[实用新型]应用于锂电池包的解耦型模块化主动均衡电路

说明书

本实用新型公开了一种应用于锂电池包的解耦型模块化主动均衡电路。传统的直接模块化主动均衡由于模块内及模块间的耦合效应，某些单体电池会发生均衡重叠现象，额外增加了主动均衡所需要转移的电量，降低均衡速率和均衡效率，增加了电池循环。本实用新型提出的解耦型模块化主动均衡方法通过将模块间均衡线路与各模块均衡母线相连，解除了模块内与模块间的耦合效应，避免了单体电池发生均衡重叠现象，并且提高了均衡速率及均衡效率。另外本实用新型提供了与均衡电路相适应的均衡策略，仿真结果表明该均衡方法在保证均衡速率与效率的同时，可以有效地避免均衡重叠现象。

技术领域

本实用新型涉及锂电池领域，特别涉及一种应用于锂电池包的解耦型模块化主动均衡电路。

背景技术

由于锂电池具有能量密度高、使用寿命长、自放电率低且无记忆效应等优点，在储能领域得到了广泛的应用。但是目前锂离子单体电池电压在3.7V左右，为了达到较高的电压，需要将几十节甚至上百节单体电池串联形成电池包，由于电池在制造生产过程中均有不同的化学和电气特性，因此会出现各个单体电池参数不一致现象。此外，不同的环境温度和老化后的不均匀降解也会导致各单体电池参数不一致现象的发生。以上问题导致在经过数次循环充放电操作后，单体电池间存在较大的电量不一致，降低了电池组的可用能量以及使用寿命。

通过电池主动均衡技术可以将高SOC(State of Charge，荷电状态)单体电池的能量转移到低SOC单体电池，减弱甚至消除电池参数不一致的影响，提升电池组的可用容量，延缓电池组寿命。但是受到均衡功率及均衡效率的影响，在大规模锂电池包中，需要将电池包平均分为若干个电池模块，对各个模块实行模块内及模块间均衡，以提高整体的均衡速率。但是目前的直接模块化均衡方法存在模块内均衡和模块间均衡的耦合效应，产生均衡重叠现象，降低了均衡功率及均衡效率，并使得电池发生反复充放电现象，加剧电池老化。

图1为直接模块化主动均衡原理图，由模块单元、模块间均衡电路组成。其中N为各个模块内单体电池数，M为模块数，下标i(i＝1,2,3…N)为单体电池索引，下标j(j＝1,2,3…M)为模块单元索引。模块单元包括第一模块、第二模块、第三模块…第M模块，共M组模块，且每组模块均相同；各个模块通过模块间均衡电路相连接，实现模块间均衡。其中每个模块内部的单体电池可以实现内部均衡，每个模块作为一个整体通过模块间均衡电路实现模块间均衡。

为便于解释直接模块化主动均衡产生的均衡重叠现象，通过电量转移图进行说明，如图2所示，假设电池包内存在某两组模块，模块1和模块2，且在进行均衡时不发生能量损失。模块1包含三节同型号单体电池C_1,1、C_2,1、C_3,1，其SOC分别为90％、80％、70％，三节单体电池在模块内达到均衡状态时的SOC等于三节单体电池平均SOC_a1，即SOC_a1为80％。模块2包括三节型号与模块1相同的三节单体电池C_1,2、C_2,2、C_3,2，三节单体电池的SOC分别为70％、30％、20％，三节单体电池在模块内达到均衡状态时的平均SOC_a2为40％。两组模块内6节单体电池达到均衡状态时的平均SOC_a为60％。

对上述两模块进行直接模块化主动均衡，可将均衡分为两个阶段：

阶段一：从状态1到状态2，该阶段对两个模块实施模块内均衡。状态1为两模块内的单体电池处于未均衡的初始状态，模块1内SOC最高的单体电池C_1,1将电量转移到SOC最低的单体电池C_3,1，当三节单体电池SOC均达到SOC_a1，80％时，停止模块1的模块内均衡。模块2内SOC最高的单体电池C_1,2将电量转移到低SOC单体电池C_2,2和C_3,2，当三节单体电池SOC均达到SOC_a2，40％时，停止模块2的模块内均衡。