本發(fā)明涉及鋰電池均衡，具體為一種buck-boost多鋰電池soc均衡電路。
背景技術(shù)：
1、鋰電池具備高能量密度、較長壽命、高效率、體積小、無污染等諸多優(yōu)點，鑒于其在安全性、實用性以及成本等方面的綜合考量，在動力和儲能領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。單節(jié)鋰電池由于電壓低、容量小等特性，常常需要多節(jié)串聯(lián)使用。然而因制造工藝的差異以及在使用過程中受環(huán)境、充放電模式和化學(xué)因素影響，會致使電池組出現(xiàn)荷電狀態(tài)、電壓、內(nèi)阻和容量的不同。這些差異會引發(fā)電池組在耐久性、可靠性以及安全性等方面的問題。
2、專利號為cn113489083a公開了一種基于升降壓變換器的鋰離子電池組層級均衡控制方法，該方法在鋰離子電池組的基礎(chǔ)上添加多個儲能電感元件、二極管以及均衡控制開關(guān)，通過控制開關(guān)閉合，使儲能較高的單電池將多余的能量儲存在相應(yīng)電感中，然后控制開關(guān)關(guān)斷，將電感中的能量轉(zhuǎn)移到儲能較低的單電池中，形成了串聯(lián)鋰離子電池組的均衡控制。該專利提出的均衡控制方法不僅可以實現(xiàn)兩個相鄰單電池之間的均衡，而且通過相鄰模組之間的均衡控制可以間接地實現(xiàn)兩個非相鄰單體電池之間的均衡，縮短了能量傳輸路徑，提高了電池組均衡系統(tǒng)的效率。
3、但是鋰離子電池組層級均衡控制方法所采用的的均衡電路包含多個控制開關(guān)，邏輯控制非常復(fù)雜；因此，不滿足現(xiàn)有的需求，對此我們提出了一種buck-boost多鋰電池soc均衡電路。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種buck-boost多鋰電池soc均衡電路，以解決上述背景技術(shù)中提出鋰離子電池組層級均衡控制方法所采用的的均衡電路包含多個控制開關(guān)，邏輯控制非常復(fù)雜的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種buck-boost多鋰電池soc均衡電路，包括n路輸出buck-boost型變換器、n-1個級間電容cp和n個鋰電池單元b，所述n路輸出buck-boost型變換器包括功率開關(guān)s1和n個輸出電路，所述輸出電路由電感l(wèi)、輸出電容c和二極管d組成，n個所述電感l(wèi)分別為電感l(wèi)1，電感l(wèi)2，…，電感l(wèi)n，n個所述輸出電容c分別為輸出電容c1，輸出電容c2，…，輸出電容cn，n個所述二極管d分別為二極管d1，二極管d2，…，二極管dn；
3、所述級間電容cp1，級間電容cp2，…，級間電容cp(n-1)的一端均與二極管d1陽極連接，所述級間電容cp1，級間電容cp2，…，級間電容cp(n-1)的另一端分別與電感l(wèi)2，電感l(wèi)3，…，電感l(wèi)n的一端和二極管d2，二極管d3，…，二極管dn陰極連接；
4、所述鋰電池單元b1，鋰電池單元b2，…，鋰電池單元bn的兩端分別與輸出電容c1，輸出電容c2，…，輸出電容cn的兩端連接。
5、優(yōu)選的，所述功率開關(guān)s1的柵極連接有控制器，所述功率開關(guān)s1的柵極占空比在0至1之間浮動且同相位，所述開關(guān)s1漏極連接有輸入電源uin的正極，所述開關(guān)s1源極分別與電感l(wèi)1的一端和二極管d1陰極連接，所述二極管d1陽極與輸出電容c1的一端連接，所述輸出電容c1的另一端分別與電感l(wèi)1的另一端和輸入電源uin的負極連接。
6、優(yōu)選的，所述輸出電容c1，輸出電容c2，…，輸出電容cn的兩端分別與二極管d2，二極管d3，…，二極管dn陽極和電感l(wèi)2，電感l(wèi)3，…，電感l(wèi)n的另一端連接，每相鄰兩個所述輸出電容c之間均為首尾相連。
