[发明专利]基于双向Cuk斩波电路的“E”型锂电池均衡器

说明书

本发明公开一种基于双向Cuk斩波电路的“E”型锂电池均衡器，包括耦合电感、电感、电容、开关管、n个(n为偶数)变压器，2n个串联锂电池单元。该均衡器按照均衡路径可归为两类，分别为纵向Cuk电路与横向Cuk电路，其均衡路径形如字母“E”。本发明采用纵向Cuk电路与横向Cuk电路相结合的均衡方式，一方面纵向Cuk电路的使用，有效的降低了一组电池单元需要配备的电感、电容和开关管数量，简化了控制；另一方面“E”型均衡方式的引入可以缩短电池单元间均衡路径，达到电池单元之间的快速均衡。

技术领域

本发明涉及一种基于双向Cuk斩波电路的“E”型锂电池均衡器，属于电力电子变换器领域。

背景技术

近年来，随着新能源产业的大量推广，锂电池的利用量也在不断的增加，而锂电池单元的电压和容量满足不了实际应用。为获得足够高的电压与足够的容量，需要将锂电池单元串联成为锂电池包后再使用。然而现实中每个锂电池单元之间存在不一致性，导致锂电池单元在串联使用时常常出现某个锂电池单元过充、过放的现象，大大降低了锂电池寿命，严重情况下会引起安全事故。因此，为改善锂电池单元之间的不一致现象，电压均衡功能成为串联使用的锂电池包所具备的功能。

目前，锂电池均衡器可以分为两种形式：被动均衡器、主动均衡器。被动均衡又称能耗型均衡，是指将锂电池单元中多余的能量全部以热量的方式消耗。这种均衡方式能量损耗较大，均衡效率较低，因此实际应用中被动均衡方案不是特别理想。而主动均衡作为一种非能耗型均衡，是指能量通过储能元件进行转移，从而减小电池组不一致性。其基本能够满足均衡效率高、均衡速度快、均衡电流大的要求。因此，主动均衡器得到了广泛的应用。主动均衡器通常可以根据能量均衡传输方式进行分类，可以分为基于电容型均衡电路、基于电感型均衡电路、基于变压器型均衡电路和基于变换器型均衡电路。其中基于变换器型均衡电路因具有性能好且集成度高的优点，逐渐成为主动均衡器重点发展方向之一。

目前常用的变换器型均衡电路主要分为Cuk电路、Boost电路、Buck-Boost电路等。其中典型的双向Cuk斩波电路均衡拓扑结构仅能实现相邻电池间能量转移，当其应用在大规模锂电池组中时，长距离的均衡过程导致锂电池组均衡速度及均衡效率不理想。而且典型的双向Cuk电路使用元器件较多，这使得成本偏高。因此，为进一步提升基于双向Cuk电路均衡器的均衡效果和均衡效率，以及减少元器件的使用数量，本方案由此产生。

发明内容

发明目的：针对传统双向Cuk均衡器效率低、均衡效果差和使用元器件数量较多的缺点，本发明提出一种基于双向Cuk斩波电路的“E”型锂电池均衡器。

技术方案：一种基于双向Cuk斩波电路的“E”型锂电池均衡器，包含n(n为偶数)个横向Cuk电路和n/2个纵向Cuk电路。

第i(i＝1,2,3……,n)横向Cuk电路中，锂电池单元B_i的正极与电感L_i1的第一端连接，并作为第i横向Cuk电路的第一端子；电感L_i1的第二端与电容C_i1的第一端、开关管S_i1漏极连接；电容C_i1的第二端与变压器T_i原边绕组同名端相连；变压器T_i原边绕组异名端与S_i1源极、B_i的负极连接，并作为第i横向Cuk电路的第二端子；变压器T_i副边绕组异名端与开关管S_i2的漏极、锂电池单元B_n+i的正极相连接，并作为第i横向Cuk电路的第三端子；变压器T_i副边绕组同名端与电容C_i2的第一端连接；电容C_i2的第二端与S_i2的源极、电感L_i2第二端连接；电感L_i2第一端与B_n+i的负极相连接，并作为第i横向Cuk电路的第四端子。