基于改进Buck-Boost均衡电路的电池组充电控制方法技术

本发明专利技术涉及基于改进Buck

【技术实现步骤摘要】
基于改进Buck
‑
Boost均衡电路的电池组充电控制方法


[0001]本专利技术属于电池充放电控制领域，具体涉及一种基于改进Buck
‑
Boost均衡电路的电池组充电控制方法。

技术介绍

[0002]随着大规模储能系统的迅速发展，电池储能的发展也越来越快。为了满足大容量、高功率的需求，单体电池常常以串并联组合使用，但是由于电池的内部结构的差异和在使用过程中环境温度、充放电倍率、自放电率等的不同，使单体电池间本就存在的不一致性在使用过程中越来越大。电池间的不一致性很容易造成电池的过充和过放，长时间的过充和过放不仅会造成电池的寿命减少，更严重的会造成电池损坏和爆炸。因此，为提高电池的容量利用率和使用效率，保证电池组安全可持续的工作，拥有优异的均衡技术显得非常重要。
[0003]电池均衡技术主要包含电池均衡拓扑、均衡控制策略这两个部分。传统的Buck
‑
Boost均衡电路存在一些问题。一方面，传统的均衡电路在电池均衡过程中，因为能量必须通过单节电池之间依次传递，所以当需要均衡的电池数量很多时，整体的均衡效率也会大幅度降低，严重影响电池的使用。另一方面，因为只能相邻电池依次均衡，当不相邻且能量差别很多的两电池想要进行均衡时，会造成不需要均衡的电池累计充放电，产生额外的功率损耗。
[0004]针对现有技术的不足，研究一种组内组间分步均衡的拓扑电路，组内采用Buck
‑
Boost电路通过电感传递能量，组间采用反激式变换器来实现不同电池组的充电，采用该均衡拓扑不仅改善了某些电池反复充放电带来的额外功率损耗，还实现均衡时间和开关管损耗的大幅降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种基于改进Buck
‑
Boost均衡电路的电池组充电控制方法，以4节单体电池组成的电池包作为组间均衡控制的基本单元，电池包内部采用组内均衡电路进行电量均衡，电池包与其它任意电池包之间采用组间均衡电路和反激式变压器实现电池包两两之间的均衡和充电，提高电池均衡效率和灵活性。
[0006]本专利技术的技术方案是基于改进Buck
‑
Boost均衡电路的电池组充电控制方法，所述改进Buck
‑
Boost均衡电路包括n个电池对，其中第k个电池对与k+1个电池对构成组内均衡电路，k＝1，2
…
n
‑
1，n≥2；所述组内均衡电路包括第k个电池对即串联的电池B
2k
‑1、B
2k
和第k+1个电池对即串联的电池B
2k+1
、B
2k+2
以及开关管S
2k
‑1、S
2k
、S
2k+1
、S
2k+2
和电感L
k，1
、L
k+1，1
，电感L
k,1
的一端与电池B
2k
‑1的负极连接，另一端分别与开关管S
2k
‑1的源极、开关管S
2k
的漏极连接，开关管S
2k
‑1的漏极与电池B
2k
‑1的正极连接，开关管S
2k
的源极与电池B
2k
的负极连接；电感L
k+1,1
的一端与电池B
2k+1
的负极连接，另一端分别与开关管S
2k+1
的源极、开关管S
2k+2
的漏极连接，开关管S
2k+1
的漏极与电池B
2k+1
的正极连接，开关管S
2k+2
的源极与电池B
2k+2
的负极连接。
[0007]电池B
2k
‑1的正极与用于电池对电量均衡的开关管M
k,2
的漏极连接，电池B
2k+2
的负极
与用于电池对电量均衡的开关管M
k+1,1
的源极连接，电感L
k,2
的一端分别与电池B
2k
的负极、电池B
2k+1
的正极连接，电感L
k,2
的另一端分别与开关管M
k,2
的源极、开关管M
k+1,1
的漏极连接。
[0008]进一步地，每个开关管均反并联续流二极管；
[0009]k≥2时，用于电池对电量均衡的开关管M
k,1
的漏极与开关管M
k
‑
1,2
的源极连接，并经电感L
k
‑
1,2
与电池B
2k
‑2的负极连接。
[0010]第k个电池对可根据电量均衡的需要与第k+1个电池对或第k
‑
1个电池对进行组内电量均衡。
[0011]进一步地，所述组内电量均衡，以电池B1、B2、B3、B4构成的组内均衡电路为例，不失一般性地，设单体电池的电量SOC
B1
>SOC
B2
>SOC
B3
>SOC
B4
。
[0012]首先对电池B1、B2进行电量均衡，电池B1、B2的电量均衡包括电池B1放电阶段和电池B2充电阶段，
[0013]电池B1放电阶段：当t＝t0时，通过PWM信号控制开关管S1导通，通过电池B1、开关管S1和电感L
1,1
