[发明专利]基于正反激变换器的混合储能均衡电路及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于正反激变换器的锂离子电池‑超级电容混合储能系统的均衡电路，包括串联电池组、正激二极管D₀、反激消磁二极管网络、N‑MOSFET组成的开关S、超级电容组、多绕组变压器、控制器、开关驱动电路。本发明只需要一个驱动信号用于控制N‑MOSFET开关S，减少了驱动电路的数量；利用变压器与正激二极管D₀构成的正激变换器，实现了能量从串联电池组向超级电容组的传递；利用变压器与反激消磁二极管网络构成的反激变换器，同时实现了变压器的消磁和串联电池组的能量均衡。本发明具有控制简单，成本低，易于实现的优点，利用超级电容组作为锂离子电池组与负载之间的缓冲，减少负载突变对锂离子电池组的冲击，有利于延长锂离子电池使用寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池组均衡技术领域，具体涉及一种基于正反激变换器的锂离子电池-超级电容混合储能均衡电路及控制方法。

背景技术

电动汽车是一种以电能驱动、环保高效的绿色交通工具。锂离子电池组是电动汽车的优秀供能装置。为了满足负载功率、电压的需求，电动汽车的电池组通常需要串并联使用，由此带来了电池组能量不一致问题。此外，电动汽车行驶过程中，由于路面状况复杂，电机作为负载通常在剧烈变化的下运行，频繁变动的负载会增加传统锂离子电池储能系统的负担，缩短锂离子电池的使用寿命，如电动汽车起步或加速时，需要电池提供大电流，而瞬间较大的电流将会减少锂电池的寿命。超级电容的优点是功率密度大、循环寿命长、能够承受多达几十万次的频繁充放电，但其缺点是不能长时间储能。结合该两者的优点有人提出了锂离子电池-超级电容混合储能方案，有效缓解了瞬时大电流对锂离子电池的冲击。利用均衡电路对锂离子电池组的能量进行管理，既能实现锂离子电池为超级电容充电，又能解决锂离子电池组的不一致性，可以有效提高电池组的可用容量以及使用寿命。

中国发明专利(CN201210144266.4)公开一种基于对称多绕组变压器结构的串联电池组均衡电路及应用于该电路的控制方法，利用多绕组变压器实现能量从高电压电池单元向低电压单元的能量直接流动，结构和控制简单，但是需要配置滤波器与限流电阻和磁复位电路，导致电路成本高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于正反激变换器的锂离子电池-超级电容混合储能均衡电路及控制方法。本发明利用正激变换器，实现了能量从锂离子电池组直接向超级电容组传递；利用反激变换器，将励磁电流根据锂离子电池电压高低回收回锂离子电池，实现了变压器磁芯复位的同时，还实现了锂离子电池组能量均衡。

为了实现上述发明的第一个目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于正反激变换器的锂离子电池-超级电容混合储能系统的均衡电路，所述均衡电路包括一个串联电池组、一个多绕组变压器、一个正激二极管D₀、一个反激消磁二极管网络、N-MOSFET组成的开关S、一个超级电容组、一个控制器，一个开关驱动电路；

所述串联电池组由n个电池单体串联组成，依次为B₁、B₂、…、B_i、…、B_n，i＝1、2、…、n；

所述超级电容组由任意数量的超级电容串并联组成；

所述多绕组变压器由n+2个绕组组成，依次为绕组W₀、W₁、…、W_i、…、W_n、W_n+1；

所述反激消磁二极管网络由n个二极管组成，依次为D₁、D₂、…、D_i、…、D_n；

所述控制器根据用户设定开始均衡信号，输出开关信号至开关驱动电路；

所述开关驱动电路接收来自控制器的开关信号，并放大开关信号，输出至N-MOSFET组成的开关S；