[实用新型]Zeta型双开关多路电池电压均衡拓扑

说明书

本实用新型涉及多路均压技术领域，尤其是Zeta型双开关多路电池电压均衡拓扑，前级Zeta型DC‑DC变换器输入端与电池组正负极相连，输出端与后级电容‑二极管均衡电路相连接；前级Zeta型DC‑DC变换器连接前级开环控制器；前级Zeta型DC‑DC变换器的开关管S1和开关管S2分别与电感L1和电感L2并联，并联后与电容C1串联；后级电容‑二极管均衡电路包含N个电压均衡模块，每个电压均衡模的两个电容之间连接一个由二极管组成的整流桥；各电压均衡模块输出端分别连接一个电池单体。该实用新型仅包含两个开关管及两个磁性元件，电路结构简单、成本低、易扩展及体积小，无需闭环控制，所有开关管均能实现ZVS导通，是一种高性能控制方法。

技术领域

本实用新型涉及多路均压技术领域，尤其是Zeta型双开关多路电池电压均衡拓扑。

背景技术

目前，能源危机与环境污染日益成为人们关注的热点问题。在能源危机和环境保护的双重压力下，世界各国都在积极进行绿色能源技术开发。在各种绿色能源的开发应用中，锂电池以其比能量高、无记忆效应、循环寿命长等优点，广泛应用于各种储能系统中。但锂电池单体电压较低，需要将数十个甚至上百个电池单体串联成组以实现高压输出。由于在制造和使用过程中各单体电池内阻、漏电流、温度等特性的差异性，易造成电池组的不均衡现象，具体表现为使用过程中出现单体电池的过充和过放现象，并最终导致电池组性能急剧下降、循环寿命缩短。为延长电池组使用寿命，需在电池组中加入电压均衡电路。

近年来，学术界对电池均衡技术做了大量研究。从电路属性上可分为有源均衡技术和无源均衡技术两类。有源均衡是基于有源开关调节各电池电压，其特点是均衡电流、均衡速度可控，均衡精度较高，但均衡拓扑相对复杂，不易维护。无源均衡技术利用电阻、电容、电感、变压器等无源器件实现各单体电池均衡，其依靠电路自身特性进行均衡，具有体积小、易控制等优点，但其均衡速度及精度对均衡拓扑有较高依赖性。现有基于电压倍增器拓扑结构的均压技术，其利用电容及二极管网络进行均压，电路结构及控制相对简单，但该均压技术开关损耗较高，交叉影响严重，同时需要较多的磁性元件。

实用新型内容

本实用新型提供一种Zeta型双开关多路电池电压均衡拓扑，克服上述现有均压技术缺点。

本实用新型采用的技术方案是：

Zeta型双开关多路电池电压均衡拓扑，包括前级Zeta型DC-DC变换器、后级电容-二极管均衡电路和电池组，前级Zeta型DC-DC变换器输入端与电池组正负极相连，输入电压由电池组提供，输出端与后级电容-二极管均衡电路相连接；

前级Zeta型DC-DC变换器连接前级开环控制器；

前级Zeta型DC-DC变换器包含开关管S1、开关管S2、电感L1、电感L2和电容C1。

电池组包括N个电池单体，电池单体串联连接构成电池组；

后级电容-二极管均衡电路包含N个电压均衡模块，每个电压均衡模块包括两个电容，两个电容之间连接一个由二极管组成的整流桥；各电压均衡模块输出端分别连接一个电池单体。

前级Zeta型DC-DC变换器仅包含两个开关管和两个磁性元件，同时两个开关管可工作于开环状态，无需闭环控制，减小了均衡器体积及控制复杂度。

该Zeta型开关多路电池电压均衡拓扑中所有开关管均可实现ZVS导通，降低了开关损耗。

后级电容-二极管均衡电路中的电压均衡模块由电容、二极管组成，电容的通交隔直作用，及二极管构成的整流桥具有电流导向性，其可有效防止电压均衡模块所对应电池单体短路。