7、優(yōu)選的，當n為4時，所述buck-boost多鋰電池soc均衡電路包括四路輸出buck-boost型變換器、三個級間電容cp和四個鋰電池單元b，四個鋰電池單元b分別為鋰電池單元b1、鋰電池單元b2、鋰電池單元b3和鋰電池單元b4，所述鋰電池單元b1、鋰電池單元b2、鋰電池單元b3和鋰電池單元b4組成鋰電池單元組。
8、優(yōu)選的，所述buck-boost多鋰電池soc均衡電路中電感l(wèi)1、電感l(wèi)2、電感l(wèi)3和電感l(wèi)4基于電感伏秒平衡在開關(guān)周期內(nèi)的平均電壓為0，所述電感l(wèi)1、級間電容cp1、電感l(wèi)2和電容c2組成第一回路并基于kvl方程得到：
9、所述級間電容cp1的電壓ucp1等于輸出電壓u2，所述級間電容cp2的電壓ucp2等于輸出電壓u3，所述級間電容cp3的電壓ucp3等于輸出電壓u4。
10、優(yōu)選的，當功率開關(guān)s1斷開時，所述電感l(wèi)1、電感l(wèi)2、電感l(wèi)3和電感l(wèi)4的能量通過處于導(dǎo)通狀態(tài)的二極管d1、二極管d2、二極管d3和二極管d4轉(zhuǎn)移至輸出電容c1、輸出電容c2、輸出電容c3和輸出電容c4的內(nèi)部，所述級間電容cp1、電感l(wèi)1、輸出電容c2和電感l(wèi)2組成第二回路，所述級間電容cp1基于第二回路內(nèi)的電壓處于不平衡狀態(tài)向輸出電容c2充電，所述輸出電容c1、輸出電容c2、輸出電容c3和輸出電容c4均為負載供電。
11、優(yōu)選的，當功率開關(guān)s1閉合時，所述級間電容cp1、電感l(wèi)2和輸出電容c2組成第三回路，所述輸入電源uin通過第三回路向輸出電容c2充電，所述級間電容cp1、二極管d1、輸出電容c1和二極管d1依次排列并組成第四回路，所述級間電容cp1通過第四回路和kvl方程得到：
12、所述級間電容cp1的電壓ucp1等于輸出電壓u1，所述級間電容cp2的電壓ucp2等于輸出電壓u2，所述級間電容cp2的電壓ucp3等于輸出電壓u3。
13、優(yōu)選的，所述鋰電池單元組中鋰電池單元b1的soc高于平均值，當功率開關(guān)s1斷開時，所述級間電容cp與鋰電池單元b1、鋰電池單元b2、鋰電池單元b3和鋰電池單元b4并聯(lián)并將能量傳輸至鋰電池單元b1、鋰電池單元b2、鋰電池單元b3和鋰電池單元b4的內(nèi)部，所述電容電壓紋波δucp和級間電容cp的關(guān)系為：
14、
15、所述電壓偏差δu為：
16、
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
18、1、本發(fā)明通過在buck-boost變換器各輸出之間增加級間電容，并通過級間電容的電荷再分配機制實現(xiàn)了串聯(lián)鋰電池組的soc均衡，無需額外電壓采樣與閉環(huán)控制，支持新舊電池混用或不同容量電池，級間電容通過動態(tài)電荷分配補償容量差；
19、2、本發(fā)明通過單一功率開關(guān)器件實現(xiàn)鋰電池單元組soc均衡，單開關(guān)采用固定占空比同相位控制，僅需低成本mcu即可實現(xiàn)，不僅將驅(qū)動電路復(fù)雜度降低，更有效解決了傳統(tǒng)多輸出拓撲因寄生參數(shù)差異導(dǎo)致的固有電壓偏差問題，提高電池均衡精度。而且大大降低了電路的成本。
