一种锂电池主动均衡单元

本技术属于动力电池和储能，尤其涉及一种锂电池主动均衡单元。

背景技术：

1、锂离子电池作为一种清洁、无污染的能源，在智能电网的储能系统和电动汽车领域得到了广泛的应用。由于单节电池电压较低，所以需要将多个单体电池串联使用才可以满足不同的电压需求。由于制造工艺、内阻、自放电率、老化和温度存在一些差异，各个电池的能量衰减速率不相同，这会在频繁的充放电过程中加剧电池组的不一致性，带来电池组可用容量下降、电池组使用寿命缩短等问题。为了解决电池组的不一致性，我们需要对电池组进行均衡。

2、经典电感法(classical inductance method,cim)，利用电感元件的储能特性，将电池组中能量较高的电池中的能量转移到能量较低的电池，达到电池组均衡的目的。并行架构式均衡(parallel architecture for battery charge equalization，pae)，以cim为基础，在不增加均衡单元的前提下增加了均衡层数。双路交错式均衡(two-circuitinterleaved architecture for battery charge equalization，tiae)，在cim的基础上对均衡单元改进，使用双电感均衡单元。文献[1]提出了双路交错并行架构式均衡([1].two-circuit interleaved parallel architecture for battery chargeequalization，tipae)，使用并行架构式的均衡拓扑和双路交错式的均衡单元，提高了soc偏高与soc偏低的电池相距较远时的均衡速度，又可以提高均衡电流的有效值，但是随着均衡的进行均衡电流会减小，均衡时间仍然较长。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种锂电池主动均衡单元(mdieu)，在双路交错并行架构式均衡拓扑的基础上进行改进，对每一个均衡单元进行了优化，实现对均衡单元分档控制，在不增加电流最大值的前提下使电流一直保持在较大的水平，能够有效的加快均衡速度。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

3、一种锂电池主动均衡单元，包括开关k1和开关k2，开关k1和开关k2的结点与需均衡的电池b1和电池b2的结点相连，开关k1一端分别与电感l1和电感l2一端相连，电感l1另一端与单刀双掷开关k3动端左侧相连，电感l2另一端与单刀双掷开关k4动端左侧相连；开关k2一端分别与电感l3和电感l4一端相连，电感l3另一端与单刀双掷开关k3动端右侧相连，电感l4另一端与单刀双掷开关k4动端右侧相连；单刀双掷开关k3不动端连接mos管s1与mos管s2的结点，mos管s1的漏极与mos管s2的源极连接；mos管s1源极连接电池b1的负极，mos管s2漏极连接电池b2的正极；单刀双掷开关k4不动端连接mos管s3与mos管s4的结点，mos管s3的漏极与mos管s4的源极连接；mos管s3源极连接电池b1的负极，mos管s4漏极连接电池b2的正极。

4、所述开关k1和开关k2控制档位，当开关k1闭合时，单刀双掷开关k3和单刀双掷开关k4左侧导通，当开关k2闭合时，单刀双掷开关k3和单刀双掷开关k4右侧导通。

5、所述电感l1和电感l2阻抗大于电感l3和电感l4，电感l1和电感l2在低档时接入电路，电感l3和电感l4在高档时接入电路。

6、所述均衡单元采用双路交错的形式运行。

7、所述均衡单元中的电感l1和电感l2以电流相位偏移180°的方式运行。

8、本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

9、本实用新型在双路交错并行架构式均衡拓扑的基础上进行改进，对每一个均衡单元进行了优化，实现对均衡单元分档控制，在不增加电流最大值的前提下使电流一直保持在较大的水平，能够有效的加快均衡速度。

10、本实用新型通过开关实现对均衡单元分档控制，具有结构模块化程度高，易于拓展；节约成本，且整体结构相对简单的优点。

技术特征：

1.一种锂电池主动均衡单元，包括开关k1和开关k2，其特征在于：开关k1和开关k2的结点与需均衡的电池b1和电池b2的结点相连，开关k1一端分别与电感l1和电感l2一端相连，电感l1另一端与单刀双掷开关k3动端左侧相连，电感l2另一端与单刀双掷开关k4动端左侧相连；开关k2一端分别与电感l3和电感l4一端相连，电感l3另一端与单刀双掷开关k3动端右侧相连，电感l4另一端与单刀双掷开关k4动端右侧相连；单刀双掷开关k3不动端连接mos管s1与mos管s2的结点，mos管s1的漏极与mos管s2的源极连接；mos管s1源极连接电池b1的负极，mos管s2漏极连接电池b2的正极；单刀双掷开关k4不动端连接mos管s3与mos管s4的结点，mos管s3的漏极与mos管s4的源极连接；mos管s3源极连接电池b1的负极，mos管s4漏极连接电池b2的正极。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池主动均衡单元，其特征在于：所述开关k1和开关k2控制档位，当开关k1闭合时，单刀双掷开关k3和单刀双掷开关k4左侧导通，当开关k2闭合时，单刀双掷开关k3和单刀双掷开关k4右侧导通。

3.根据权利要求1所述的一种锂电池主动均衡单元，其特征在于：所述电感l1和电感l2阻抗大于电感l3和电感l4，电感l1和电感l2在低档时接入电路，电感l3和电感l4在高档时接入电路。

4.根据权利要求1所述的一种锂电池主动均衡单元，其特征在于：所述均衡单元采用双路交错的形式运行。

5.根据权利要求1所述的一种锂电池主动均衡单元，其特征在于：所述均衡单元中的电感l1和电感l2以电流相位偏移180°的方式运行。

技术总结
一种锂电池主动均衡单元，包括开关K<subgt;1</subgt;和开关K<subgt;2</subgt;，开关K<subgt;1</subgt;和开关K<subgt;2</subgt;控制档位，当开关K<subgt;1</subgt;闭合时，单刀双掷开关K<subgt;3</subgt;和单刀双掷开关K<subgt;4</subgt;左侧导通，当开关K<subgt;2</subgt;闭合时，单刀双掷开关K<subgt;3</subgt;和单刀双掷开关K<subgt;4</subgt;右侧导通；所述电感L<subgt;1</subgt;和电感L<subgt;2</subgt;在低档时接入电路，电感L<subgt;3</subgt;和电感L<subgt;4</subgt;在高档时接入电路；本技术IM‑TIPAE改进型双路交错并行架构式均衡拓扑与双路交错并行架构拓扑相比，没有进行优化，而是对均衡单元进行优化，实现多挡位控制，优化后的均衡单元MDIEU由电感，开关及MOS管组成，实行多档位运行，具有结构模块化程度高，易于拓展，节约成本，且整体结构相对简单的优点。

技术研发人员：巫春玲,张湧,刘智轩,徐晨峰,马耀
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：20231117
技术公布日：2024/6/30