[发明专利]一种双电容倍压均衡器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种双电容倍压均衡器及其控制方法，均衡器由n个选通开关构成的开关矩阵、电容C1、电容C2、六个带反并联二极管的MOSFET开关、n‑1个带反并联二极管的充放电开关Tk组成。本发明可有效解决单电容均衡时由于压差较小造成的均衡速度慢、均衡效果差的问题。本发明均衡器可在静置、充电、放电三种状态下工作。其中静置均衡为多目标均衡，由开关矩阵选中多个单体电池进行同时释放或吸收能量，均衡过程中各单体电池相互独立，均衡速度快，均衡电路易控易实现；充电和放电均衡为单目标均衡，均衡电流易于控制，均衡能量转移效率高。

技术领域

本发明涉及一种双电容倍压均衡器及其控制方法，属于电力电子技术和蓄电池组能量均衡管理技术领域。

背景技术

随着环境污染和能源危机的日益严重，为了节能环保，世界各个国家都大力发展二次能源——电能，因此电动自行车等无污染的清洁交通工具逐渐兴起。由于锂离子电池具有体积小、重量轻、标称电压相对较高、循环寿命长、无记忆效应等优点，因此受到广泛应用。锂离子单体电池的电压在3.6V左右，在使用中需要将锂离子电池串联来满足电压的要求。但蓄电池由于制造技术、材质和其它方面的差异从而导致了其在充电或放电的过程中不均衡，有的单体电池在充电的过程中会先充满，有的则在放电时先放完。因此，电池组的充电容量受组中能量最高的单体电池的容量的限制，而电池组的放电容量受组中能量最低的单体电池的容量的限制，这样电池组的充、放电容量越来越小，最终导致电池组报废。所以，必须采取有效的措施来对串联的锂离子单体电池进行能量均衡，提高电池组的充放电容量，从而延长电池组的使用寿命。

对于电动自行车等需要中小型串联电池系统提供能量的设备，目前有多种均衡方法。如电阻均衡法、电容均衡法、电感均衡法和变压器均衡法。其中电容均衡法的均衡速度快、均衡效率高，但传统的电容均衡法如飞度电容法采用单个电容作为储能元件，当电压差较小时，均衡速度与效率将受到较大限制。

发明内容

针对电动自行车等中小型串联电池系统的锂离子单体电池间能量不一致问题，本发明提供了一种双电容倍压均衡器及其控制方法。

本发明的技术方案是：一种双电容倍压均衡器，对于由n个单体电池BTi组成的电池系统，均衡器由n个选通开关构成的开关矩阵、电容C1、电容C2、六个带反并联二极管的MOSFET开关、n-1个带反并联二极管的充放电开关Tk组成；其中，六个带反并联二极管的MOSFET开关两两反向串联，带反并联二极管的MOSFET开关Q1-Q2在电容C1和电容C2串联放电时导通、并联充电时断开，带反并联二极管的MOSFET开关Q3-Q6在电容C1和电容C2并联充电时导通、串联放电时断开；每个开关矩阵与对应的单体电池、总线1、总线2连接，每个单体电池通过对应的充放电开关连接；i＝1,2,...n；k＝1,2,...n-1。

所述开关矩阵分为上桥臂开关Si1、下桥臂开关Si2，n个开关矩阵的上桥臂开关Si1的上端引出的n条引线连接至总线1，下桥臂开关Si2的上端引出的n条引线连接至总线2，n个开关矩阵的上桥臂开关Si1的下端引出的n条引线分别与对应单体电池BTi的正极相连，下桥臂开关Si2的下端引出的n条引线分别与对应单体电池BTi的负极相连；带反并联二极管的MOSFET开关Q3、带反并联二极管的MOSFET开关Q4的源极相连，带反并联二极管的MOSFET开关Q3的漏极连接至电容C1的一端、总线1，带反并联二极管的MOSFET开关Q4的漏极连接至电容C2的一端；带反并联二极管的MOSFET开关Q5、带反并联二极管的MOSFET开关Q6的源极相连，带反并联二极管的MOSFET开关Q5的漏极连接至电容C1的另一端，带反并联二极管的MOSFET开关Q6的漏极连接至电容C2的另一端、总线2；带反并联二极管的MOSFET开关Q1、带反并联二极管的MOSFET开关Q2的源极相连，带反并联二极管的MOSFET开关Q1的漏极连接至带反并联二极管的MOSFET开关Q4的漏极与电容C2一端的连线，带反并联二极管的MOSFET开关Q2的漏极连接至带反并联二极管的MOSFET开关Q5的漏极与电容C1另一端的连线；n-1个放电开关Tk两端各引出一条引线，分别与单体电池BTk的负极和相邻下一单体电池BTk+1的正极相连。