1.一種buck-boost多鋰電池soc均衡電路，包括n路輸出buck-boost型變換器、n-1個級間電容cp和n個鋰電池單元b，其特征在于：所述n路輸出buck-boost型變換器包括功率開關(guān)s1和n個輸出電路，所述輸出電路由電感l(wèi)、輸出電容c和二極管d組成，n個所述電感l(wèi)分別為電感l(wèi)1，電感l(wèi)2，…，電感l(wèi)n，n個所述輸出電容c分別為輸出電容c1，輸出電容c2，…，輸出電容cn，n個所述二極管d分別為二極管d1，二極管d2，…，二極管dn；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種buck-boost多鋰電池soc均衡電路，其特征在于：所述功率開關(guān)s1的柵極連接有控制器，所述功率開關(guān)s1的柵極占空比在0至1之間浮動且同相位，所述開關(guān)s1漏極連接有輸入電源uin的正極，所述開關(guān)s1源極分別與電感l(wèi)1的一端和二極管d1陰極連接，所述二極管d1陽極與輸出電容c1的一端連接，所述輸出電容c1的另一端分別與電感l(wèi)1的另一端和輸入電源uin的負極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種buck-boost多鋰電池soc均衡電路，其特征在于：所述輸出電容c1，輸出電容c2，…，輸出電容cn的兩端分別與二極管d2，二極管d3，…，二極管dn陽極和電感l(wèi)2，電感l(wèi)3，…，電感l(wèi)n的另一端連接，每相鄰兩個所述輸出電容c之間均為首尾相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種buck-boost多鋰電池soc均衡電路，其特征在于：當n為4時，所述buck-boost多鋰電池soc均衡電路包括四路輸出buck-boost型變換器、三個級間電容cp和四個鋰電池單元b，四個鋰電池單元b分別為鋰電池單元b1、鋰電池單元b2、鋰電池單元b3和鋰電池單元b4，所述鋰電池單元b1、鋰電池單元b2、鋰電池單元b3和鋰電池單元b4組成鋰電池單元組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種buck-boost多鋰電池soc均衡電路，其特征在于：所述buck-boost多鋰電池soc均衡電路中電感l(wèi)1、電感l(wèi)2、電感l(wèi)3和電感l(wèi)4基于電感伏秒平衡在開關(guān)周期內(nèi)的平均電壓為0，所述電感l(wèi)1、級間電容cp1、電感l(wèi)2和電容c2組成第一回路并基于kvl方程得到：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種buck-boost多鋰電池soc均衡電路，其特征在于：當功率開關(guān)s1斷開時，所述電感l(wèi)1、電感l(wèi)2、電感l(wèi)3和電感l(wèi)4的能量通過處于導(dǎo)通狀態(tài)的二極管d1、二極管d2、二極管d3和二極管d4轉(zhuǎn)移至輸出電容c1、輸出電容c2、輸出電容c3和輸出電容c4的內(nèi)部，所述級間電容cp1、電感l(wèi)1、輸出電容c2和電感l(wèi)2組成第二回路，所述級間電容cp1基于第二回路內(nèi)的電壓處于不平衡狀態(tài)向輸出電容c2充電，所述輸出電容c1、輸出電容c2、輸出電容c3和輸出電容c4均為負載供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種buck-boost多鋰電池soc均衡電路，其特征在于：當功率開關(guān)s1閉合時，所述級間電容cp1、電感l(wèi)2和輸出電容c2組成第三回路，所述輸入電源uin通過第三回路向輸出電容c2充電，所述級間電容cp1、二極管d1、輸出電容c1和二極管d1依次排列并組成第四回路，所述級間電容cp1通過第四回路和kvl方程得到：
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種buck-boost多鋰電池soc均衡電路，其特征在于：所述鋰電池單元組中鋰電池單元b1的soc高于平均值，當功率開關(guān)s1斷開時，所述級間電容cp與鋰電池單元b1、鋰電池單元b2、鋰電池單元b3和鋰電池單元b4并聯(lián)并將能量傳輸至鋰電池單元b1、鋰電池單元b2、鋰電池單元b3和鋰電池單元b4的內(nèi)部，所述電容電壓紋波δucp和級間電容cp的關(guān)系為：