[发明专利]一种可重构的均衡电路结构与控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电池均衡和重构技术领域，特别提出一种针对串联电池组的可重构的均衡电路结构与控制方法。

背景技术

由于污染和能源危机，对新能源的研究应用在世界范围内大幅度增加，如电动车、光伏发电、风力发电等。这些应用中最关键的部件就是电池储能系统，为了满足动力和能量的需求，电池储能系统需要上百甚至上千电池单元串联或并联连接，使用如此多电池单元，特别是对于串联，电池不均衡问题不能忽视。

电池均衡就是通过某种方法使电池组中各电池单体的状态趋于一致。电池均衡对于电池储能系统至关重要，电池单体由于其内阻、容量、荷电状态、外界环境等因素的不同，在实际使用时会处于不均衡的状态。电池组中一些电池具有较小的容量，这些电池在放电时将更早的达到放电电压限制，而系统将为了安全停止整个电池组放电，导致电池组中良好电池不能完全放电，充电过程也是相同的。因此，电池组的总容量将减小即“木桶效应”。电池间不均衡会导致电池组的实际使用容量低于额定值，部分电池还可能出现过充电或过放电的情况，影响电池的使用特性，降低使用寿命。

当电池组中的电池单元的容量几乎相同且仅具有不同的荷电状态时，均衡是足够的。然而，有时，电池组中的一些电池单体可能比其他电池单体更快地衰退，这些电池单体具有更少的容量，在这种情况下，均衡仅会在单体容量差异较小时工作，当单体容量差异较大时，一些电池单体将会失效。这种情况下，均衡技术不能弥补这种不平衡，更换电池单体可能是最好的解决方案。然而，这些电池单体通常存储在电池组中，更换它们是非常困难、耗时和昂贵的。重构技术被认为是上述问题的另一种解决方案，它可以提高电池组性能和延长电池组的寿命。重构电池组提高了连接或移除电池组中电池单体的灵活性并且多个电池单体可以串联、并联或以串、并联的混合方式配置。

然而，重构技术需要大量开关及开关驱动电路，导致可靠性和价格昂贵问题不可避免。此外，在一个简易系统中同时实现均衡和重构功能是非常困难的。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可重构的均衡电路结构与控制方法，电路结构简单，控制复杂度低，兼具均衡与重构的作用。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种可重构的均衡电路结构，由电池组与电池组熔断丝F_s串联构成；其中，电池组包括n个串联的电池模块BM_i；

所述电池模块BM_i包括电池单体B_i、熔断丝F_i、N沟道MOSFETM_i和驱动电路D_i；电池单体B_i和熔断丝F_i串联，电池单体B_i和熔断丝F_i的两端分别与N沟道MOSFETM_i的漏极和源极相连，N沟道MOSFETM_i的栅极与驱动电路D_i相连，形成环路。

优选地，所述驱动电路D_i由电阻电容过滤器和PWM驱动的光电耦合器组成，PWM与光电耦合器的输入端相连，光电耦合器输出端的一端与电阻电容过滤器串联后接入N沟道MOSFETM_i的栅极，光电耦合器输出端的另一端接入N沟道MOSFETM_i的源极。

优选地，熔断丝F_i的额定电流大于电池组熔断丝F_s的额定电流。

本发明还公开了基于上述的可重构的均衡电路结构进行均衡和重构的方法，包括以下步骤：

1)系统初始化，使N沟道MOSFETM_i处于不导通状态即OFF状态，所有电池模块BM_i处于正常模式，所有电池单体B_i串联连接组成电池组，不需均衡和重构；

2)若有电池单体B_i需要均衡，使N沟道MOSFETM_i工作在放大区，此时N沟道MOSFETM_i处于PWM状态，等效于一个开关和一个电阻的串联，对应的熔断丝F_i等效于一个导体，电池单体B_i通过电阻消耗储存的能量，实现单个电池单体B_i的均衡；

若没有电池单体B_i需要均衡，则判断是否有电池单体B_i需要重构，