[发明专利]采用能量均衡的混合储能功率分配系统及其工作方法

权利要求书

1.一种采用能量均衡的混合储能功率分配系统，其特征在于，包括电池B1至电池Bn、超级电容SC、E1双向变换器、E2双向变换器、F1双向变换器至Fn双向变换器、Fsc双向变换器；

所述E1双向变换器输入侧正极连接电池B1的正极，E1双向变换器输入侧负极连接电池Bn的负极，E1双向变换器输出侧正极连接E2双向变换器输出侧正极，E1双向变换器输出侧负极连接E2双向变换器输出侧负极，负载一端分别连接E1双向变换器和E2双向变换器输出侧正极，负载另一端连接E1双向变换器和E2双向变换器输出侧负极，E2双向变换器输入侧正极连接超级电容SC正极，E2双向变换器输入侧负极连接超级电容SC负极；F1双向变换器输入侧正极连接电池B1正极，F1双向变换器输入侧负极连接电池B1负极，电池B1负极还连接电池B2正极，F2双向变换器输入侧正极连接电池B2正极，F2双向变换器输入侧负极连接电池B2负极，电池B2负极还连接电池B3正极，Fn双向变换器输入侧正极连接电池Bn正极，Fn双向变换器输入层负极连接电池Bn负极，电池B3负极连接电池Bn正极，n≥1，且为正整数，F3双向变换器至Fn双向变换器输入侧正负极与电池B3至电池Bn的连接方式以此类推，Fsc双向变换器输入侧正极连接超级电容SC正极，Fsc双向变换器输入侧负极连接SC负极，F1双向变换器输出侧正极至Fn双向变换器输出侧正极和Fsc双向变换器输出侧正极连接，F1双向变换器输出侧负极至Fn双向变换器输出侧负极和Fsc双向变换器输出侧负极连接；

还包括功率分配总线BUS1和能量均衡总线BUS2；

E1双向变换器输出侧正负极、E2双向变换器输出侧正负极和负载两端通过功率分配总线BUS1并联；

F1双向变换器输出侧正负极至Fn双向变换器输出侧正负极，以及Fsc双向变换器输出侧正负极通过能量均衡总线BUS2并联；

设置E1双向变换器、E2双向变换器、F1双向变换器至Fn双向变换器、Fsc双向变换器中两个MOS管的工作时序，根据能量流动路径及流动方向进行工作模态调整，从而使电池和超级电容的能量流动稳定高效，增强充放电能力；

所述工作模态包括：

S1，在负载需求变大瞬时，设置E1双向变换器、E2双向变换器、F1双向变换器至Fn双向变换器和Fsc双向变换器的MOS管占空比，使得能量由超级电容SC经过E2双向变换器传输到功率分配总线BUS1，再由功率分配总线BUS1传输到负载，E1双向变换器与功率分配总线BUS1无能量交换，即由电池B1至电池Bn串联形成的电池组与负载之间无能量流动；电池B1至电池Bn、超级电容SC之间由F1双向变换器至Fn双向变换器、Fsc双向变换器在能量均衡总线BUS2上进行能量交换，实现荷电状态(SOC)的一致；

S2，在负载需求变大稳定阶段，设置E1双向变换器、E2双向变换器、F1双向变换器至Fn双向变换器和Fsc双向变换器的MOS管占空比，使得能量由电池B1至电池Bn串联形成的电池组经过E1双向变换器传输到功率分配总线BUS1，再由功率分配总线BUS1传输到负载，E2双向变换器与功率分配总线BUS1无能量交换，即超级电容SC与负载之间无能量流动；电池B1至Bn、超级电容SC之间由F1双向变换器至Fn双向变换器、Fsc双向变换器在能量均衡总线BUS2上进行能量交换，实现荷电状态(SOC)的一致；

S3，在负载需求变小瞬时，设置E1双向变换器、E2双向变换器、F1双向变换器至Fn双向变换器和Fsc双向变换器的MOS管占空比，使得能量由负载传输到功率分配总线BUS1，再由功率分配总线BUS1由E2双向变换器传输到超级电容SC，E1双向变换器与功率分配总线BUS1无能量交换，即由电池B1至电池Bn串联形成的电池组与负载之间无能量流动；电池B1至Bn、超级电容SC之间由F1双向变换器至Fn双向变换器、Fsc双向变换器在能量均衡总线BUS2上进行能量交换，实现荷电状态(SOC)的一致；

S4，在负载需求变小稳态阶段，设置E1双向变换器、E2双向变换器、F1双向变换器至Fn双向变换器和Fsc双向变换器的MOS管占空比，使得能量由负载传输到功率分配总线BUS1，再由功率分配总线BUS1由E1双向变换器传输到由电池B1至电池Bn串联形成的电池组，E2双向变换器与功率分配总线BUS1无能量交换，即超级电容SC与负载之间无能量流动；电池B1至Bn、超级电容SC之间由F1双向变换器至Fn双向变换器、Fsc双向变换器在能量均衡总线BUS2上进行能量交换，实现荷电状态(SOC)的一致；

S5，在超级电容SC能量耗尽，且负载需求变大瞬时，设置E1双向变换器、E2双向变换器、F1双向变换器至Fn双向变换器和Fsc双向变换器的MOS管占空比，能量从电池B1至电池Bn分别通过F1双向变换器至Fn双向变换器传输到能量均衡总线BUS2上，再由能量均衡总线BUS2通过Fsc双向变换器传到超级电容SC，以补充超级电容SC中的能量，同时能量经过E2双向变换器传输到功率分配总线BUS1，再由功率分配总线BUS1传输到负载，E1双向变换器与功率分配总线BUS1无能量交换，即由电池B1至电池Bn串联形成的电池组与负载之间无能量流动；

S6，在超级电容SC能量饱和，且负载需求变小瞬时，设置E1双向变换器、E2双向变换器、F1双向变换器至Fn双向变换器和Fsc双向变换器的MOS管占空比，能量从超级电容SC由Fsc变换器传输到能量均衡总线BUS2上，再由能量均衡总线BUS2通过F1双向变换器至Fn双向变换器传输到电池B1至电池Bn，以减小超级电容SC中存储的能量，同时能量由负载传输到功率分配总线BUS1，再从功率分配总线BUS1上依次通过E2双向变换器、Fsc双向变换器传输到F1双向变换器至Fn双向变换器，然后传输到电池B1至电池Bn，E1双向变换器与功率分配总线BUS1无能量交换，即由电池B1至电池Bn串联形成的电池组与负载之间无能量流动。

2.根据权利要求1所述的采用能量均衡的混合储能功率分配系统，其特征在于，还包括：

S-A，根据能量守恒定律，由电池B1至电池Bn串联形成的电池组通过E1双向变换器与均衡总线BUS1之间交换的能量P_B、由超级电容SC通过E2双向变换器与均衡总线BUS1之间交换的能量P_SC、负载与均衡总线BUS1之间交换的能量P_L间应满足：P_L＝P_B+P_SC；

S-B，根据能量守恒定律，电池B1至电池Bn分别通过F1双向变换器至Fn双向变换器与能量均衡总线BUS2之间交换的能量P_B1至P_Bn，超级电容SC通过Fsc双向变换器与能量均衡总线BUS2之间交换的能量P'_SC间应满足：

S-C，能量均衡电路通过F1双向变换器至Fn双向变换器、Fsc双向变换器均衡电池B1至电池Bn、超级电容SC的能量，均衡目标为实现电池B1至电池Bn、超级电容SC的SOC的一致，即实现：SOC₀＝SOC₁＝SOC₂＝...＝SOC_n。