[实用新型]基于推挽变换器的模块化电池均衡电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及锂电池均压技术领域，尤其是基于推挽变换器的模块化电池均衡电路。

背景技术

随着石油、煤炭、天然气等不可再生资源的快速消耗，作为最有发展和应用前景的绿色光源之一，动力电池以能量密度高、无记忆效应、循环寿命长等优点，在储能领域获得了广泛应用。由于电池单体电压的限制，在许多高压应用场合，需要同时使用多个电池单体串联实现高压输出。但是由于电池的个体差异，在同步充电时可能会造成某个单体的过充或者过放，从而减短了电池的寿命和对其安全性造成较大的威胁。因此，在多个电池串联的情况下，需要保证每个电池单体实现同步充电和放电。通过大量的实验证明，电池的state of charge(SOC)与其端电压存在着极大的相关性，因此，实现多单体电池的同步充放电实际上就是实现多路均压。为了满足多单体电池串联时的均衡要求，近年来，学术界对电池均衡开关变换器技术做了大量的研究。现有的电池均衡技术基本上可以分为两大类，即能耗式均衡技术和非能耗式均衡技术。

能耗式均衡结构的效率较低，散热严重，而非能耗式分为隔离和非隔离两种。为了改善传统的非隔离式均衡电路均衡路径长的缺点，现有的非隔离型均衡电路常利用开关矩阵与电感或者电容组合，通过利用开关矩阵对需要均衡的单体电池进行选择，能有效的缩短均衡路径提高均衡速度，然而这种均衡结构的开关管的个数较多且控制复杂。利用变压器具有隔离和耦合的特点，隔离型均衡电路能在缩短均衡路径的同时有效的减少开关管的个数。传统的多绕组变压器的均衡结构存在着磁耦合带来的交叉影响较大、不易拓展，控制复杂的缺点。该实用新型在保证了能量传递路径最短，消除了磁耦合所带来的交叉影响的基础上，增加了其拓展性，简化了其控制，且能有效的利用全周期进行能量的传递。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供一种基于推挽变换器的模块化电池均衡电路，克服了现有均衡技术控制复杂，均衡路径长、拓展性差等缺点。

本实用新型采用的技术方案是：

基于推挽变换器的模块化电池均衡电路，包括多个推挽型均衡模块，多个推挽型均衡模块并联再交流总线AB上，每个推挽型均衡模块分别与一节电池B_i(i＝1,2,3…)相并联，电池电压为V_Bi(i＝1,2,3,…)；

每个推挽型均衡模块都为一个独立的推挽型逆变电路，包括上开关管S_2i-1和下开关管S_2i(i＝1,2,3,…)、电感L_i(i＝1,2,3,…)、三端口变压器T_i(i＝1,2,3,…)和吸收电路(Snubber)；每个推挽型均衡模块的三端口变压器副边并联在交流总线AB上，并且通过三端口变压器副边与其它推挽型均衡模块进行耦合。

该基于推挽变换器的模块化电池均衡电路的控制方法：各推挽型均衡模块的上开关管和下开关管同时导通和关断，且上开关管和下开关管的导通信号互补，从而保证磁通复位的同时实现全周期的能量传输；根据各电池电压与交流总线AB上的电压幅值之间的差异，电路会自动实现能量从电池电压较高电池传递至电压较低电池之间的目的。

进一步地，当各输入支路的电压存在差异时，电路开始进行均压工作：三端口变压器的原副边的电压幅值为电耦合端的电压，即为各支路输入电压的平均值，当电池电压高于电耦合端的电压，电池通过传能电感向其他电池释放能量；当电池电压低于电耦合端的电压，电池通过传能电感从其他电池吸收能量，这样最终能实现各输入支路之间的电压相等，均等于交流总线AB电压幅值。

本实用新型提供的基于推挽变换器的模块化电池均衡电路，通过控制每个推挽型均衡模块中的上下开关管同步工作，利用电池电压与并联总线的电压幅值差，能够实现多模块的自动均压的目的。

只需保证每个均衡模块中推挽电路的上下开关管保持互补导通，就能保证变压器的励磁电感的磁通复位，同时保证电路在全周期内进行均衡。

变压器的原副边漏感可作为传能电感得到有效的利用。

在死区时间内，推挽型均衡模块中的吸收电路释放或者回收传能电感中储存的能量，能有效的保护开关管和减少能量损耗，提高变换器的工作效率。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、与现有的能耗式均衡技术相比，本实用新型具有控制简单，效率高等优点。

2、与现有的非隔离式均衡技术相比，本实用新型通过变压器的耦合与电气隔离缩短了均衡路径，且只需控制开关管实现同步开通与导通，减少了开关管数目，简化了控制，提高了均衡速度。