[发明专利]一种模块化均衡电路及其均衡方式

说明书

本发明公开了一种模块化均衡电路及其均衡方式，用于解决现有技术中串联电池组均衡拓扑存在较高功率损耗，均衡器件多，均衡电路体积大成本高的问题。本发明包括电池模块、均衡电路、控制器，控制器连接均衡电路，控制均衡电路对电池模块进行均衡；均衡电路包括底层均衡电路、顶层均衡电路；顶层均衡电路包括N个串联的顶层单刀双掷开关，顶层LC串联电路采用串联连接。本发明实现了开关器件的零点流切换，降低了开关器件的开关损耗，且通过模块化均衡，增加了均衡路径，易于扩展，适用于电动汽车或蓄能电站中的蓄能装置的电池管理系统。

技术领域

本发明涉及电池领域，特别是涉及一种模块化均衡电路及其均衡方式。

背景技术

随着空气质量的日益恶化以及石油资源的渐趋匮乏，新能源汽车，尤其是纯电动汽车成为当今世界各大汽车公司的开发热点。动力电池组作为电动汽车的关键部件，对整车动力性、经济性和安全性都有重大影响。动力电池组在经过多个充放电循环后，各电池单体的剩余容量的分布大致将会出现高低不一的情况，若不加以均衡将容易出现过充和过放现象。如此一来，在实际使用中，将严重影响电池组使用寿命，甚至存在过热起火的安全隐患。

目前锂离子电池组均衡控制的方法，根据均衡过程中电路对能量的消耗情况，可分为能量耗散型和能量非耗散型两大类；耗散型即为在每节单体电池外并联分流电阻，通过控制相应的开关器件将剩余容量偏高的电池模块的能量通过电阻消耗掉，该方法将能量白白浪费掉，并且在均衡过程中产生了大量的热，增加了电池热管理的负荷。非耗散型通过电池外部DC-DC电路实现能量的转移。按照均衡功能分类，可分为充电均衡、放电均衡和动态均衡。充电均衡是指在充电过程中的均衡，一般是在电池组单体电压达到设定值时开始均衡，通过减小充电电流防止过充电；放电均衡是指在放电过程中的均衡，通过向剩余能量低的电池单体补充能量来防止过放电；动态均衡方式结合了充电均衡和放电均衡的优点，是指在整个充放电过程中对电池组进行的均衡。

现有技术中串联电池组均衡拓扑存在较高功率损耗，均衡器件多，均衡电路体积大成本高的问题。

发明内容

针对现有技术缺点，提供一种模块化均衡电路，用于解决现有技术中串联电池组均衡拓扑存在较高功率损耗，均衡器件多，均衡电路体积大成本高的问题；可以实现开关在开通与关断瞬间，电流为零的均衡电路以及其均衡方式，能大大降低开关损耗，提高均衡效率，减少功率损耗，减少均衡器件。

一种模块化均衡电路，包括电池模块、均衡电路、控制器，控制器连接均衡电路，控制均衡电路对电池模块进行均衡；均衡电路包括底层均衡电路、顶层均衡电路；

底层均衡电路由N个底层均衡模块Qi(i＝1,2,3…N)串联组成，每个底层均衡模块Qi包括1个电池模块Mi，4个串联的底层单刀双掷开关Si(i＝1,2,3,4)，3个串联的底层LC串联电路Ci-Li(i＝1,2,3)；每个单刀双掷开关Si包括三个端子Si_a、Si_b、Si_c(i＝1,2,3,4)；Si_a与Si_b分别为第一静态端子与第二静态端子，Si_c为选择端子；电池模块Mi由4个电池Bi(i＝1,2,3,4)串联组成；

Si_c根据控制信号，选择与Si_a或者Si_b接触；第一静态端子Si_a(i＝1,2,3,4)与电池Bi(i＝1,2,3,4)的正极相连，第二静态端子Si_b与电池Bi的负极相连；电容Ci一端连接选择端子Si_c，电容Ci另一端连接于电感Li；电感Li一端与Ci连接，电感Li另一端与电容C(i+1)、选择端子S(i+1)_c相连；