本发明涉及电池领域，特别是涉及一种减少均衡改良电路中储能元件的数量，简化均衡改良电路。
背景技术：
电池组在经过多个充放电循环后，各电池单体的剩余容量的分布大致会出现三种情况：某些电池单体的剩余容量偏高；某些电池单体的剩余容量偏低；某些电池单体的剩余容量偏高和某些电池单体的剩余容量偏低。
针对上述三种情况，国内外学者均提出了自己的解决方案。如针对个别电池单体的剩余容量偏高的情况，有研究者提出了并联电阻分流法，它通过控制相应的开关器件将剩余容量偏高的电池模块的能量通过电阻消耗掉，该方法将能量白白浪费掉，并且在均衡过程中产生了大量的热，增加了电池热管理的负荷。也有研究者提出了双向dc-dc均衡法、同轴变压器均衡法等均衡改良电路，这些电路都采用了变压器，增加了均衡改良电路的成本。
目前锂离子电池组均衡控制的方法，根据均衡过程中电路对能量的消耗情况，可分为能量耗散型和能量非耗散型两大类。目前的能量非耗散型均衡改良电路均采用过多的储能元件以达到能量交换的目的，基本储能元件的数量都大于等于电池数量。
技术实现要素：
针对现有技术缺点，本发明的目的是减少均衡改良电路中储能元件的数量，简化均衡改良电路。
为达上述目的，本发明的一种基于电感的储能电池组无损均衡改良电路，采用以下的技术方案：
一种基于电感的储能电池组无损均衡改良电路，包含电池组，电池组由电池b1、b2……bn组成，电池数量为n(n为偶数)，均衡改良电路中的电池由上至下分别为b1、b2……bn，电池组的电池b1、b2……bn依次串联；均衡改良电路中的储能电感l数量为n/2个，储能电感l由上至下分别为l1、l3……ln-1；
储能电感l连接在电池负极与右端mosfet管sk源极s之间；
mosfet管开关分为两部分，最右端的部分为右端mosfet管sk，右端mosfet管sk数量为n，由上至下右端mosfet管sk分别为s1、s2……sn串联，右端mosfet管sk的栅极g连接控制电路，右端mosfet管sk的漏极d连接电池正极，右端mosfet管sk的源极s连接电池负极；另一部分是中间的反并联mosfet管sm，采用反并联的连接方式，每2个mosfet管为一组，反并联mosfet管sm均是指2个反并联的mosfet管组成的整体，反并联mosfet管sm的第一mosfet管漏极d与反并联mosfet管sm的第二mosfet管漏极d连接，反并联mosfet管sm的第一mosfet管栅极g与反并联mosfet管sm的第二mosfet管栅极g相连后连接到控制电路，反并联mosfet管sm的第一mosfet管源极s连接电池，反并联mosfet管sm的第二mosfet管源极s连接与电池对应的右端mosfet管sk的源极s；
依次往下进行反并联mosfet管sm、电池b、储能电感l、右端mosfet
进一步，具体为依次往下进行反并联mosfet管sm(k+1)、电池bk+1、储能电感lk、右端mosfet管sk+1相同连接；
标记k+1、n-2分别为数字编号，k+1表示数值k加1，n-2表示数值n减2。
进一步，在一个实施例中，所述电池b1的正极连接右端mosfet管s1的漏极d，电池b1的负极经过储能电感l1后连接右端mosfet管s1的源极s；
电池b1与电池b2串联，电池b1的负极连接电池b2的正极，右端mosfet管s1源极s连接右端mosfet管s2漏极d，右端mosfet管s2源极s连接反并联mosfet管sm2的第二mosfet管源极s，反并联mosfet管sm2的第一mosfet管源极s连接电池b2的负极，反并联mosfet管sm2的第一mosfet管漏极d与反并联mosfet管sm2的第二mosfet管漏极d连接；
电池b2的负极连接电池b3的正极，右端mosfet管s2源极s连接右端mosfet管s3漏极d，电池b3的负极经过储能电感l3后连接右端mosfet管s3的源极s；
电池b3的负极连接电池b4的正极，右端mosfet管s3源极s连接右端mosfet管s4漏极d，右端mosfet管s4源极s连接电池b4的负极；
所有mosfet管的栅极g分别连接控制电路。
一种基于电感的储能电池组无损均衡改良电路的均衡方法，方法如下：
当电池组的b1、b2……bn中某个电池能量过高时，均衡方法如下：
