基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種串聯(lián)電池組均衡電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬于電池管理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著地球環(huán)境污染和能源危機(jī)的加劇，使用清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)不可再生 能源是工業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路，由此帶動(dòng)了電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電站等技術(shù)的興起。儲(chǔ)能電池組是 運(yùn)些領(lǐng)域的核屯、裝置，為了提供足夠大的電壓W滿足用電設(shè)備的需求，通常需要將多節(jié)單 體電池進(jìn)行串聯(lián)，解決串聯(lián)電池組的均衡問題對(duì)提高能源利用率和充放電可靠性，延長(zhǎng)電 池的使用壽命具有重大的意義。
[0003] 串聯(lián)電池組的均衡方案分為被動(dòng)有損均衡和主動(dòng)無損均衡，主動(dòng)無損均衡因其能 量損耗較小受到了廣泛的關(guān)注，其又包括基于電容、基于電感和基于變壓器能量轉(zhuǎn)移的均 衡電路。目前基于電感的均衡電路常用拓?fù)錇槟K化橋式均衡電路和基于儲(chǔ)能電感對(duì)稱分 布的均衡電路。
[0004] 模塊化橋式均衡電路由北京工業(yè)大學(xué)的劉春梅等人于2006年提出，電路中每?jī)蓚€(gè) 相鄰單體電池對(duì)應(yīng)一個(gè)橋式均衡模塊，每個(gè)橋式均衡模塊包括兩個(gè)功率開關(guān)管、兩個(gè)反并 聯(lián)續(xù)流二極管和一個(gè)能量轉(zhuǎn)移電感，該電路對(duì)于任何單體電池?cái)?shù)目的串聯(lián)電池組都適用。 然而，對(duì)于N節(jié)電池單體，就需要2N-2個(gè)功率開關(guān)管、2N-2個(gè)反并聯(lián)續(xù)流二極管和N個(gè)能量轉(zhuǎn) 移電感，電路中元器件數(shù)目較多，且每個(gè)橋式均衡模塊會(huì)存在兩個(gè)功率開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通引 起電池側(cè)短路的直通問題，需要在控制中加入死區(qū)W避免運(yùn)一現(xiàn)象，運(yùn)就導(dǎo)致了當(dāng)相鄰電 池之間電壓差較小時(shí)，達(dá)到均衡所需要的時(shí)間較長(zhǎng)?；趦?chǔ)能電感對(duì)稱分布的均衡電路由 在浙江理工大學(xué)的張寅孩等人于2010年提出，電路中每個(gè)單體電池對(duì)應(yīng)一個(gè)功率開關(guān)管、 一個(gè)續(xù)流二極管和一個(gè)儲(chǔ)能電感，電路拓?fù)渫耆珜?duì)稱，因此對(duì)于N節(jié)電池單體，需要N個(gè)功率 開關(guān)管、N個(gè)續(xù)流二極管和N個(gè)儲(chǔ)能電感，電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，然而，其僅對(duì)電池?cái)?shù)目為偶數(shù) 的情況適用，電路的可擴(kuò)展性較低，適用范圍有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明正是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)電路中器件數(shù)目多、均衡所需時(shí)間長(zhǎng)的不足，提供一種 基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)展的特點(diǎn)。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下： 一種基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路，包括若干個(gè)串聯(lián)的電池單體構(gòu) 成的電池組，每個(gè)電池單體對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)功率開關(guān)管，每個(gè)功率開關(guān)管對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè) 反并聯(lián)續(xù)流二極管，且每個(gè)功率開關(guān)管的輸入端和與之對(duì)應(yīng)的反并聯(lián)續(xù)流二極管的陰極相 連，每個(gè)功率開關(guān)管的輸出端和與之對(duì)應(yīng)的反并聯(lián)續(xù)流二極管的陽(yáng)極相連； 位于所述電池組正極端的電池單體為首端電池，位于所述電池組負(fù)極端的電池單體為 末端電池，位于所述首端電池和所述末端電池之間的電池單體為中間電池； 所述首端電池對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)負(fù)端能量轉(zhuǎn)移電感，所述末端電池對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)正端 能量轉(zhuǎn)移電感，所述中間電池對(duì)應(yīng)設(shè)置有一個(gè)正端能量轉(zhuǎn)移電感和一個(gè)負(fù)端能量轉(zhuǎn)移電 感;且每個(gè)電池單體對(duì)應(yīng)設(shè)置的正端能量轉(zhuǎn)移電感和與其相鄰的電池單體對(duì)應(yīng)設(shè)置的負(fù)端 能量轉(zhuǎn)移電感為同一個(gè)電感，每個(gè)電池單體對(duì)應(yīng)設(shè)置的負(fù)端能量轉(zhuǎn)移電感和與其相鄰的電 池單體對(duì)應(yīng)設(shè)置的正端能量轉(zhuǎn)移電感為同一個(gè)電感。
[0007] 作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述首端電池的正極和與之對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)管的輸入 端相連，所述首端電池的負(fù)極和與之對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)管的輸出端之間通過所述首端電池對(duì) 應(yīng)的負(fù)端能量轉(zhuǎn)移電感相連； 所述末端電池的負(fù)極和與之對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)管的輸出端相連，所述末端電池的正極和 與之對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)管的輸入端之間通過所述末端電池對(duì)應(yīng)的正端能量轉(zhuǎn)移電感相連。
