本发明涉及一种具有灵活路径的串联储能均衡电路，属于电力电子技术领域。
背景技术：
以各种电池或超级电容器等储能单体构成的串联储能组在电动汽车、新能源发电等领域应用广泛。由于储能单体间存在不可避免的差异，在串联使用过程中，极易出现某个或某些单体过充或过放，如果不对储能组进行能量均衡，则会导致实际容量下降、使用寿命减少等诸多问题，因此储能体间的能量均衡一直是串联储能实际应用的关键技术之一。
一般而言，储能体的能量与其电压相关度高，因此往往通过释放电压较高单体的能量，补充电压较低单体的能量来实现能量均衡。和通过电阻消耗电压较高单体能量的无源均衡方式相比，利用变换器传递能量的有源均衡方式更受欢迎。在有源均衡方式中，绝大部分都是利用电感或耦合电感作为中间储能环节，在单体间传递能量，可以分为以下几种基本方式。
一是飞渡电感方式，电感两端和每个单体的正、负极都通过双向开关相连，这样每个单体都可以通过和电感交换能量，达到任意单体之间进行直接均衡的目的。这种方法需要大量的双向开关，双向开关中的两个开关管也需要不同的驱动信号，此外由于开关切换动作时需要留有死区时间，电感电流没有续流路径会形成较大的电压尖峰。
二是buck-boost变换器方式，以两个相邻单体、两个开关管和一个电感组成buck-boost变换器，可实现相邻单体间的能量均衡。在每两个相邻单体间设置buck-boost变换器，通过能量在相邻单体间的依次传递，可实现整组的能量均衡。该方法控制简单，但不相邻单体不能直接进行能量均衡，因此均衡速度较慢。
三是反激变换器方式，将多输出绕组变压器的原边绕组经双向开关连接串联储能组，各副边绕组分别经双向开关连接各单体，虽然各单体间不能直接进行能量传递，但可使电压较高单体向整组传递能量，而电压较低的单体可从整组获得能量，由于整个串联储能组作为中间过渡环节，因此均衡效率不高。
综合各种方式可见，如果能实现任意单体间的能量直接传递，使各单体都可储能或释能，则能提高均衡速度和均衡效率。在可实现任意单体间的能量直接传递的均衡方式中，还存在可均衡单体数量较少、工作方式复杂且个别方式均衡效率不高的问题，此外，这些方式基本上还局限于单体间或单体与整组间的能量传递。
技术实现要素：
本发明实现了串联储能组中任意单体间、单体与相邻单体组成的小组间、小组小组间能量的直接传递，解决了现有均衡电路中可均衡单体数量较少、均衡路径长和均衡方式不灵活的问题，本发明提供了一种具有灵活路径的串联储能均衡电路。
本发明涉及的具有灵活路径的串联储能均衡电路，适用于各种类型电池和超级电容器。
本发明涉及的具有灵活路径的串联储能均衡电路，对于n个串联储能单体b1、b2……bn，n为偶数，其由n/2个匝数相同的耦合电感，3n个开关管，n个双向开关组成；储能单体b1和b2，耦合电感l1，开关管s1a、s1b、s1c、s1d、s2a、s2b与双向开关管q1、q2构成一个组，依次类推，储能单体bn-1和bn，耦合电感ln/2，开关管s(n-1)a、s(n-1)b、s(n-1)c、s(n-1)d、sna、snb与双向开关管qn-1、qn构成一个小组，共有n/2个组串联；组内具体连接为，bn-1的正极与s(n-1)a的漏极、s(n-1)b的漏极相连，s(n-1)a的源极与sna的漏极、s(n-1)d的源极相连，双向开关qn-1连接于bn-1的负极和s(n-1)a的源极之间，s(n-1)d的漏极与ln/2的同名端相连，ln/2的异名端与s(n-1)c的漏极相连，s(n-1)c的源极与s(n-1)b的源极、snb的漏极相连，双向开关qn连接于bn-1的负极和s(n-1)b的源极之间，snb的源极与snb的源极、bn的负极相连。
