[实用新型]半桥ZVS电池串均衡电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及电池均衡技术领域，具体涉及半桥ZVS电池串均衡电路及其控制方法，本实用新型同样适用于超级电容的均衡。

背景技术

随着电力系统储能及电动汽车行业的发展，串联电池组得到广泛的使用，特别是动力电池组，串联的电池单体个数越来越多，容量越来越大。由于工艺条件限制，在经过多次充、放电循环之后，电池单体的容量差异会愈来愈明显，电池之间会产生较大的电压差，使串联电池组总的有效容量减小，影响电池组的使用性能和寿命。

电池均衡方法分为两类，一是能量消耗法，通过耗能电路使电压高的单体电池电压下降，直到和电压最低的单体电池一致。该方法结构简单，但能耗较大，均衡速度慢，效率低。二是能量转移法，通过电感或电容储能元件把电压高的单体电池电能转移到电压低的单体电池中，最终使两者电压趋于一致。目前，能量转移法主要应用DC-DC变换技术，控制电感、电容实现能量过渡，达到对电池单体补电或放电的目的。现有的基于DC-DC变换技术的电池均衡电路主要有两点不足，一是软开关较难实现，导致开关损耗很大；二是均采用PWM控制，对于数量庞大的开关管的控制非常复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提出半桥ZVS电池串均衡电路及其控制方法。

本实用新型采用的技术方案是：所述半桥ZVS电池串均衡电路包括n个电流型半桥和n绕组变压器，称为第1种电池串均衡电路。每个电流型半桥各自连接有一个电池单体，所有电池单体串联连接形成电池串，电池单体的个数为n，n绕组变压器的每一绕组各自与一个所述电流型半桥连接；n个电流型半桥的元件参数相同，n绕组变压器的每个绕组的匝数和漏感相同。

所述半桥ZVS电池串均衡电路还包括第n+1个电流型半桥和第n+1个绕组，第2种电池串均衡电路。所述第n+1个电流型半桥与所述电池串的两端连接，第n+1个绕组与所述第n+1个电流型半桥连接；连接所述电池串的第n+1个电流型半桥的元件参数归算到每个所述电池单体侧后的元件参数与每个电池单体所连接的电流型半桥的元件参数相同；所述第n+1个绕组的匝数和漏感是每个所述电池单体侧的绕组的匝数和漏感的n倍。

每个电流型半桥由第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容和电感组成；其中，第一二极管和第二二极管分别反并联在第一开关管和第二开关管上，第一开关管的源极与第二开关管的漏极相连；第一电容的阴极与第二电容的阳极相连，第一电容的阳极与第一开关管的漏极相连，第二电容的阴极与第二开关管的源极相连；电感的一端与第一开关管的源极相连，另一端与第二开关管的源极构成电流型半桥的一个端口；第一开关管的源极与第一电容的阴极构成电流型半桥的另一个端口电感Ldc连接所述电池单体或电池串，实现电流型的输入输出。

每个电流型半桥中开关管的结电容与该电流型半桥所连接的绕组的漏感构成谐振电路，实现该电流型半桥中各开关管的ZVS开通。

进一步优化的，所述第1种电池串均衡电路中，采用1/2脉宽的方波信号对每个电流型半桥电路进行移相控制，以固定相位的1/2脉宽的方波为参考信号，对电压大于电池串平均电压的电池单体所连接的电流型半桥进行超前控制，对电压小于电池串平均电压的电池单体所连接的电流型半桥进行滞后控制，超前与滞后相位均采用固定值。

进一步优化的，所述第2种电池串均衡电路中，采用1/2脉宽的方波信号对每个电流型半桥电路进行移相控制，以固定相位的1/2脉宽的方波为参考信号，对电压大于电池串平均电压的电池单体所连接的电流型半桥进行超前控制，对电压小于电池串平均电压的电池单体所连接的电流型半桥进行滞后控制，超前与滞后相位均采用固定值；同时使用所述参考信号控制与电池串连接的电流型半桥的桥臂。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果：本实用新型提供半桥ZVS电池串均衡电路，与能量消耗均衡技术相比，具有能耗低的优势；与现在能量转移均衡技术相比，控制简单，同时实现各开关管的ZVS开通，损耗低，效率高。所述第2种电池串均衡电路，可以同时实现电池单体-电池单体、电池单体-电池串和电池串-电池单体的能量转移，缩短了均衡时间。

附图说明

图1a、图1b分别是本实用新型的半桥ZVS电池串均衡电路中的第1种电池串均衡电路和第2种电池串均衡电路；

图2a、图2b分别是图1a或图1b所示半桥ZVS电池串均衡电路的电流型半桥与多绕组变压器；