[发明专利]一种电池管理系统的电路拓扑和控制方法

说明书

本发明公开了一种电池管理系统的电路拓扑和控制方法，电路拓扑包括n+1个桥式均压电路、1个桥式调压电路、n+1个LC串联谐振腔和n+1绕组变压器；其中n+1个桥式均压电路的交流侧分别与n+1个LC串联谐振腔串联后连接到n+1绕组变压器的每个绕组上；前n个桥式均压电路的直流侧分别与串联连接的n个单体电池或电池包并联，第n+1个桥式均压电路的直流侧与桥式调压电路的直流侧并联；桥式调压电路的交流输出端经LC滤波后与电池组串联形成电池管理系统的总直流端口。本发明可以解决电池组中单体电池或电池包电压不均衡的问题，电路功率低，体积小，开关器件损耗低，单体电池或电池包电压均衡控制简单。

技术领域

本发明属于电池管理系统领域，涉及一种电池管理系统的电路拓扑和控制方法。

背景技术

随着化石能源的日趋枯竭以及气候环境的恶化，全球正在积极发展以太阳能、风能、水能为代表的分布式发电系统。分布式发电系统受外界环境的影响较大，往往具有间歇性和随机性，储能系统作为分布式发电系统中削峰填谷的重要装置，得到了社会各界广泛的关注。单体电池或电池包作为一种重要的储能装置，常常将其进行串联使用。由于生产条件的限制和工作环境的差异，电池组中的单体电池或电池包往往具有不一致性，这种差异会导致单体电池或电池包的电压不均衡，最后对电池组的寿命以及性能造成极大的影响。因此如何实现单体电池或电池包电压均衡是电池管理系统领域研究中的一大难题。

针对电池组中单体电池或电池包电压不均衡的问题，目前存在着两种电压均衡方案：被动均衡和主动均衡。被动均衡利用电阻放电，对电池组中电压较高的单体电池或电池包进行放电，多余的能量以热量形式释放。这种均衡方式不仅效率低而且造成了极大的浪费。主动均衡通过电量转移的方式对电池组中单体电池或电池包电压进行均衡，常见的主动均衡方案有开关电容法、开关电感法、DC-DC变压器法以及谐振变换器法。开关电容法通过对电容元件进行结构上的重组并通过开关器件与电池组相连接，通过将高电压的单体电池或电池包能量转移到电容上，并补充给低电压的单体电池或电池包从而实现电压均衡，虽然其控制简单，但是能量转移效率较低。开关电感法通过对电感元件进行结构上的重组并通过开关器件与电池组相连接，通过将高电压的单体电池或电池包能量转移到电感上，并补充给低电压的单体电池或电池包从而实现电压均衡，该方案在单体电池或电池包过多的时候可能出现能量损失过大的现象。DC-DC变压器法通过将电池组与常见的隔离型DC-DC变换器如反激式电路、正激式电路等相连接；反激式电路是当电压差异过大时，电流通过原边绕组进行储能，而后原边积累的能量通过变换器的二极管对电池进行充电。正激式电路是当电压差异过大时，高电压的单体电池或电池包对应的开关导通，并通过变压器将多余的电能传递给其他单体电池或电池包，由于这两种拓扑都是硬开关，因此管子开关损耗较大，不利于频率的提高。谐振变换器法利用谐振变换器与电池组相连，尽管实现了软开关，降低了开关损耗，但是仅仅降低了开通或者关断损耗中的其中之一开关损耗，另一个开关损耗较高，而且为了实现电压均衡增加了复杂的控制。

综上所述，现有方案存在着低效率、低功率密度及需要电压传感器去检测单体电池或电池包电压完成主动均衡控制，控制较为复杂等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池管理系统的电路拓扑和控制方法，旨在解决电池组中单体电池或电池包电压不均衡的问题，本发明电路拓扑具有高功率密度、高效率、具有短路保护功能且可以实现双向充电的宽电压范围。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种电池管理系统的电路拓扑，包括n+1个桥式均压电路、1个桥式调压电路、n+1个LC串联谐振腔和n+1绕组变压器，n≥1；

其中，n+1个桥式均压电路的交流侧分别与n+1个LC串联谐振腔串联后连接到n+1绕组变压器的每个绕组上；前n个桥式均压电路的直流侧分别与串联连接的n个单体电池或电池包并联，第n+1个桥式均压电路的直流侧与桥式调压电路的直流侧并联；桥式调压电路的交流输出端经LC滤波后与电池组串联形成电池管理系统的总直流端口；