的左右桥臂与串联的MOS管和二极管相连接；单体电池B1，B2，
…
，B
n
‑1负极的左右桥臂与串联的MOS管和二极管相连接；单体电池B1正极的左桥臂与MOS管S1连接，单体电池B1正极的右桥臂与MOS管S0连接；单体电池B
n
负极的左桥臂与MOS管S<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭向伟，翟文博，马岩，谢东垒，郭宇，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：