[发明专利]基于BuckBoost变换的串联储能多模式均衡电路

说明书

本发明涉及一种基于BuckBoost变换的串联储能多模式均衡电路，属于电力电子技术领域。串联储能单体数量为n时，包含n‑1个电感，n个开关管，2n‑2个双向开关。利用2n‑2个双向开关，可以控制n‑1个电感处于断路、短路、接入三种状态之一，再配合使用n个开关管，可以使单体或相邻单体构成的小组和其他与之相邻的单体或小组，以及处于接入状态电感构成BuckBoost变换器，实现均衡能量的传递。在电感数量不变、高频开关管数量减少、仅增加一些低频双向开关的情况下，实现比传统BuckBoost均衡电路更为灵活、多样化的均衡功能，可以提高均衡速度和均衡效率。

技术领域

本发明涉及一种基于BuckBoost变换的串联储能多模式均衡电路，属于电力电子技术领域。

背景技术

以各种电池或超级电容器等储能单体构成的串联储能组在电动汽车、新能源发电等领域应用广泛。由于储能单体间存在不可避免的差异，在串联使用过程中，极易出现某个或某些单体过充或过放，如果不对储能组进行能量均衡，则会导致实际容量下降、使用寿命减少等诸多问题，因此储能体间的能量均衡一直是串联储能实际应用的关键技术之一。

一般而言，储能体的能量与其电压相关度高，因此往往通过释放电压较高单体的能量，补充电压较低单体的能量来实现能量均衡。和通过电阻消耗电压较高单体能量的无源均衡方式相比，利用变换器传递能量的有源均衡方式更受欢迎。在有源均衡方式中，绝大部分都是利用电感或耦合电感作为中间储能环节，在单体间传递能量，可以分为以下几种基本方式。

一是飞渡电感方式，电感两端和每个单体的正、负极都通过双向开关相连，这样每个单体都可以通过和电感交换能量，达到任意单体之间进行直接均衡的目的。这种方法需要大量的双向开关，双向开关中的两个开关管也需要不同的驱动信号，此外由于开关切换动作时需要留有死区时间，电感电流没有续流路径会形成较大的电压尖峰。

二是BuckBoost变换器方式，以两个相邻单体、两个开关管和一个电感组成BuckBoost变换器，可实现相邻单体间的能量均衡。在每两个相邻单体间设置BuckBoost变换器，通过能量在相邻单体间的依次传递，可实现整组的能量均衡。该方法控制简单，但不相邻单体不能直接进行能量均衡，因此均衡速度较慢。

三是反激变换器方式，将多输出绕组变压器的原边绕组经双向开关连接串联储能组，各副边绕组分别经双向开关连接各单体，虽然各单体间不能直接进行能量传递，但可使电压较高单体向整组传递能量，而电压较低的单体可从整组获得能量，由于整个串联储能组作为中间过渡环节，因此均衡效率不高。

以上述三种方式为基础，人们提出了很多均衡方法，例如在飞渡电感方式中，利用耦合电感代替电感，使开关管数量大大降低；在BuckBoost变换器方式中，将各变换器中的电感耦合在一起，可以跨单体传递能量；反激变换器方式中，改变一部分耦合电感的同名端，实现了部分单体间的直接均衡。上述方法改进了均衡效果，但仍然存在一些共性问题，一是付出的代价较大，开关管及其驱动数量的增多，导致结构和控制复杂；二是均衡路径不够灵活，基本上还局限于单体间或单体与整组间的能量传递。

发明内容

本发明克服了现有均衡电路在实现单体能量均衡时工作方式不灵活的缺点，并且可以实现多个均衡过程同时进行工作，具有均衡方式灵活多变、均衡速度快的特点，本发明提供了一种基于BuckBoost变换的串联储能多模式均衡电路。

本发明涉及的基于BuckBoost变换的串联储能多模式均衡电路，适用于各种类型电池和超级电容器。