本發明涉及電池組均衡的技術領域，具體涉及一種基于LC串聯儲能的電池組均衡電路。

背景技術：

近年來，隨著空氣質量的日益惡化以及石油資源的漸趨匱乏，新能源汽車，尤其是純電動汽車成為當今世界各大汽車公司的開發熱點。動力電池組作為電動汽車的關鍵部件，對整車動力性、經濟性和安全性都有重大影響。動力電池組在經過多個充放電循環后，各電池單體的剩余容量的分布大致將會出現高低不一的情況，若不加以均衡將容易出現過充和過放現象。如此一來，在實際使用中，將嚴重影響電池組使用壽命，甚至存在過熱起火的安全隱患。

針對上述情況，為了改善電池組的不一致性問題，提高電池組的整體性能，則需要采用均衡控制。目前鋰離子電池組均衡控制的方法，根據均衡過程中電路對能量的消耗情況，可分為能量耗散型和能量非耗散型兩大類；耗散型即為在每節單體電池外并聯分流電阻，通過控制相應的開關器件將剩余容量偏高的電池模塊的能量通過電阻消耗掉，該方法將能量白白浪費掉，并且在均衡過程中產生了大量的熱，增加了電池熱管理的負荷。非耗散型通過電池外部DC-DC電路實現能量的轉移。按照均衡功能分類，可分為充電均衡、放電均衡和動態均衡。充電均衡是指在充電過程中的均衡，一般是在電池組單體電壓達到設定值時開始均衡，通過減小充電電流防止過充電；放電均衡是指在放電過程中的均衡，通過向剩余能量低的電池單體補充能量來防止過放電；動態均衡方式結合了充電均衡和放電均衡的優點，是指在整個充放電過程中對電池組進行的均衡。按照均衡器件不同可分為開關電容型，開關電感型，變壓器型，DC-DC變化器型等拓撲。

傳統開關電容均衡電路結構簡單，控制方法簡單。但是存在開關均為硬開關，損耗大，均衡效率較低，均衡速度慢等問題。且均衡器件多，均衡電路體積較大，成本高。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種基于LC串聯儲能的電池組均衡電路。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種基于LC串聯儲能的電池組均衡電路，所述均衡電路包括：1個電池組、2n個雙向可控開關、1個LC串聯儲能單元和一個開關控制器，

其中，所述電池組為n個儲能電池Bi(i＝1,2，…，n)串聯而成；所述LC串聯儲能單元由一個電感和一個電容串聯而成，其一端為直流母線的正極，另一端為直流母線的負極；

所述2n個雙向可控開關分為左、右兩組，分別是左開關組和右開關組，所述左開關組包括雙向可控開關S1a、S2a、…、Sia、…、Sna，所述右開關組包括雙向可控開關S1b、S2b、…、Sib、…、Snb，所述雙向可控開關Sia與所述雙向可控開關Sib(i＝1,2，…，n)一一對應，所述雙向可控開關Sia的一端連接于儲能電池Bi的正極，另一端連接于所述LC串聯儲能單元的直流母線的正極，所述雙向可控開關Sib的一端連接于儲能電池Bi的負極，另一端連接于所述LC串聯儲能單元的直流母線的負極；

所述開關控制器發出的開關控制信號連接到所述2n個雙向可控開關，用來控制雙向可控開關的導通與關斷。

進一步地，所述雙向可控開關由兩個n溝道MOSFET反向串聯組成或者由一個n溝道MOSFET與一個p溝道MOSTET正向串聯組成。

進一步地，所述開關控制器發出的開關控制信號通過驅動電路連接到所述2n個雙向可控開關。

進一步地，所述開關控制信號為一單極性方波，或者一對互補的單極性方波信號。

進一步地，所述開關控制信號的占空比為50％。

進一步地，所述LC串聯儲能單元由一個電感和一個電容串聯而成的LC串聯電路工作在準諧振狀態下，所述均衡電路的開關頻率fs根據均衡電路中的集總參數R、L、C確定，確保LC串聯電路工作在準諧振狀態，在每個開關時刻LC串聯電路的電流降低為0值附近，減小開關損耗，提高均衡效率。

進一步地，所述電池組中電池是二次電池，包括鋰離子電池、鉛酸電池、超級電容器或鎳氫電池中任意一種或多種。

本發明相對于現有技術具有如下的優點及效果：

本發明公開了一種基于LC串聯儲能的電池組均衡電路為每一個單體電池或任意串聯電池小組提供與LC進行電荷轉移的均衡路徑，可直接將能量從能量較高的電池轉移到能量較低的電池中去。另外通過控制開關頻率與驅動信號的占空比，使LC串聯電路工作在準諧振狀態下，保證每次開關導通或關閉時，LC串聯電路的電流都為零，實現零點流切換，大大減小均衡電路的開關損耗。另外均衡電路結構簡單，均衡電路體積小成本低的技術效果。

附圖說明

圖1是本發明公開的基于LC串聯儲能的電池組均衡電路的電路原理圖；

圖2(a)是兩個N溝道MOSFET構成的雙向可控開關的原理圖；

圖2(b)是一個N溝道與一個P溝道MOSFET構成的雙向可控開關的原理圖；

圖3是本發明提供的LC串聯儲能單元原理圖；

圖4(a)是能量較高的電池給LC電路充電過程示意圖；

圖4(b)是LC電路給能量較低的電池充電過程示意圖；

圖5(a)是能量較高的電池組給LC電路充電過程示意圖；

圖5(b)是LC電路給能量較低的電池組充電過程示意圖；

圖6是四節串聯電池在仿真實驗中的驅動信號(V_g1、V_g2)與電容電壓V_c電感電流i_L的波形；

圖7是四節串聯電池在仿真實驗中的電壓波形。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

實施例

本實施例公開了一種基于LC串聯儲能的電池組均衡電路，適用于混合動力電動汽車、純電動汽車或蓄能電站中的蓄能裝置的電池管理系統。

下面結合附圖實例對本發明的技術方案作具體實施方式的詳細說明。圖1是一種基于LC串聯儲能的電池組均衡電路原理圖，電池組為n個儲能電池Bi(i＝1,2，…，n)串聯而成。所述均衡電路包括2n個雙向可控開關，1個LC串聯儲能單元103，一個開關控制器104。

