[发明专利]基于超级电容储能转移的锂电池组主动均衡系统

说明书

本发明公开了一种基于超级电容储能转移的锂电池组主动均衡系统，该均衡系统均包括：两个串联电池组、一个控制器、两组开关阵列、一个串联超级电容组。其中，控制器产生两个占空比相同的PWM信号分别控制两组开关阵列中所有开关桥的上桥臂和下桥臂导通和关断，实现串联的电池组中电量高的电池向超级电容组充电，超级电容组存储电量之后，一方面向外部输出，另一面向电量低的电池放电。本发明通过串联超级电容组转移电量和输出电量，能够在实现对锂电池的主动均衡的同时有效地缓冲大功率输出时电流对锂电池的冲击，对延长锂电池的使用寿命方面的贡献突出。

技术领域

本发明涉及电池能量的主动均衡技术领域，具体涉及一种基于超级电容储能转移的锂电池组主动均衡系统。

背景技术

目前，可充电电池作为一种储能元件，广泛应用于不间断电源、人造卫星、电动汽车等领域，锂离子电池因其能量密度高、自放电率低、无记忆效应等优点，被认为是最具吸引力的可充电电池之一。

在高功率的应用，如电动汽车，锂离子电池必须串联起来以提高供电能力，但是由于单个电池由于制造工艺等原因会导致单节电池的内阻、电池容量、端电压等不同，当电池组作为一个单元进行充电和放电时，单个电池的温度和内部化学特性不同会导致电池之间的荷电状态不平衡，从而导致电池的端电压不平衡。电池之间的不平衡会威胁到电池串的长期可靠性，因为若使总容量达到充电的上限，不平衡的电池电压会导致电池过充和过放电，降低电池的总存储容量和使用寿命。

不同的电池均衡技术在许多相关文献已经有描述。这些技术可以分为被动均衡方式和主动均衡方式。被动均衡方式通常有一个电阻并联于每个电池单元，通过电阻器消耗过充电池的多余能量，这类方法易于实现，具有成本低、体积小的特点，但由于功耗大，降低了效率，给电池管理系统带来了热问题，与被动均衡方式相比，主动均衡方式将能量在电池单元间进行再分配，具有效率高、均衡速度快的优点。

所有可再生能源和电力移动的主要因素是包括电池和超级电容器在内的储能设备。它们与电池管理系统和功率转换技术的研究和开发密切相关。开关电容(SC)功率转换电路具有体积小、成本低、易于控制等优点，长期以来成功地应用于串接电池组的主动电压均衡。

目前的均衡方式都是在实现对电池均衡的同时让电池对外部负载供电，没有考虑到可能会有冲击电流对电池的安全和使用寿命产生影响，应该考虑让均衡电路实现对电池实现均衡的同时实现对外部供电的功能，从而达到缓冲的目的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于超级电容储能转移的锂电池组主动均衡系统，该主动均衡系统利用超级电容对电池组实现均衡的同时向外部负载供电。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于超级电容储能转移的锂电池组主动均衡系统，所述主动均衡系统包括两个串联电池组、一个控制器、两组开关阵列、一个串联超级电容组，其中，所述串联超级电容组由n个超级电容C₁、C₂、…C_i、…C_n依次串联组成，i＝1、2、…、n；

所述两个串联电池组分别位于串联超级电容的两侧，每组串联电池组分别由n-1个电池单体B_1”、B_2”、…B_i”、…B_(n-1)”和B_1”’、B_2”’、…B_i”’、…B_(n-1)”’依次串联组成，i”＝1、2、…、n-1，i”’＝1、2、…、n-1；