一种用于电池系统的可重构变换器及其控制方法技术方案

本发明专利技术属于电源技术领域，提供了一种用于电池系统的可重构变换器及其控制方法，其包括可重构电池模块和控制单元；所述控制单元和可重构电池模块连接，所述可重构电池模块包括多个电池组和多个开关管，根据电池组的数量设置开关的数量，所述控制单元用于根据设定的荷电状态阈值，识别出符合荷电状态要求的电池组，根据电池组切换相应的开关管，将其优先放电，通过切换不同的开关管，组合不同的电池组以及配置不同的工作模式。可以解决不同健康状态和不同类似的电池均衡问题，应用在电池包内电池的能力均衡及不同电池包的能量均衡。的能力均衡及不同电池包的能量均衡。的能力均衡及不同电池包的能量均衡。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电池系统的可重构变换器及其控制方法


[0001]本专利技术属于电源
，尤其涉及一种用于电池系统的可重构变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]由于化石能源等不可再生能源日益减少，环境保护问题日益突出，全球交通运输等行业朝着低碳化方向发展。储能电池技术是其中的一项关键技术，由于锂离子电池具有能量密度高、自放电率低、功率性能好、环境友好等显著优点成为储能电池的研究重点。
[0004]当使用多个电池为负载供电时，电池之间难免会有能量差异，造成电池组的容量降低，电池的寿命降低。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题，本专利技术提供一种用于电池系统的可重构变换器及其控制方法，其可以解决不同健康状态和不同类似的电池均衡问题，应用在电池包内电池的能力均衡及不同电池包的能量均衡，可以采用不同的工作模式。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术的第一个方面提供一种用于电池系统的可重构变换器，包括：可重构电池模块和控制单元；所述控制单元和可重构电池模块连接，所述可重构电池模块包括多个电池组和多个开关管，根据电池组的数量设置开关的数量，所述控制单元用于根据设定的荷电状态阈值，识别出符合荷电状态要求的电池组，根据电池组切换相应的开关管，将其优先放电，通过切换不同的开关管，组合不同的电池组以及配置不同的工作模式。
[0008]进一步地，所述可重构电池模块包括n个电池组和4n个开关；所述多个电池组串联连接，其串联后两端的电池组分别为电池组V1、电池组Vn，电池组V1和电池组Vn之间每两个电池组之间设置一个开关管，每个电池组的负极并联两个开关管；4n个开关管中每个开关管与控制单元连接，每个开关管用于根据控制单元的驱动信号来导通断开。
[0009]进一步地，所述可重构变换器还包括升压转换模块和外部电源；
[0010]所述可重构电池模块连接外部电源的负极，所述升压转换模块包括第一开关、电感和二极管和电容，所述电感一端通过第二开关连接至外部电源的正极，另一端和二极管的阳极连接，所述第一开关和电容并联连接至负载两端。
[0011]进一步地，所述工作模式包括充电模式、供电模式、均衡模式和备用模式。
[0012]本专利技术的第二个方面提供一种用于电池系统的可重构变换器的控制方法，包括如下步骤：
[0013]获取每个电池组的SOC；
[0014]根据设定的SOC阈值，识别出符合SOC要求的电池组；
[0015]根据电池组切换相应的开关管，基于放电控制方法将其优先放电，通过切换不同的开关管，组合不同的电池组以及配置不同的工作模式。
[0016]进一步地，所述放电控制方法包括：
[0017]找出SOC最高的电池组，其对电感器进行充电；
[0018]按照SOC对电池组进行排序，为最高SOC电池组放电，其余低SOC模块充电；
[0019]电感器存储来自高SOC电池组的能量，电感器和最高SOC的电池组向负载和其他电池组释放能量。
[0020]或
[0021]所述放电控制步骤还包括：
[0022]按照SOC对电池组从大到小进行排序，由SOC高的电池组为负载提供更多的能量来实现均衡；
[0023]电感器存储来自电池系统的能量。在第一开关断开期间，电感器中的能量通过二极管释放到负载，最高SOC电池组在整个开关周期内向负载提供能量，而其余电池组仅在升压期间内放电。
[0024]进一步地，还包括充电控制步骤，所述充电控制步骤包括：
[0025]获取每个电池组的SOC；
[0026]按照SOC对电池组进行排序，得到最小SOC与最大SOC的电池组；
[0027]从外部获取能量，对最小SOC对应的电池组进行充电，当最小SOC与其相邻SOC的电池组的SOC达到一致时，同时对这两个电池组充电，最后，当所有电池组SOC达到一致时，均衡过程结束，并对所有电池组充电。
