[发明专利]一种基于升降压变换器的锂离子电池组层级均衡控制方法

说明书

一种基于升降压变换器的串联锂离子电池组的层级均衡控制方法属于锂离子电池均衡技术领域。针对串联锂离子电池组在使用的过程当中出现单体电池不一致而导致电池组能量利用率下降、寿命缩短等问题，在升降压变换器电路的基础上，设计一种串联锂离子电池组的层级均衡电路，该均衡电路包括三级：相邻单体电池之间的均衡、相邻小模组之间的均衡以及相邻大模组之间的均衡。该均衡系统以电池的荷电状态(SOC)为均衡变量，通过比较各单体电池以及模组之间的SOC差值并确定需要均衡的单体电池或电池模组，进而通过控制均衡开关进行整个电池组的均衡，本发明能够缩短均衡时间，提高均衡效率，有效地实现锂离子电池组的一致性，延长电池组的使用寿命。

技术领域

本发明属于锂离子电池均衡技术领域，具体涉及一种基于升降压变换器的锂离子电池组层级均衡控制方法。

背景技术

随着全球科技创新和产业变革的发展，电动化已成为汽车产业的发展潮流和趋势。锂离子电池因具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应以及对环境友好等优点而被广泛应用于电动汽车当中。为适应不同负载的电流、电压以及功率和能量的需求，通常需要多个锂离子单体电池通过串并联连接成电池组。但是，锂离子电池成组后单体电池之间的不一致性会引起一系列诸如电池组的耐久性、可靠性以及安全性等问题。因此，为了减少锂离子电池组中单体电池的不一致性，人们通常采用均衡技术对电池组进行合理有效的均衡管理以提高电池组的能量利用率和寿命。

电池组均衡技术分为主动均衡和被动均衡。被动均衡又被称为能耗型均衡，其工作原理是将单体电池中多余的能量以热的形式释放。被动均衡主要有两个明显的缺陷：一是会造成电池组能量的浪费；二是容易引发散热不及时而造成电池组处于不安全的高温环境。

主动均衡技术通过主动均衡电路将能量较高的电池中多余的能量转移到能量较低的电池中，从而解决了被动均衡技术的缺陷。主动均衡电路主要是基于升压变换器、降压变换器或是升降压变换器等进行再设计。传统的升降压变换器电路只是在每两个相邻单体电池之间连接一个储能电感，通过储能电感进行能量转移，这种均衡电路仅能实现串联锂离子电池组中两个相邻单体电池之间的均衡，并且当能量传输路径较长时，其均衡时间较长，均衡效率较低，不适用于长串电池组。

本发明以升降压变换器电路为核心，以电池荷电状态(SOC)为均衡变量，设计了一种串联锂离子电池组的层级均衡控制方法，包括均衡电路和均衡控制策略。与传统的升降压变换器均衡电路相比，本发明所提出的方法在不额外增加电路元器件的基础上，不仅可以实现两相邻单体电池之间的均衡，而且通过电池模组之间的层级均衡控制可以间接地实现两个非相邻单体电池之间的均衡，其能量传输路径变短，能够有效地提高电池组均衡系统的均衡效率，缩短电池组的均衡时间，改善电池组的不一致性。

发明内容

本发明的目的是对串联锂离子电池组进行有效地均衡控制并提高均衡系统的均衡效率，缩短电池组的均衡时间，有效地改善电池组的不一致性。

为实现上述目的，本发明提供一种串联锂离子电池组层级均衡控制方法，所述均衡控制方法包括均衡电路和均衡控制策略的设计。

均衡电路是在锂离子电池组的基础上添加了多个储能电感元件、二极管以及均衡控制开关。其中，锂离子电池组是由多个单体电池通过串联连接而成，并且在该锂离子电池组中，将两个相邻的单体电池构成一个小的模组，再将两个相邻小的模组构成一个大的模组。该均衡电路中的每个二极管都与相应的均衡控制开关并联且成对出现，并且在每两个相邻的单体电池或大小模组之间均连接一个储能电感元件，而且每个单体电池和电池模组都与并联成对的二极管和均衡开关连接。