一种并联电池簇均衡电路的拓扑、控制及均衡方法技术

本发明专利技术公开一种并联电池簇均衡电路的拓扑、控制及均衡方法，所述电路拓扑由电池簇、母线电容、双向变换器、旁路开关和公共电容构成，各个电池簇的正端相互连接；各个电池簇的负端与母线电容相连；各个母线电容的负端与公共电容的负端相互连接；各个母线电容通过独立的双向变换器与公共电容相连；各个母线电容的正端与公共电容的正端之间均设有一只旁路开关。本发明专利技术引入母线电容、双向变换器、旁路开关和公共电容，通过各个母线电容和公共电容之间的功率传递，实现了并联电池簇充放电过程中的动态均衡和荷电状态的均衡，电路简洁，效率高。该均衡电路拓扑适用于电动汽车、电池储能和电池梯次利用等场合。次利用等场合。次利用等场合。

【技术实现步骤摘要】
一种并联电池簇均衡电路的拓扑、控制及均衡方法


[0001]本专利技术涉及电动汽车、电池储能和电池梯次利用等领域，尤其是一种并联电池簇均衡电路的拓扑、控制及均衡方法。

技术介绍

[0002]由于电池在生产制造、工作环境、老化程度上的不一致性，各个电池芯的开路电压和等效串联电阻均有不同程度的差异，导致在电池储能系统运行时，并联电池簇的荷电状态不一致。对于并联的电池簇，在充电过程中，会存在某一电池簇已充满，而其他电池簇未充满的情况，为了避免对该电池簇的过充电，其余电池簇将无法进一步充满；同样，在放电过程中，会存在某一电池簇已达到最小容许荷电状态，而其余电池簇仍可进一步放电的情况，为避免该电池簇过放电导致的损坏，所有并联串联的电池芯都将停止继续放电。由此可见，并联电池簇可用容量只能达到最弱电池簇的容量，导致严重的并联失配问题，使其他并联电池簇容量无法被充分使用，系统可用容量降低。
[0003]经检索，公开号为CN113193615A的中国专利技术专利，其公开了一种储能系统，储能系统包括多个储能支路、至少一个开关单元和控制电路；每个储能支路包括依次串联连接的第一母线、簇级变换电路和电池簇，以及多个均衡变换电路和均衡母线；电池簇包括多个串联连接的电池单元，每个电池单元包括一个电池包；电池包与对应的一个均衡变换电路的输入侧连接，多个均衡变换电路的输出侧分别与均衡母线连接；电池簇的正极端与簇级变换电路连接，电池簇的负极端与地线连接；相邻的两个储能支路之间设置有开关单元，若开关单元处于第一状态，则两个储能支路中的均衡母线之间连通。该专利中，簇级变换电路的输入侧与电池簇的输出为并联关系，簇级变换电路作为电池簇和外部母线电压的中间变换电路，需要承担电池簇充电和放电的全额功率。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种并联电池簇均衡电路的拓扑、控制及均衡方法，通过引入母线电容、双向变换器、旁路开关和公共电容实现并联电池簇充放电过程中的动态均衡和各个电池簇荷电状态的均衡控制。
[0005]本专利技术的第一方面，提供一种并联电池簇均衡电路拓扑，所述电路拓扑由电池簇、母线电容、双向变换器、旁路开关和公共电容构成，其中：
[0006]各个电池簇的正端相互连接，作为并联电池簇的正端；各个电池簇的负端与母线电容相连；
[0007]各个母线电容的负端与公共电容的负端相互连接；公共电容的正端作为并联电池簇的负端；各个母线电容通过独立的双向变换器与公共电容相连，实现双向的能量传递；
[0008]各个母线电容的正端与公共电容的正端之间均设有一只旁路开关，能在双向直流变换器不工作时使其保持旁路。
[0009]可选地，所述各个母线电容通过独立的双向变换器与公共电容相连，其中，通过调
整各个双向变换器中开关管的占空比，实现各个母线电容电压的控制，进而控制流经各个电池簇的电流，实现各个电池簇电流和荷电状态的均衡控制。
[0010]可选地，所述各个母线电容的正端与公共电容的正端之间均设有一只旁路开关，其中，通过闭合任意几个旁路开关，实现对应双向直流变换器的旁路，进而电池簇中的任意几个电池簇通过双向变换器进行电流和荷电状态的均衡控制。
[0011]本专利技术的第二方面，提供一种并联电池簇均衡电路拓扑的控制方法，包括：
[0012]对公共电容电压实际值U
C0
和其给定值U
C0*
作差，再经过比例积分环节，得到电流给定值的公共电容电压部分I
C
；
[0013]电流给定值的公共电容电压部分I
C*
与各个电流给定值的电池电流部分I
Bat1*
、I
Bat2*
、
……
、I
Batn*
相加，得到各个电流给定值；
[0014]通过各个电池电流的实际值I
Bat1
、I
Bat2
、
……
、I
Batn
与各个电流给定值作差，再经过比例积分环节，得到各个双向变换器#1、#2、
……
、#n的电压比D1、D2、
……
、D
n
；
[0015]通过双向变换器#1、#2、