该电池为bk，当k为奇数时，储能电感lk在bk的下方，在一个pwm周期内，使右端mosfet管sk和反并联mosfet管sm(k-1)导通，则电流通过bk、sm(k-1)、sk、储能电感lk，bk放电为电感lk储存能量；右端mosfet管sk和反并联mosfet管sm(k-1)开通一定时间后使其关断，此时电流通过电池bk+1、bk+2……bn、sn的体二极管、sn-1的体二极管……sk+1的体二极管与电感lk，电感lk释放能量至bk+1、bk+2……bn，实现了能量从bk到bk+1、bk+2……bn的转移；
当k为偶数时，储能电感lk在bk的上方，在一个pwm周期内，使右端mosfet管sk和反并联mosfet管smk导通，则电流通过bk、储能电感lk，右端mosfet管sk和反并联mosfet管smk放电为电感lk储存能量；sk和smk开通一定时间后使其关断，此时电流通过电感lk、sk的体二极管、sk-1的体二极管……s1的体二极管与电池b1、b2……bk-1，电感lk释放能量至b1、b2……bk-1，实现了能量从bk到b1、b2……bk-1的转移；
当电池组的b1、b2……bn中某个电池能量过低时，均衡方法如下：
该电池为bk，当k为奇数时，储能电感lk在bk的下方，在一个pwm周期内，使右端mosfet管sk+1、sk+2……sn导通，此时电流通过电池bn、bn-1……bk+1、电感lk与sk+1、sk+2……sn放电，为电感lk储存能量；右端mosfet管sk+1、sk+2……sn开通一定时间后使其关断，同时开通反并联mosfet管sm(k-1)，则电流通过储能电感lk、sk的体二极管、sm(k-1)与bk，电感lk释放能量至bk，实现了能量从bk+1、bk+2……bn到bk的转移；
当k为偶数时，储能电感lk在bk的上方，在一个pwm周期内，使右端mosfet管s1、s2……sk-1导通，则电流通过电池bk-1、bk-2……b1、s1、s2……sk-1与储能电感lk放电，为电感lk储存能量；s1、s2……sk-1开通一定时间后使其关断，同时开通反并联mosfet管smk，则电流通过电感lk、电池bk、smk与sk的体二极管，电感lk释放能量至bk，实现了能量从bk-1、bk-2……b1到bk的转移。
本发明公开了一种基于电感的电池组无损均衡改良电路。本均衡改良电路采用反并联的mosfet管取代储能元件，减少了储能元件的数量。电池组通过控制均衡改良电路中的mosfet管的通断与电感的储能作用，该电路可以实现电池组的电量均衡，并且本均衡拓扑减少了储能元器件的数量，减少均衡改良电路的体积，改善电池组不均衡的现象，提高电池组的可用容量，减小电池组的维修和更换周期，延长电池组的使用寿命。因此该电路适用于蓄能电站中的蓄能装置的电池管理系统。
附图说明
图1是本发明实施例电池组均衡改良电路的原理图；
图2是本发明实施例以4节电池为例的某个电池bk能量过高的均衡改良电路原理图(k为奇数)；
图3是本发明实施例以4节电池为例的某个电池bk能量过高的均衡改良电路原理图(k为偶数)；
图4是本发明实施例以4节电池为例的某个电池bk能量过低的均衡改良电路原理图(k为奇数)；
图5是本发明实施例以4节电池为例的某个电池bk能量过低的均衡改良电路原理图(k为偶数)；
图6是本发明实施例以4节电池为例的均衡改良电路电池能量过高的仿真实验中各电池单体的电压波形图；
图7是本发明实施例以4节电池为例的均衡改良电路电池能量过低的仿真实验中各电池单体的电压波形图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本发明的优点与精神，藉由以下结合附图与具体实施方式对本发明的详述得到进一步的了解。
本发明的特征在于：如图1，当电池数量为n(n为偶数)时，n为奇数时，均衡改良电路中最后一个电池的电量无法传递给其他电池，所以电池数量必须为偶数。均衡改良电路中的电池由上至下分别命名为b1、b2……bn；均衡改良电路中的储能电感l数量为n/2，由上至下分别命名为l1、l3……ln-1；mosfet管开关分为两部分，最右端的mosfet管数量为n，右端mosfet管sk由上至下分别命名为s1、s2……sn；另一部分采用反并联的连接方式，每2个mosfet管为一组，组成反并联mosfet管smk，实现双向开关的功能(本专利之后提到的反并联mosfet管均是指2个反并联的mosfet管组成的整体)。反并联mosfet管smk一端和电池的一端相连，另一端和电池对应右端mosfet管sk开关的一端相连，反并联mosfet管smk数量为(n-2)/2，由上至下分别命名为sm2、sm4……sm(n-2)。
