[发明专利]具有灵活路径的串联储能均衡电路

说明书

本发明涉及一种具有灵活路径的串联储能均衡电路，属于电力电子技术领域。串联储能单体数量为n，n为偶数时，包含n/2个匝数相同的耦合电感，3n个开关管，n个双向开关，每两个储能单体构成一个储能小组。组内两个单体均衡时，利用耦合电感和开关管构成Buck‑Boost变换器，实现两个单体间的能量均衡；不同组的单体或小组组间均衡时，利用相应的开关管、耦合电感构成反激变换器，实现能量在单体间、单体小组间、小组小组间传递，也可以利用反激变换器多路输出的特点，实现一个单体或小组同时对多个单体或小组的均衡。本发明均衡方式灵活多样，具有能量传递路径短、均衡速度快的优点。

技术领域

本发明涉及一种具有灵活路径的串联储能均衡电路，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Buck-Boost变换器方式，以两个相邻单体、两个开关管和一个电感组成Buck-Boost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Buck-Boost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。

综合各种方式可见，如果能实现任意单体间的能量直接传递，使各单体都可储能或释能，则能提高均衡速度和均衡效率。在可实现任意单体间的能量直接传递的均衡方式中，还存在可均衡单体数量较少、工作方式复杂且个别方式均衡效率不高的问题，此外，这些方式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

本发明实现了串联储能组中任意单体间、单体与相邻单体组成的小组间、小组小组间能量的直接传递，解决了现有均衡电路中可均衡单体数量较少、均衡路径长和均衡方式不灵活的问题，本发明提供了一种具有灵活路径的串联储能均衡电路。

本发明涉及的具有灵活路径的串联储能均衡电路，适用于各种类型电池和超级电容器。