……
、#n的电压比D1、D2、
……
、D
n
计算得到各个双向变换器中开关管的占空比。
[0016]可选地，将各个双向变换器的电流给定值分为公共电容电压部分I
C
与电池电流部分I
Bat1*
、I
Bat2*
、
……
、I
Batn*
，使得并联电池簇均衡电路拓扑能同时实现公共电容电压的稳定和各个电池簇的电流控制。
[0017]可选地，各个双向变换器独立控制，当双向直流变换器处于旁路状态时，闭锁其对应的开关管，即开关管的占空比均为零。
[0018]本专利技术的第三方面，提供一种并联电池簇均衡电路拓扑的均衡方法，包括：
[0019]采集电池簇的荷电状态和电池电流实际值，对电池簇的荷电状态进行排序，得到荷电状态最高和最低的电池簇，记为Bat
a
和Bat
b
；
[0020]若电池簇Bat
a
、Bat
b
的荷电状态之差在容许范围ΔSOC之内，则不进行均衡控制，所有旁路开关处于闭合状态，双向直流变换器处于旁路状态；
[0021]若电池簇Bat
a
、Bat
b
的荷电状态之差在容许范围ΔSOC以外，则电池簇Bat
a
、Bat
b
进行均衡控制，除了电池簇Bat
a
、Batb对应的旁路开关S
a
、S
b
处于断开状态，其余旁路开关处于闭合状态，对应于电池簇Bat
a
、Bat
b
的双向直流变换器#a、#b进行均衡控制。
[0022]可选地，双向变换器#a、#b均衡控制的电池电流给定值I
Bata*
、I
Batb*
，由电池簇Bat
a
、Bat
b
对应的荷电状态SOC
a
、SOC
b
和电池电流实际值I
Bata
、I
Batb
计算，其关系式表示为：
[0023]I
Bata*
＝I
Bata
+δ*λ*(SOC
a
‑
SOC
b
)，
[0024]I
Batb*
＝I
Batb
+δ*λ*(SOC
b
–
SOC
a
)；
[0025]其中δ为充放电状态系数，放电为正，充电为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种并联电池簇均衡电路拓扑，其特征在于：所述电路拓扑由电池簇、母线电容、双向变换器、旁路开关和公共电容构成，其中：各个电池簇的正端相互连接，作为并联电池簇的正端；各个电池簇的负端与母线电容相连；各个母线电容的负端与公共电容的负端相互连接；公共电容的正端作为并联电池簇的负端；各个母线电容通过独立的双向变换器与公共电容相连，实现双向的能量传递；各个母线电容的正端与公共电容的正端之间均设有一只旁路开关，能在双向直流变换器不工作时使其保持旁路。2.根据权利要求1所述的一种并联电池簇均衡电路拓扑，其特征在于：所述各个母线电容通过独立的双向变换器与公共电容相连，其中，通过调整各个双向变换器中开关管的占空比，实现各个母线电容电压的控制，进而控制流经各个电池簇的电流，实现各个电池簇电流和荷电状态的均衡控制。3.根据权利要求1所述的一种并联电池簇均衡电路拓扑，其特征在于：所述各个母线电容的正端与公共电容的正端之间均设有一只旁路开关，其中，通过闭合任意几个旁路开关，实现对应双向直流变换器的旁路，进而电池簇中的任意几个电池簇通过双向变换器进行电流和荷电状态的均衡控制。4.根据权利要求1所述的一种并联电池簇均衡电路拓扑，其特征在于：所述双向变换器是一种双向非隔离型直流变换器或者一种双向隔离型直流变换器。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述并联电池簇均衡电路拓扑的控制方法，其特征在于，包括：对公共电容电压实际值U
C0
和其给定值U
C0*
作差，再经过比例积分环节，得到电流给定值的公共电容电压部分I
C
；电流给定值的公共电容电压部分I
C*
与各个电流给定值的电池电流部分I
Bat1*
、I
Bat2*
、
……
、I
Batn*
相加，得到各个电流给定值；通过各个电池电流的实际值I
Bat1
、I
Bat2
、
……
、I
Batn
与各个电流给定值作差，再经过比例积分环节，得到各个双向变换器#1、#2、
……
、#n的电压比D1、D2、
……
、D
n
；通过双向变换器#1、#2、
……
、#n的电压比D1、D2、
……
、D
n
计算得到各个双向变换器中开关管的占空比。6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：将各个双向变换器的电流给定值分为公共电容电压部分I
C
与电池电流部分I
Bat1*
、I
Bat2*
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李睿，杨佳涛，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：