标记k+1、n-2分别为数字编号，k+1表示数字k加1，n-2表示数字n减2。
本发明包含电池组，电池组由电池b1、b2……bn组成，电池数量为n(n为偶数)，均衡改良电路中的电池由上至下分别为b1、b2……bn，电池组的电池b1、b2……bn依次串联；其特征在于，均衡改良电路中的储能电感l数量为n/2个，储能电感l由上至下分别为l1、l3……ln-1；
储能电感l连接在电池负极与右端mosfet管源极s之间；
mosfet管开关分为两部分，最右端的部分为右端mosfet管sk，右端mosfet管sk数量为n，由上至下右端mosfet管sk分别为s1、s2……sn串联，右端mosfet管sk的栅极g连接控制电路，右端mosfet管sk的漏极d连接电池正极，右端mosfet管sk的源极s连接电池负极；另一部分是中间的反并联mosfet管sm，采用反并联的连接方式，每2个mosfet管为一组，反并联mosfet管sm均是指2个反并联的mosfet管组成的整体，反并联mosfet管sm的第一mosfet管漏极d与反并联mosfet管sm的第二mosfet管漏极d连接，反并联mosfet管sm的第一mosfet管栅极g与反并联mosfet管sm的第二mosfet管栅极g相连后连接到控制电路，反并联mosfet管sm的第一mosfet管源极s连接电池，反并联mosfet管sm的第二mosfet管源极s连接与电池对应的右端mosfet管sk的源极s；
依次往下进行反并联mosfet管sm(k+1)、电池bk+1、储能电感lk、右端mosfet管sk+1相同连接；
反并联的mosfet管sm(k-1)数量为(n-2)/2，由上至下分别为sm2、sm4……sm(n-2)。
参见附图2至附图7，在一个具体实施例中，电池b1的正极连接右端mosfet管s1的漏极d，电池b1的负极经过储能电感l1后连接右端mosfet管s1的源极s；
电池b1与电池b2串联，电池b1的负极连接电池b2的正极，右端mosfet管s1源极s连接右端mosfet管s2漏极d，右端mosfet管s2源极s连接反并联mosfet管sm2的第二mosfet管源极s，反并联mosfet管sm2的第一mosfet管源极s连接电池b2的负极，反并联mosfet管sm2的第一mosfet管漏极d与反并联mosfet管sm2的第二mosfet管漏极d连接；
电池b2的负极连接电池b3的正极，右端mosfet管s2源极s连接右端mosfet管s3漏极d，电池b3的负极经过储能电感l3后连接右端mosfet管s3的源极s；
电池b3的负极连接电池b4的正极，右端mosfet管s3源极s连接右端mosfet管s4漏极d，右端mosfet管s4源极s连接电池b4的负极；
所有mosfet管的栅极g分别连接控制电路。
均衡改良电路的工作原理如下：
如图1，当电池组的b1、b2……bn中某个电池能量过高时，假设该电池为bk。当k为奇数时，储能电感lk在bk的下方。在一个pwm周期内，使mosfet管sk和sm(k-1)导通，则电流通过bk、sm(k-1)、sk、储能电感lk、bk放电为电感lk储存能量；sk和sm(k-1)开通一定时间后使其关断，此时电流通过电池bk+1、bk+2……bn、sn的体二极管、sn-1的体二极管……sk+1的体二极管与电感lk，电感lk释放能量至bk+1、bk+2……bn，实现了能量从bk到bk+1、bk+2……bn的转移。当k为偶数时，储能电感lk-1在bk的上方。在一个pwm周期内，使mosfet管sk和smk导通，则电流通过bk、储能电感lk-1、sk与smk放电为电感lk储存能量；sk和smk开通一定时间后使其关断，此时电流通过电感lk、sk的体二极管、sk-1的体二极管……s1的体二极管与电池b1、b2……bk-1，电感lk释放能量至b1、b2……bk-1，实现了能量从bk到b1、b2……bk-1的转移。