[0008] 作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述中間電池的正極和與之對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)管的輸入 端之間通過所述中間電池對(duì)應(yīng)的正端能量轉(zhuǎn)移電感相連，所述中間電池的負(fù)極和與之對(duì)應(yīng) 的功率開關(guān)管的輸出端之間通過所述中間電池對(duì)應(yīng)的負(fù)端能量轉(zhuǎn)移電感相連。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的實(shí)施效果如下： 本發(fā)明所述的基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路，通過功率器件的導(dǎo)通 和關(guān)斷實(shí)現(xiàn)電感的充放電，并通過功率開關(guān)管的反并聯(lián)二極管為電感電流提供續(xù)流通路， 實(shí)現(xiàn)能量在單體電池和串聯(lián)電池組之間的轉(zhuǎn)移;該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)單體電 池之間同時(shí)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，解決了傳統(tǒng)基于電感的串聯(lián)電池組均衡電路開關(guān)器件和電感數(shù) 目較多、可擴(kuò)展性低W及能量?jī)H能在相鄰單體電池之間轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致均衡時(shí)間過長(zhǎng)的問題。
【附圖說明】
[0010] 圖1是實(shí)施例所述的基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路拓?fù)涫疽?圖； 圖2是實(shí)施例所述的基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路首端電池放電且 其余電池充電的第一階段電流流向圖； 圖3是實(shí)施例所述的基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路首端電池放電且 其余電池充電的第二階段電流流向圖； 圖4是實(shí)施例所述的基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路首端電池放電且 其余電池充電的第η階段電流流向圖（2<n<N); 圖5是實(shí)施例所述的基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路首端電池放電且 其余電池充電的第η階段擴(kuò)展星Ξ角變換電路； 圖6是實(shí)施例所述的基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路首端電池放電且 其余電池充電的第η階段等效電路； 圖7是實(shí)施例所述的基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路首端電池放電且 其余電池充電的第Ν階段電流流向圖； 圖8是實(shí)施例所述的基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路首端電池放電且 其余電池充電的關(guān)鍵電流波形； 圖9是實(shí)施例所述的基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路中間電池放電且 其余電池充電的第一階段電流流向圖； 圖10是實(shí)施例所述的基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路中間電池放電 且其余電池充電的第二階段電流流向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ]下面將結(jié)合具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明的內(nèi)容。
[0012] 如圖1所示，為本實(shí)施例提供的基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路 的拓?fù)涫疽鈭D。
[0013] 本實(shí)施例所述基于電感充放電能量轉(zhuǎn)移的串聯(lián)電池組均衡電路，由N節(jié)單體電池 組成的串聯(lián)電池組化、化…Un進(jìn)行均衡，串聯(lián)電池組均衡電路包括功率開關(guān)管Si、S2…Sn、反 并聯(lián)續(xù)流二極管Di、D2-Dn和能量轉(zhuǎn)移電感b、L2-LN-i，其中功率開關(guān)管Si、S2-Sn的輸入端 分別與反并聯(lián)續(xù)流二極管Di、D2-Dn的陰極相連，功率開關(guān)管Si、S2-Sn的輸出端分別與反并 聯(lián)續(xù)流二極管化、〇2···〇Ν的陽(yáng)極相連，每個(gè)串聯(lián)電池單體化、化…化對(duì)應(yīng)一個(gè)功率開關(guān)管Si、 S2…Sn和一個(gè)反并聯(lián)續(xù)流二極管化、〇2···〇Ν，其中首端電池單體化對(duì)應(yīng)一個(gè)負(fù)端能量轉(zhuǎn)移電 感Li，末端電池單體Un對(duì)應(yīng)一個(gè)正端能量轉(zhuǎn)移電感Ln-1，中間電池單體Un( l<n<N)分別對(duì)應(yīng)一 個(gè)正端能量轉(zhuǎn)移電感Ln-1和一個(gè)負(fù)端能量轉(zhuǎn)移電感Ln，且每個(gè)電池單體Un的正端能量轉(zhuǎn)移電 感Ln-1和與其相鄰的上一電池單體Un-1的負(fù)端能量轉(zhuǎn)移電感Ln-1為同一個(gè)電感，每個(gè)電池單 體Un的負(fù)端能量轉(zhuǎn)移電感Ln和與其相鄰的下一電池單體Un+1的正端能量轉(zhuǎn)移電感Ln為同一 個(gè)電感。
[0014] 其中，首端電池化的正極和其對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)管Si的輸入端W及反并聯(lián)續(xù)流二極 管化的陰極相連，首端電池化的負(fù)極和其對(duì)應(yīng)的負(fù)端能量轉(zhuǎn)移電感^相連，負(fù)端能量轉(zhuǎn)移電 感^的另一端與功率開關(guān)管Si的輸出端W及反并聯(lián)續(xù)流二極管化的陽(yáng)極相連，末端電池化 的正極和其對(duì)應(yīng)的正端能量轉(zhuǎn)移電感Ln-1相連，正端能量轉(zhuǎn)移電感Ln-1的另一端與功率開關(guān) 管Sn的輸入端W及反并聯(lián)續(xù)流二極管Dn的陰極相連，末端電池化的負(fù)極和其對(duì)應(yīng)的功率開 關(guān)管Sn的輸出端W及反并聯(lián)續(xù)流二極管Dn的陽(yáng)極相連。
[0015] 其中，中間電池 Un的正極和其對(duì)應(yīng)的正端能量轉(zhuǎn)移電感Ln-1相連，正端能量轉(zhuǎn)移電 感Ln-1的另一端與功率開關(guān)管Sn的輸入端W及反并聯(lián)續(xù)流二極管