[发明专利]基于LC-L的串联电池组均衡电路及均衡方法

说明书

本发明公开了一种基于LC‑L的串联电池组均衡电路及均衡方法，串联电池组由n个单体电池组成；均衡电路包括2n+2个MOS管、2n+2个二极管、一个LC‑L储能电路；LC‑L储能电路包括电感L、电容C、二极管VD、di/dt抑制电路；di/dt抑制电路包括缓冲电感L_b、电阻R_b、二极管VD_b。该均衡电路的第一个特点是，整个均衡电路只需要一个LC‑L储能电路用于能量转移，可以大大缩小均衡电路的体积；第二个特点是，易于扩展，当串联电池组的单体电池数量变化时，只需要增加或者减少相应的MOS管数量；第三个特点是，均衡速度快，充放电过程中均衡能量可以直接从高能量单体转移到低能量单体。

技术领域

本发明属电池均衡技术领域，涉及一种基于LC-L的串联电池组均衡电路及均衡方法，适用于新能源汽车中电池管理系统。

背景技术

随着经济快速发展，能源危机和环境污染问题日益突出。新能源汽车作为一种可持续发展的交通方式，在未来将获得越来越大的发展势头。在新能源汽车中，由于单体电池电压、电流较低，为了达到所需的电压或功率要求，单体电池必须进行相应的串并联才可以满足不同的需求。在各种不同类型的动力电池中，由于锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低等优点，被广泛应用在新能源汽车的动力电池系统中。另外，单体电池在制造和使用过程中，受到内阻变化、电池老化等自身因素，以及工作温度等外部因素影响，普遍存在不一致性问题，进而导致电池组可能出现过充、过放的现象，降低电池组能量利用率、循环寿命，甚至危及电池组的安全性。为了消除电池组的不一致问题，延长电池组循环寿命，必须对电池组进行有效的均衡。

均衡技术的研究，主要集中在高效、可靠的均衡拓扑研究。电池组的均衡拓扑按能量的耗散和转移形式可以分为能量耗散型均衡电路和能量非耗散型均衡电路。基于电阻的均衡电路属于能量耗散型均衡电路，一方面降低了能量利用率，一方面产生了散热问题，且均衡电流小，但由于其结构简单，成本低，仍然被广泛使用。基于电感的均衡电路的均衡电流可控性强，均衡效率较高，但是MOS管的冲击电流较大，容易对电池产生不利影响。基于电容的均衡电路具有均衡速度快、均衡效率高的优点，但是均衡过程依靠单体电池的电压差，而单体电池的电压并不能有效反应电池的不一致性，难以有效实现均衡。采用LC谐振电路进行均衡，可以实现单体到单体的均衡，均衡速度快，均衡效率高，但MOS管多、成本高、控制复杂。基于变压器的均衡电路利用了单绕组或多绕组变压器将电能与磁能进行相互转换，实现能量在单体之间双向传输，这种均衡电路优点是均衡速度快，但是结构复杂，成本高，不易扩展，且存在绕组变压器饱和等问题，一般应用在单体电池数量较少的场景。采用Cuk、Buck-Boost等变换器构成双向反激DC-DC功率变换器，其能量传输更为灵活，可以实现能量的双向流动，均衡速度快，容易实现模块化，但其电路构成比较复杂，且控制信号复杂，存在绕组的磁损耗问题，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的技术问题，提出了基于LC-L的串联电池组均衡电路及均衡方法，改善串联电池组不均衡现象，延长电池组使用寿命。

为达到上述目的，本发明按照以下技术方案实施：

基于LC-L的串联电池组均衡电路：

串联电池组由n个单体电池组成；所述均衡电路包括2n+2个MOS管、2n+2个二极管、一个LC-L储能电路；所述LC-L储能电路包括电感L、电容C、二极管VD、di/dt抑制电路；所述di/dt抑制电路包括缓冲电感L_b、电阻R_b、二极管VD_b；

每个所述单体电池的正极的左右桥臂与串联的MOS管和二极管相连接，每个所述单体电池的负极的左右桥臂与串联的MOS管和二极管相连接，然后将MOS管和二极管串联电路的尾端与LC-L储能电路串联连接；