[发明专利]一种集中-分散并联型开关电容均衡电路及其控制方法

说明书

本发明公开了一种集中‑分散并联型开关电容均衡电路及其控制方法。均衡电路包括n个依次串联的电池，其中有且仅有一个电池为集中并联电池；n‑1个均衡电容通过分散并联开关组中的开关管分别与n‑1个电池并联，再通过集中并联开关组中的开关管与剩余的1个集中并联电池并联，且各均衡电容通过集中并联开关组相互并联。集中并联开关组和分散并联开关组的控制信号为一对频率固定、占空比互补且设置有死区时间的PWM信号。本发明的有益效果是：以电容作为能量传输媒介，均衡电路原理简单、控制简单；与传统的开关电容均衡技术相比，为任意两个电池提供了直接均衡通路，缩短了均衡路径，消除了电池电压不均衡分布对均衡速度的影响。

技术领域

本发明涉及串联电池组电压均衡技术领域，尤其是一种集中-分散并联型开关电容均衡电路及其控制方法。

背景技术

串联锂电池组常被作为储能单元或备用电源用于便携式电子设备、电动汽车、光电系统和风电系统等场合。电池组通常作为一个整体进行充放电，但是电池单体的内阻、电压、容量等性能具有不一致性，会造成电池单体的过充和过放。电池过充会使电池发热严重，加速电池的老化，降低电池的使用寿命，甚至可能会引起电池爆炸；电池过放会严重损害电池的性能，减小电池的可用容量。在电池状态不一致状况下对电池组进行充放电，还会造成电池容量的浪费。为了解决这种不一致性问题，延长电池的使用寿命，需要在电池组中加入电池均衡电路。

现有的均衡电路主要分为能量耗散型和非能量耗散型。能量耗散型均衡电路是使用电阻等耗能元件将高压电池中的能量消耗，以实现电池组中电池电压的均衡。非能量耗散型均衡电路是利用电容、电感等非耗能元件作为传能媒介，实现能量从高压电池到低压电池的传输。根据使用均衡器件的不同，非耗散型均衡电路可以分为基于电感型、基于变压器型和基于电容型等。基于电感型和基于变压器型的均衡电路采用电感和变压器等磁性元件作为能量传输器件，均衡速度快，但是控制复杂，且因为大量使用磁性元件，有增加均衡电路的体积、均衡损耗等缺点。基于电容型的均衡电路均衡原理简单、体积小，常见的有开关电容均衡电路、飞渡电容均衡电路等。飞渡电容均衡电路和开关电容均衡电路都是以电容作为能量传输器件，利用电池间的电压差进行均衡，均衡原理简单。飞渡电容均衡电路只能同时对两个电池进行均衡，在不均衡电池数量较多时均衡过程长，且控制较复杂。开关电容均衡电路控制简单，但其均衡原理是相邻单体-单体间均衡，均衡电路的均衡速度与电池电压的不均衡分布有关，尤其当电池组两端的电池电压不均衡时，均衡速度缓慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种集中-分散并联型开关电容均衡电路及其控制方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种集中-分散并联型开关电容均衡电路，包括依次串联的电池B₁,B₂,…,B_n，n≥3，其中有且仅有一个电池为集中并联电池B_j；

当j＝n，还包括

电池B_i的正极连接到MOS管S_i1的源极，S_i1的漏极连接到MOS管S_ij1的源极，S_ij1的漏极连接到B_j的正极；电池B_i的负极连接到MOS管S_i2的源极，S_i2的漏极连接到MOS管S_ij2的源极，S_ij2的漏极连接到B_j的负极；均衡电容C_i的一端连接到S_i1的漏极，另一端连接到S_i2的漏极；其中，i<j；

当1<j<n，还包括