[发明专利]一种串联电池组模块化分层均衡控制方法

说明书

本发明公开了一种串联电池组模块化分层均衡控制方法，该方法包括如下步骤：将串联电池组模块化，电池组包括串联的多个电池单体，把电池组模块化分为底层模块和顶层模块，多个串联电池单体作为一个底层模块，多个底层模块组成一个顶层模块；对底层模块和顶层模块分别设计均衡单元进行均衡。本发明对串联电池组进行模块化，在模块内部和模块之间使用不同的均衡拓扑结构提供了这些不同拓扑结构的好处，如低成本、高能源效率、快速均衡时间等；本发明中底层模块与顶层模块的均衡控制是相互独立的，它们的均衡可以同时进行，从而加快了均衡的速度；本发明对于电池数目较多的串联电池组该均衡策略适用性较强，模块化有利于电路结构上的扩展。

技术领域

本发明涉及电池均衡技术领域，尤其涉及一种串联电池组模块化分层均衡控制方法。

背景技术

锂电池是目前最为先进的电池技术，由于其具有能量密度高、体积小等优势，可用于高能量或高功率存储系统。现实使用过程中，常将多节锂电池串联形成电池组的形式从而提供更高的电压。然而，由于制造过程和周围环境因素的影响，电池组中各个锂电池单体可能出现不一致性，使得电池组中容量最小的电池最快充满电，而其他电池并未充满，因此会造成充放电效率和电池寿命下降的问题。电池均衡分为被动和主动均衡，被动均衡又称能耗均衡，主动均衡又称非能耗均衡。能耗均衡方式是通过与电池单体并联的电阻等元器件使多余的能量消耗掉，优点是电路控制简单、适用领域广、元器件成本低，且相对来说实现更为容易，但它的缺点为均衡效率低且均衡过程中造成大量能量的耗散和热量的产生；而非能耗均衡方式是不消耗电池组的能量的，而是通过电感等储能元件完成单体电池间的能量转移，储能元件除了电感，还有电容、变压器以及转换器，优点是能量利用率较高，均衡速度相对较快，但电路结构和控制逻辑相对复杂。目前主动均衡具有集中式和分布式两种电路结构，集中式均衡方案其能量转换是经一个多输出的均衡单元实现对电池组中容量最低或最高的单体电池直接充电或放电，这种均衡方式在电池组整体差异性较大时均衡效率较低；分布式均衡方案是在每节单体电池两端均并联一个均衡单元，电能每次转移只能在相邻的两个电池中实现，在电池数量较多的场合下均衡时间会变长，且均衡效率会有所降低。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述技术存在的缺陷而提供一种串联电池组模块化分层均衡控制方法，把电池组模块化为底层模块和顶层模块，分模块以后对底层模块和顶层模块分别设计均衡单元进行均衡，从而提高了电池组整体的均衡速度，节约了能源，提高了电池寿命，同时这种模块化结构也利于扩展。

本发明采用的技术方案是：

一种串联电池组模块化分层均衡控制方法，该方法包括如下步骤：

S1：将串联电池组模块化。

进一步地，所述电池组包括串联的多个电池单体，把电池组模块化分为底层模块和顶层模块，多个串联电池单体作为一个底层模块，多个底层模块组成一个顶层模块。

S2：各底层模块中，在前两节串联单体电池之间设有一个均衡单元，作为第一级均衡；前两节电池单体组成的新的电池单元与第三节电池单体之间设有一个均衡单元，作为第二级均衡；前三节电池单体组成的新的电池单元与第四节电池单体之间设有一个均衡单元，作为第三级均衡。

进一步地，每一个均衡单元包括串联的两个可控MOSFET管和一个电感器，串联的两个可控MOSFET管连接到电池单元中串联的至少两节电池单体的两端，一个电感器连接在两个可控MOSFET管之间的节点与至少两节电池单体的中间节点之间。

S3：顶层模块中，将各底层模块通过与一个顶层均衡单元选择性连接。

进一步地，顶层均衡单元由一个隔离双向DC-DC变换器组成，外接一个辅助电源作为储能器件，每个底层模块电池单元的正极通过一个可控开关连接至隔离双向DC-DC变换器的一端，每个底层模块电池单元的负极通过另一个可控开关连接至隔离双向DC-DC变换器的另一端。