所述2n個雙向可控開關分為左、右兩組，分別是左開關組101，右開關組102。左開關組101包括雙向可控開關S1a、S2a、…、Sia、…、Sna。右開關組102包括雙向可控開關S1b、S2b、…、Sib、…、Snb。雙向可控開關Sia與雙向可控開關Sib(i＝1,2，…，n)一一對應，雙向可控開關Sia的一端連接于電池Bi的正極，另一端連接于LC串聯儲能單元103的直流母線的正極。雙向可控開關Sib一端連接于電池Bi的負極，另一端連接于LC串聯儲能單元103的直流母線的負極。

所述LC串聯儲能單元103由一個電感和一個電容串聯而成。所述儲能單元的一端為直流母線的正極，分別與左開關組101中雙向可控開關S1a、S2a、…、Sia、…、Sna，相連，所述儲能單元的另一端為直流母線的負極，分別與右開關組102中雙向可控開關S1b、S2b、…、Sib、…、Snb相連。

開關控制器104發出的開關控制信號通過驅動電路連接到2n個雙向可控開關，用來控制開關的導通與關斷。

圖2(a)和圖2(b)是本發明提供的雙向可控開關的兩個實施實例。

圖2(a)是兩個n溝道MOSFET反向串聯，即M1的源極與M2的源極相連，M1的漏極與M2的漏極為開關的兩個連接點。M1的門極與M2的門極相連接，并用同一單極性驅動信號。M1，M2同時導通或者同時關斷。當M1,M2同時導通時，可實現雙向導通。當M1，M2同時關閉時，雙向均不導通。

圖2(b)是一個n溝道MOSFET與一個p溝道MOSTET正向串聯，即M1(n溝道)的源極與M2(p溝道)的漏極相連。M1的漏極，M2的源極作為雙向開關的兩個連接點。M1的門極采用單極性正電壓驅動信號，M2的門極采用單極性負電壓開通。M1，M2同時導通或同時關斷，實現雙向可控。

均衡原理與控制方法結合圖4(a)、圖4(b)與圖5(a)、圖5(b)闡述。

通過同時控制左開關組101中的Sia與右開關組102中的Sib的導通，可實現電池Bi與LC串聯儲能單元103之間進行電荷轉移。該控制方法為任意一節單體電池與LC串聯儲能單元103進行電荷轉移提供了均衡路徑，可直接將能量從能量較高的電池轉移到能量較低的電池中去，有針對性的轉移電荷，提高了均衡效率。

通過同時控制Sia與Sjb導通，n≥i＞j≥1，可實現電池小組Bj～Bi與LC串聯儲能單元103之間進行電荷轉移。該控制方法為任意電池小組與LC串聯儲能單元103的LC串聯電路進行電荷轉移提供了均衡路徑，同時對多節電池進行均衡。提供了更加自由直接的均衡路徑。

如圖4(a)，串聯電池組B1-B4中，B1的能量最高，B4能量最低時，控制雙向可控開關S1a與S1b同時導通，B1向LC串聯儲能單元103的LC串聯電路轉移電荷，電容C儲能，圖中回路Q表示電流回路，箭頭代表電流方向。如圖4(b)，半個準諧振周期后雙向可控開關S1a與S1b同時關閉，然后雙向可控開關S4a與S4b同時導通。LC串聯儲能單元103的LC串聯電路向B4轉移電荷，電容C釋放能量。循環往復，電池B1的能量直接快速的傳遞給B4，直至B1與B4能量差小于控制邏輯的設定值，均衡結束。

如圖5(a)，串聯電池組中電池B1與B2電池小組能量高于電池B3與B4電池小組時。雙向可控開關S2a與S1b同時導通，B1與B2電池組向LC串聯儲能單元103的LC串聯電路轉移電荷，電容C儲能。如圖5(b)，半個準諧振周期后雙向可控開關S2a與S1b同時關閉，隨后雙向可控開關S4a與S3b同時導通。LC串聯儲能單元103的LC串聯電路向B3與B4電池組轉移電荷，電容C釋放能量。循環往復，電池組B1與B2的能量傳遞給B3與B4電池組，直至能量差小于控制邏輯的設定值，均衡結束。

圖6與圖7是四節電池不同電壓情況下的均衡仿真實驗波形圖。

圖6是雙向可控開關驅動波形與LC串聯電路的電流波形以及電容C的電壓波形。從電流i_L波形圖可以看出，每個開關導通關斷時刻，LC串聯電路電流為0，這大大降低了開關管的導通損耗，提高了均衡效率。

圖7是四節電池的電壓波形圖。四節電池中B1電壓最低，B4電壓最高，經過一定時間的均衡，各單體電池的電壓趨于一致達到控制器設定的均衡目標。

如上即可較好的實現本發明說敘述的技術效果。

綜上所述，本發明通過提供一種基于LC串聯儲能的電池組均衡電路，改善了現有串聯電池組均衡電路復雜，儲能元件繁多，均衡電路體積大，均衡過程功率損耗多的技術問題，實現了串聯電池組雙向主動均衡，電路結構簡單，儲能元件少，均衡電路體積小，且可以實現開關零點流狀態切換，大大減小了均衡過程中的能量損耗，提高了均衡效率。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。