[发明专利]基于开关电容原理的新型电压自均衡多电平高频逆变器

说明书

本发明公开了基于开关电容原理的新型电压自均衡多电平高频逆变器，包括储能单元，开关电容电路和全桥电路；储能单元包括n个锂电池，记作B₁、…、B_i、…、B_n‑1、B_n，电池的总电压记作V_in；开关电容电路由开关管、二极管和电容组成；其中，开关管包括开关管S_a1~S_a(n‑1)、开关管S_b1~S_bn、开关管S_B1a~S_Bna、开关管S_B1b~S_Bnb；二极管包括D_c1~D_c(n‑1)；电容包括C₁~C_n；全桥单路包括开关管S₁~S₄和负载。本发明实现多电平输出，降低了输出交流电的谐波畸变，提高逆变器效率；本发明对开关电容电路分时复用，实现电池单体间的电压均衡，提高了能量利用率，丰富了系统功能。

技术领域

本发明涉及电动汽车供电系统领域，尤其涉及基于开关电容原理的新型电压自均衡多电平高频逆变器。

背景技术

随着环境污染和能源短缺问题的日益突出，电动汽车替代传统汽车成为了一种趋势，而储能系统作为电动汽车的核心一直备受各方关注，众多研究机构和企业倾力研发具有高可靠性、高功率密度和高能量密度的储能系统。其中，锂电池具有能量密度高、循环寿命长、充放电速率快、绿色环保等优点，已经广泛应用于电动汽车的储能系统中。但是，锂电池单体间由于内阻、自放电率、使用环境的差异，导致单体间出现电压不一致，危害锂电池的安全使用。因此，电池均衡技术是储能系统安全可靠运行的有力保证。针对锂电池电压不一致问题，近年来国内外学者提出一系列均衡方案，根据均衡所用器件可以划分为电阻型耗能均衡，以及利用变压器、电感、电容进行能量转移型的主动均衡。其中，开关电容结构的均衡电路采用电容实现能量转移，无需磁性元件，具有电路结构简单、体积小、成本低和能量利用率高等优点，因此在均衡领域得到广泛的应用（Y. Ye, K. W. E. Cheng, Y. C.Fong, X. Xue and J. Lin, Topology, Modeling, and Design of Switched-Capacitor-Based Cell Balancing Systems and Their Balancing Exploration, inIEEE Transactions on Power Electronics, vol. 32, no. 6, pp. 4444-4454, June2017.）。