[0028]进一步地，所述工作模式包括充电模式、供电模式、均衡模式和备用模式。
[0029]进一步地，所述充电模式包括两种：第一种充电模式为若用户不需要在充电期间为负载供电，不使用boost升压转换器；第二种充电模式为允许外部电源为电池充电的同时为负载供电。
[0030]进一步地，所述均衡模式下，包括一个模块对两个模块的能量转移、两个模块对一个模块的能量转移以及多模块到单模块的能量转移。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0032]本专利技术的电池系统可以解决不同健康状态和不同类似的电池均衡问题，应用在电池包内电池的能力均衡及不同电池包的能量均衡。本专利技术的电池系统可重新配置为不同的工作模式：供电模式，充电模式，均衡模式和备用模式。可根据需要进行模式切换。
[0033]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0034]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0035]图1是本专利技术实施例提供的用于电池系统的可重构变换器结构图；
[0036]图2是本专利技术实施例提供的Boost升压电路；
[0037]图3(a)
‑
图3(b)是本专利技术实施例提供的充电模式，图3(a)是第一种充电模式，图3
(b)是第二种充电模式；
[0038]图4(a)
‑
图4(b)是本专利技术实施例提供的电池模块B3为负载供电；图4(a)是电池模块B3为负载供电，图4(b)是电池模块B2和B3为负载供电；
[0039]图5(a)
‑
图5(c)是本专利技术实施例提供一个切换周期内的均衡模式示意图；其中，图5(a)为单模块到单模块,如B1对B2充电；图5(b)为单模块到多模块，如B1对B2和B3充电，图5(c)为多模块到单模块，如B1和B2对B3充电；
[0040]图6是本专利技术实施例提供的备用模式；
[0041]图7是传统的两种充电均衡的SOC均衡控制算法；
[0042]图8是传统的放电过程中SOC均衡控制算法的流程图；
[0043]图9(a)
‑
图9(c)是本专利技术实施例提供的当充电时无需负载工作时的充电均衡，图9(a)为对电池模块B3充电，图9(b)为对电池模块B2充电,图9(c)为同时对电池模块B2，B3充电；
[0044]图10(a)
‑
图10(c)是本专利技术实施例提供的充电均衡控制策略,图10(a)为从外部电源获取能量，图10(b)为对电池模块B3充电,图10(c)为同时对电池模块B2，B3充电；
[0045]图11(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可重构电池模块和控制单元；所述控制单元和可重构电池模块连接，所述可重构电池模块包括多个电池组和多个开关管，根据电池组的数量设置开关的数量，所述控制单元用于根据设定的荷电状态阈值，识别出符合荷电状态要求的电池组，根据电池组切换相应的开关管，将其优先放电，通过切换不同的开关管，组合不同的电池组以及配置不同的工作模式。2.如权利要求1所述的一种用于电池系统的可重构变换器，其特征在于，所述可重构电池模块包括n个电池组和4n个开关；所述多个电池组串联连接，其串联后两端的电池组分别为电池组V1和电池组Vn，电池组V1和电池组Vn之间每两个电池组之间设置一个开关管，每个电池组的负极并联两个开关管；4n个开关管中每个开关管与控制单元连接，每个开关管用于根据控制单元的驱动信号来导通断开。3.如权利要求1所述的一种用于电池系统的可重构变换器，其特征在于，所述可重构变换器还包括升压转换模块和外部电源；所述可重构电池模块连接外部电源的负极，所述升压转换模块包括第一开关、电感和二极管和电容，所述电感一端通过第二开关连接至外部电源的正极，另一端和二极管的阳极连接，所述第一开关和电容并联连接至负载两端。4.如权利要求1所述的一种用于电池系统的可重构变换器，其特征在于，所述工作模式包括充电模式、供电模式、均衡模式和备用模式。5.如权利要求1
‑
4任一所述的一种用于电池系统的可重构变换器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：获取每个电池组的SOC；根据设定的SOC阈值，识别出符合SOC要求的电池组；根据电池组切换相应的开关管，基于放电控制方法将其优先放电，通过切换不同的开关管，组合不同的电池组以及配置不同的工作模式。6.如权利要求5所述的一种用于电池系统的可重构变换器的控制方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，万广伟，李孟涵，傅泽浩，刘俊杰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：