如图1，当电池组的b1、b2……bn中某个电池能量过低时，假设该电池为bk。当k为奇数时，储能电感lk在bk的下方。在一个pwm周期内，使mosfet管sk+1、sk+2……sn导通，此时电流通过电池bn、bn-1……bk+1、电感lk与sk+1、sk+2……sn放电为电感lk储存能量；sk+1、sk+2……sn开通一定时间后使其关断，同时开通sm(k-1)，则电流通过储能电感lk、sk的体二极管、sm(k-1)与bk，电感lk释放能量至bk，实现了能量从bk+1、bk+2……bn到bk的转移。当k为偶数时，储能电感lk在bk的上方。在一个pwm周期内，使mosfet管s1、s2……sk-1导通，则电流通过电池bk-1、bk-2……b1、s1、s2……sk-1与储能电感lk放电，为电感lk储存能量；s1、s2……sk-1开通一定时间后使其关断，同时开通smk，则电流通过电感lk、电池bk、smk与sk的体二极管，电感lk释放能量至bk，实现了能量从bk-1、bk-2……b1到bk的转移。
本发明的优点如下：
1、本发明的电池数量更加灵活，可以更好地适应不同电池数量的要求，因此本发明能应用的场合更多。
现有技术的电池数量只能是2、4、8、16……2n(n为正整数)，所以当电池数量为6、10、12、14等时，就不能采用现有技术所提出的均衡电路。本发明所提出的均衡电路可以用于所有电池数量为偶数的情况。所以本发明能应用的场合更多。
2、本发明的电池的能量传递方式更多样，能量在电池之间传递更加灵活，性能更强。
现有技术中电池的能量传递只能采取下面这样的方式：在0级电路中由一个电池与另一个电池相互传递；在1级电路中由2个电池与另外2个电池相互传递；在2级电路中由4个电池与另外4个电池相互传递……依次递推下去。也就是说，现有技术中的电池能量传递必须是相等数量的电池之间进行传递。同时，现有技术中的电池能量只能在相邻电池或者相邻电池组之间传递。现有技术中也有1级电路中包含4个电池，由上至下编号为b1、b2、b3、b4，现有技术不能实现电池b2与电池b3传递能量，也不能实现电池b2与电池b3、b4组成的整体之间传递能量。
而如图1，本发明中，电池的能量传递方式比较多样化：可以由一个电池与另一个电池相互传递能量，如bk和bk+1相互传递能量；也可以一个电池与多个电池相互传递能量，如bk和bk+1、bk+2……bn相互传递能量；也可以多个电池传递与多个电池相互传递能量，如b1、b2……bk和bk+1、bk+2……bn相互传递能量。
3、在电池数量比较大的时候，本发明比现有技术所用电感的数量少，结构更加简单，成本更低。
现有技术中，在0级电路时，有2个电池1个电感；在1级电路时，有4个电池和3个电感；在2级电路时，有8个电池和7个电感……以此类推下去，现有技术随着电路扩展的等级越高，也就是电池数量的上升，电感与电池的比例都在不断的提高。如图1，本发明中，不论电路电池数是多少，电感与电池的比例不变。当电池数量为n(n为偶数)时，均衡电路中的储能电感l数量为n/2。
在电池数量为2时，现有技术和本发明都有1个电感；在电池数量为4时，现有技术3个电感，而本发明只有2个电感，比现有技术少1个电感；在电池数量为8时，现有技术有7个电感，而本发明有4个电感，比现有技术少3个电感；在电池数量为16时，现有技术有15个电感，而本发明只有8个电感，比现有技术少7个电感。所以随着电池数量的上升，本发明所需电感的数量比现有技术少的越多，因此本发明结构更加简单，成本更低。
当电池数量为n(n为偶数)时，n为奇数时，均衡改良电路中最后一个电池的电量无法传递给其他电池，所以电池数量必须为偶数。均衡改良电路中的电池由上至下分别命名为b1、b2……bn；均衡改良电路中的储能电感l数量为n/2，由上至下分别命名为l1、l3……ln-1；mosfet管开关分为两部分，最右端的mosfet管数量为n，由上至下分别命名为s1、s2……sn；另一部分采用反并联的连接方式，每2个mosfet管为一组，实现双向开关的功能(本专利之后提到的反并联mosfet管均是指2个反并联的mosfet管组成的整体)。反并联mosfet管sm一端和电池的一端相连，另一端和电池对应的右端mosfet管sk开关的一端相连，反并联的mosfet管数量为(n-2)/2，由上至下分别命名为sm2、sm4……sm(n-2)。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明发明的保护范围应以所附权利要求为准。