形成的回路，将电池B1中的电能量转移到电感L
1,1
上；
[0014]B2充电阶段：当t＝t1时，开关管S1关断，此时电感L
1,1
通过电池B2、与开关管S2反并联的续流二极管导通，形成回路，电感L
1,1
将电池B1放电阶段储存的电能量释放给电B2，对电池B2充电。
[0015]电池B3、B4的电量均衡与电池B1、B2的电量均衡类似。
[0016]再将电池B1、B2构成的电池对和电池B3、B4构成的电池对分别看作一个单元，在电池B1、B2和电池B3、B4间进行电量均衡，相邻的电池对的电量均衡与电池B1、B2的电量均衡类似。
[0017]优选地，所述改进Buck
‑
Boost均衡电路还包括组间均衡电路，所述组间均衡电路包括开关管Q1、Q2和电感L以及多个多选一开关；所述改进Buck
‑
Boost均衡电路以相邻的电池对即相邻的4节电池构成的电池包作为组间电量均衡的基本单元，与其它电池包进行组间电量均衡，以第k、k+1个电池对与第n
‑
1、n个电池对之间的组间电量均衡为例，用于组间电量均衡的开关管Q1的漏极经开关与第k个电池对的电池B
2k+1
的正极连接，用于组间电量均衡的开关管Q2的源极经开关与第n个电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于改进Buck
‑
Boost均衡电路的电池组充电控制方法，其特征在于，所述改进Buck
‑
Boost均衡电路，包括n个电池对，其中第k个电池对与k+1个电池对构成组内均衡电路，k＝1,2
…
n
‑
1，n≥2；所述组内均衡电路包括第k个电池对即串联的电池B
2k
‑1、B
2k
和第k+1个电池对即串联的电池B
2k+1
、B
2k+2
以及开关管S
2k
‑1、S
2k
、S
2k+1
、S
2k+2
和电感L
k,1
、L
k+1,1
，电感L
k,1
的一端与电池B
2k
‑1的负极连接，另一端分别与开关管S
2k
‑1的源极、开关管S
2k
的漏极连接，开关管S
2k
‑1的漏极与电池B
2k
‑1的正极连接，开关管S
2k
的源极与电池B
2k
的负极连接；电感L
k+1,1
的一端与电池B
2k+1
的负极连接，另一端分别与开关管S
2k+1
的源极、开关管S
2k+2
的漏极连接，开关管S
2k+1
的漏极与电池B
2k+1
的正极连接，开关管S
2k+2
的源极与电池B
2k+2
的负极连接；电池B
2k
‑1的正极与开关管M
k,2
的漏极连接，电池B
2k+2
的负极与开关管M
k+1,1
的源极连接，电感L
k,2
的一端分别与电池B
2k
的负极、电池B
2k+1
的正极连接，电感L
k,2
的另一端分别与开关管M
k,2
的源极、开关管M
k+1,1
的漏极连接；k≥2时，开关管M
k,1
的漏极与开关管M
k
‑
1,2
的源极连接，并经电感L
k
‑
1,2
与电池B
2k
‑2的负极连接；每个开关管均反并联续流二极管；第k个电池对可根据电量均衡的需要与第k+1个电池对或第k
‑
1个电池对进行组内电量均衡。2.根据权利要求1所述的电池组充电控制方法，其特征在于，所述组内电量均衡，以电池B1、B2、B3、B4构成的组内均衡电路为例，不失一般性地，设单体电池的电量SOC
B1
>SOC
B2
>SOC
B3
>SOC
B4
，其中SOC
B1
、SOC
B2
、SOC
B3
、SOC
B4
分别为电池B1、B2、B3、B4的电量；首先对电池B1、B2进行电量均衡，电池B1、B2的电量均衡包括电池B1放电阶段和电池B2充电阶段，电池B1放电阶段：当t＝t0时，通过PWM信号控制开关管S1导通，通过电池B1、开关管S1和电感L
1,1
形成的回路，将电池B1中的电能量转移到电感L
1,1
上，在不考虑内阻的情况下，如下公式成立：公式成立：其中t0表示电感L
1,1
开始充电时刻；表示电感L
1,1
的电压，表示电池B1的电压，表示电感L
1,1
的电流；因为常数，故此时电感电流从0开始线性增加，当t＝t1时，电感电流达到最大值t1表示电感L
1,1
充电结束时刻；式中T
on
表示开关管S1的导通时间；T
S
表示开关管S1的开关周期；D表示开关管S1的导通的占空比；电池B2充电阶段：当t＝t1时，开关管S1关断，此时电感L
1,1
通过电池B2、与开关管S2反并...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏业文，周英杰，田野，杨霖，解园琳，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：