[发明专利]一种带有超级电容的锂电池均衡控制方法及控制系统

说明书

本发明公开了一种带有超级电容的锂电池均衡控制方法及控制系统，包括锂电池组、均衡电路单元、电压监测单元、温度监测单元、开关阵列以及MCU控制单元，所述的锂电池组包括多个单体锂电池，锂电池组分别与电压监测单元、温度监测单元以及开关阵列连接，所述开关阵列通过均衡电路单元与MCU控制单元连接，所述MCU控制单元还连接有电压监测单元、温度监测单元。优点：提高了整个锂电池组的均衡效率及可控性，保证各单体锂电池之间的电压一致性。

技术领域

本发明属于锂电池均衡管理技术领域，具体涉及一种带有超级电容的锂电池均衡控制方法及控制系统。

背景技术

锂电池是一类采用锂金属或锂合金作为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池具有高储存能量密度，高比功率，相比于其他种类的电池具有循环使用寿命长、自放电率低、无记忆效应、环境污染小等优点。随着未来电池技术的不断成熟，锂电池将成为最具发展前景的电池之一。然而，单体锂电池的工作电压比较低，一般为3 .7V，因此，在实际应用中，为获得较高的工作电压需要将多个单体锂电池串联使用，而多个单体锂电池受自身特性限制，在生产过程中、储存过程中及长期使用过程中无法保证绝对的一致性，因此各自的充放电能力会有所不同。具体表现为，在充电过程中，高电压单体锂电池最先充满，如果继续充电就会出现过冲现象，而此时低电压单体锂电池还未充满；在放电过程中，低电压单体锂电池放电结束，如果继续放电就会出现过放现象，而此时高电压单体锂电池还存储有残余电量，并且，随着充放电循环次数的不断增加，这种单体锂电池之间的不一致性问题会逐渐加深，最终影响整个串联锂电池组的充放电效率及使用寿命。

目前，开关电容均衡装置常被用来解决串联锂电池组中各单体锂电池无法保证一致性的问题。常规的开关电容均衡装置主要包括充当电能转移载体的电容以及设置在电容和单体锂电池之间的开关阵列。在均衡过程中，首先需要明确电池组中的高电压单体锂电池和低电压单体锂电池，并将高电压单体锂电池的电能充入电容，然后将电容中的电能转移到低电压单体锂电池中。上述开关电容均衡方式具有较高的均衡效率，较好的均衡效果，然而在实际应用中仍表现出有缺陷：在锂电池组的放电过程中电容会残留一些电量，而随着放电过程的进行，其中的单体锂电池的端电压会逐渐降低并最终小于电容两端的电压，这种现象所导致的结果就是，在下次均衡过程中高电压单体锂电池的电能会无法通过电容转移到低电压单体锂电池中，从而出现开关电容均衡方式失效的现象。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种带有超级电容的锂电池均衡控制方法及控制系统，可以实现串联锂电池组中任意单元锂电池间的均衡，且损耗很低，较好的满足对均衡拓扑所提出的低能耗要求。

技术方案：本发明所述的一种带有超级电容的锂电池均衡控制方法，包括如下步骤：

（1）通过对各电池现状态下的荷电量比较，根据预先设定的规则选出需要进行放电和充电的电池，然后分别计算出需要转移的能量值；

（2）由S1~S13 功率开关阵列选通荷电容量较高的电池，同时选择双向功率开关DS1、DS2 的导通模式，并将双向DC-DC 拓扑中的MOS2 功率开关关断，对MOS1 进行PWM 控制，构成Boost 升压电路，荷电容量较高的电池向超级电容进行升压充电，同时对超级电容的电压、充电电流进行实时高精度测量，以实时估测超级电容的储能状态，当充电能量达到计算值时充电结束；

（3）由S1~S13 功率开关阵列选通储能较低的电池，同时选择双向功率开关DS1、DS2 的导通模式，并将双向DC-DC 拓扑中的MOS1 功率开关关断，对MOS2 进行PWM 控制，构成Buck降压电路，超级电容向储能容量较低的电池进行恒压/恒流充电，同时对超级电容的电压进行实时测量，以实时估测超级电容的储能状态，当放电能量达到计算值时充电结束；