[发明专利]一种模块化电池间均衡电路结构与方法

说明书

本发明一种模块化电池间均衡电路结构与方法，结构包括两个以上的电池单体，所有电池单体串联连接，每个电池单体均并联一个开关，每相邻m个电池单体组成一组，采用变压器正激耦合，初级绕组和次级绕组反激耦合，次级绕组与直流母线电容并联，形成一个模组，模组之间经过直流母线传递能量，模组内部通过正激耦合实现组内电池均衡，实现能量在模块化电池间的传递。本发明便于整体系统扩展，使均衡模块批量化生产，降低生产成本。本发明能够在保证很好的均衡效果的同时，减少变压器，开关管和线圈绕组的数量，降低结构成本；同时采用变压器正反激原理的结合，提高均衡速度。模组之间采用直流母线进行能量传递，不需要中间逆变器，减少了能量损耗。

技术领域

本发明属于电池均衡技术领域，特别提出一种模块化电池间均衡电路结构与方法。

背景技术

近些年来，由于环境的污染，自然资源的枯竭，政府相关激励政策，中东问题造成油价的不断上涨等原因。传统燃油车面临窘境，新能源电动汽车由于其环境污染小，能源利用率高等优点，近年来在市场上的占比不断加大。电池系统作为电动汽车的动力来源，其安全性，使用成本成为制约电动汽车发展的关键因素。

动力电池在使用过程中，通过串联形成电池组，以此来满足负载的电压等级需求。电池组中各单体电池的不平衡现象十分普遍，该现象产生一方面是由于各单体电池内部的差异，如制造过程中的物理量差异，自放电率的不一致，电池内部阻抗的变化；另一方面电池在使用过程中，各单体电池面临的外部环境也有差异，如各电池所受压力和面临的环境温度的差异。电池不均衡会导致单体电池的容量下降，产生的“木桶效应”会加剧电池能量的衰退，从而导致电池组整体利用率和使用寿命降低，进而影响电动汽车的使用寿命和续驶里程。过充电时电池内部活性成分与电解质反应，严重时会引发爆炸和火灾，由此导致电动汽车最受人关注的安全隐患问题。因此，电池均衡对整体电池组生命周期和安全性能具有重要意义。

电池均衡技术是指在拓扑结构的基础上，采用适当的控制策略减少各电池单体的差异。目前均衡技术主要分为主动均衡和被动均衡。被动均衡将电池中额外的能量通过并联电阻的方式进行消耗。这种方法结构简单，成本低。但是均衡过程中会产生大量的热，造成能量的浪费，均衡效率低。主动均衡是近些年的研究热点，主动均衡采用不同的拓扑结构，实现能量在电池之间，电池与电池组，电池组之间进行转移，以此达到均衡的目的，可以解决被动均衡能量浪费，效率低等问题。主动均衡中，变压器均衡由于可以实现电气隔离、控制简单、效率较高等原因而备受关注。根据变压器数量可分为单变压器和多变压器结构，单变压器均衡结构中只有一个变压器，控制所需要的开关实现电池均衡，此方法结构简单，但开关较多，变压器绕制复杂，无法做到绕组完全一致。多变压器电路中有多个变压器，每个单体电池对应一个均衡模块，同一时刻可有多个模块同时工作，因此均衡速度大大提高，但变压器数量较多，成本相应增加。

综上所述，变压器均衡可以实现电池隔离，均衡速度快，效率高。然而在实际应用中，变压器均衡由于电路中存在大量元器件、变压器绕线复杂，模块化成本高等原因，并未得到广泛的应用。现如今，如何降低变压器均衡使用成本，减少变压器的数量，简化电路，使得系统可以实现模块化，便于大批量生产，从而减小生产成本，成为研究的关键。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种模块化电池间均衡电路结构与方法，在保证很好的均衡效果的同时，便于系统扩展；减少变压器，开关管和线圈绕组的数量，降低结构成本；同时采用变压器正反激原理的结合，大大提高均衡速度。模组之间采用直流母线进行能量传递，不需要中间转换器，减少了能量损耗。整个模块可以实现大批量生产，由此降低了生产成本。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种模块化电池间均衡电路结构，该电路结构包括两个以上的电池单体B_ij、变压器T、开关MOSFET以及直流母线电容C_i；其中，