[发明专利]一种基于开关电容和LC谐振单元的均衡电路及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于开关电容和LC谐振单元的均衡电路及控制方法，均衡电路包括两个以上结构相同且分别配置一个电池的开关电容单元；还包括LC谐振单元，也配置一个电池；所有开关电容单元所配置的电池串联后，正极连接到LC谐振单元所配置的电池负极。具有两种工作模式：模式1，当电池间的最大电压差超过模式切换阈值时，开关电容单元工作，实现所有电池间的能量传输，使电池间的电压差快速减小至模式切换阈值；模式2，当电池间的最大电压差小于等于模式切换阈值时，LC谐振单元工作，使得均衡电路在电池间电压差较小时仍然有较大的均衡电流，保证了均衡速度。通过控制两种模式的切换阈值，可以得到不同的均衡速度，以满足不同场合的需要。

技术领域

本发明涉及锂电池电压均衡技术领域，尤其是一种基于开关电容和LC谐振单元的均衡电路及控制方法。

背景技术

纯电动汽车作为一种环境友好型的交通工具，得到了大量的研究及应用。其中，锂电池由于其能量密度高、自放电率低、无记忆效应等优势，是纯电动汽车动力系统的理想动力源之一。但是，因为单个锂电池的额定电压较低，通常不超过4.2V，所以通常将大量的锂电池串联使用，为负载提供足够大的电压。由于生产制造的原因，电池单体在内阻、电压、容量等性能方面具有不一致性，同时在电池使用的过程中由于环境温度的差异及电池的老化，会使得这种不一致性加剧，导致电池容量的浪费、降低电池的使用寿命。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均衡电路。

为了解决电池的不一致性问题，多种均衡电路及其控制策略被提出。现有的均衡电路主要分为能量耗散型和非能量耗散型。其中，能量耗散型均衡电路体积小、成本低，但是其均衡能量通过热能的形式消耗，均衡效率低。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。其中，基于单个变换器和开关组的均衡电路可以实现电池组中任意两个电池的快速均衡，但是无法同时均衡多个电池。因此随着不均衡电池数量的增多，电路的均衡速度会大幅下降。传统开关电容均衡电路可以同时均衡多个电池，在电池间电压差较大时均衡速度较快，但是当电池间电压差较小时均衡速度慢；而且，传统开关电容均衡电路只由一对占空比互补的控制信号控制，均衡效果受电池间参数的不一致及电路参数的影响较大，均衡后的电池间电压差不可控，无法实现满意的均衡效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于开关电容和LC谐振单元的均衡电路及控制方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种基于开关电容和LC谐振单元的均衡电路，包括两个以上结构相同的开关电容单元，每个开关电容单元配置一个电池；所述开关电容单元，包括电容和四个MOS管；第一MOS管的漏极和第三MOS管的漏极连接后再连接到电容的一端，第二MOS管的漏极和第四MOS管的漏极连接后再连接到电容的另一端；第一MOS管的源极连接到电池的正极，第二MOS管的源极连接到电池的负极；还包括LC谐振单元，LC谐振单元也配置一个电池；所述LC谐振单元，包括谐振电容、谐振电感和三个MOS管；谐振电容和谐振电感串联构成谐振支路；一号MOS管的源极和三号MOS管的漏极连接后再连接到谐振支路的一端，二号MOS管的源极和三号MOS管的源极连接后再连接到谐振支路的另一端；一号MOS管的漏极连接到电池的正极，二号MOS管的漏极连接到电池的负极；所有开关电容单元所配置的电池串联后，正极连接到LC谐振单元所配置的电池负极；所有开关电容单元的第三MOS管的源极均连接到LC谐振单元的三号MOS管的漏极，所有开关电容单元的第四MOS管的源极均连接到LC谐振单元的三号MOS管的源极。

上述电压均衡电路的控制方法，包括

检测每一个电池的电压，计算最高电压和最低电压的电压差；