本发明涉及的具有灵活路径的串联储能均衡电路，通过控制3n个开关管，n个双向开关，实现任意单体间、单体小组间、小组小组间的能量直接传递，从而达到各单体的均衡。组内两个单体均衡时，利用组内耦合电感和开关管构成buck-boost变换器，实现能量在两个单体间传递；不同组的单体或小组均衡时，利用相应的开关管、耦合电感构成反激变换器，实现能量在单体间、单体小组间、小组小组间传递，也可以利用反激变换器多路输出的特点，让多个耦合电感同时参与工作，实现能量从一个单体或小组到多个单体或小组的传递。
有益效果
本发明的有益效果在于，串联储能组的任意单体间、单体小组间、小组小组间都有能量传递的路径，可以实现任意单体间、单体小组间、小组小组间的能量直接均衡，而且还可以实现一个单体或小组同时对多个单体或小组的能量均衡，具有能量传递路径灵活的特点，利于提高均衡速度和均衡效率。
附图说明
图1为具有灵活路径的串联储能均衡电路的原理示意图；
图2为具体实施方式一，组内单体进行均衡，采用buck-boost工作方式的示意图；
图3为具体实施方式二，组间单体与小组进行均衡，采用反激工作方式的示意图；
图4为具体实施方式三，小组对小组、单体同时进行均衡，采用反激工作方式的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：
组内单体进行能量均衡，采用buck-boost工作方式，结合图2，以第一个小组内的单体b1与b2进行均衡的情况为例来说明，未提及的开关管和双向开关均处于关断状态。
储能单体b1、b2，开关管s1b、s1c、s1d、s2b，双向开关q1和耦合电感l1构成buck-boost变换器，开关管s1c、s1d和双向开关q1一直处于导通状态。当s1b导通、s2b断开时，b1对耦合电感l1进行储能，s1b关断时，l1的能量通过s2b传递给b2，同理，控制开关管s2b的导通和关断可以将b2的能量传递给b1，即实现了单体b1与b2间能量均衡。
具体实施方式二：
组间单体与小组进行均衡，采用反激工作方式，结合图3，以第一个小组内的单体b2与第二个小组进行均衡的情况为例来说明，未提及的开关管和双向开关均处于关断状态。
储能单体b2，由储能单体b3、b4构成的小组，开关管s1c、s1d、s2a、s3a、s3c、s3d、s4b，双向开关q2和耦合电感l1、l2构成反激变换器，双向开关q2一直处于导通状态。当开关管s1c、s1d、s2a导通，s3a、s3c、s3d、s4b断开时，b2对耦合电感l1进行储能，当开关管s1c、s1d、s2a断开，s3a、s3c、s3d、s4b导通时，l1中存储的能量经反激作用转移到l2中，l2向b3、b4构成的小组释放能量。同理，通过控制开关管开关，b3、b4能量也可传递给b1。
具体实施方式三：
小组对小组、单体同时进行均衡，采用反激工作方式，可以利用反激变换多路输出的特性，结合图4，以第一个小组向第二个小组以及最后一个小组中的单体bn-1同时传递能量的情况为例来说明，未提及的开关管和双向开关均处于关断状态。
储能单体b1、b2构成的小组，储能单体b3、b4构成的小组，储能单体bn-1，开关管s1b、s1c、s1d、s2a、s3a、s3c、s3d、s4b、s(n-1)a、s(n-1)c、s(n-1)d，双向开关qn和耦合电感l1、l2、ln/2构成多路输出的反激变换器，双向开关qn一直处于导通状态。当开关管s1b、s1c、s1d、s2a导通，s3a、s3c、s3d、s4b、s(n-1)a、s(n-1)c、s(n-1)d关断时，b1、b2构成的小组对l1进行储能，当开关管s1b、s1c、s1d、s2a断开，s3a、s3c、s3d、s4b、s(n-1)a、s(n-1)c、s(n-1)d导通时，l1中存储的能量经反激作用转移到l2、ln/2中，l2向b3、b4释放能量，ln/2向bn-1释放能量。