一种串联锂电池均压电路制造技术

本发明专利技术公开了一种串联锂电池均压电路，其包括由偶数个依次串联的锂电池组成的电池包、高频多端口变压器、一次侧半桥电路和若干个二次侧半桥电路；一次侧半桥电路包括N型开关管SA，N型开关管SA的漏极分别与电池包的正极和电容C1的一端相连接；N型开关管SA的源极分别与电感LP1的一端和N型开关管SB的漏极相连接；N型开关管SB的源极分别与电池包的负极和电容C2的一端相连接；电容C1的另一端分别与一次侧线圈TP的一端和电容C2的另一端相连接；一次侧线圈TP的另一端与电感LP1的另一端相连接。本发明专利技术电路结构简单，成本低，避免了锂电池组中单体电池的最低电压影响电池组有效容量。

【技术实现步骤摘要】
一种串联锂电池均压电路
本专利技术涉及锂电池均压领域，具体涉及一种串联锂电池均压电路。
技术介绍
随着电池相关技术的进步，锂电池以其高能量密度、绿色环保、无记忆效应等优点，在新能源分布式微型发电网的储能环节，新能源电动汽车车载电池等场合中应用越来越广泛。因为锂离子电池的单体电压比较低，所以在实际应用中，不能满足大功率等级的负荷要求，需要对一定数量的电池串联成电池组来满足实际电池电压需求。但是受限于现阶段的制造工艺、再加上工作温度等环境的影响，锂离子电池在实际的工作中会出现电池容量、等效内阻等参数不一致的问题。每一个电池的电压和剩余容量都受其电池参数的影响。那么电池组中电池参数的不一致会直接使得同一个电池组内的电池电压的不一致和剩余容量的不一致。电池组的有效容量主要取决于电池组内最低电压的单体电池，所以同一电池组内单体电压的压差过大会影响电池组的使用寿命和使用效率。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种串联锂电池均压电路解决了锂电池组中单体电池的最低电压影响电池组有效容量的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种串联锂电池均压电路，其包括由偶数个依次串联的锂电池组成的电池包、高频多端口变压器、一次侧半桥电路和若干个二次侧半桥电路；一次侧半桥电路包括N型开关管SA，N型开关管SA的漏极分别与电池包的正极和电容C1的一端相连接；N型开关管SA的源极分别与电感LP1的一端和N型开关管SB的漏极相连接；N型开关管SB的源极分别与电池包的负极和电容C2的一端相连接；电容C1的另一端分别与一次侧线圈TP的一端和电容C2的另一端相连接；一次侧线圈TP的另一端与电感LP1的另一端相连接；每两个相邻的锂电池形成一个电池组并对应一个二次侧半桥电路，第m个二次侧半桥电路包括N型开关管S2m-1，N型开关管S2m-1的漏极与与其对应的电池组的正极相连接；N型开关管S2m-1的源极分别连接N型开关管S2m的漏极和电感Lsm的一端；电感Lsm的另一端与二次侧线圈Tsm的一端相连接；二次侧线圈Tsm的另一端连接至与其对应的两个锂电池的正负极串联线；N型开关管S2m的源极与与其对应的电池组的负极相连接。进一步地，一次侧线圈TP与电感LP1相连接的一端为同名端；二次侧线圈Tsm与电感Lsm相连接的一端为同名端。本专利技术的有益效果为：本专利技术电路结构简单，成本低，控制方式方便，可实现电池组内电池能量传递、电池组间能量传递和原副边能量传递，其可以对复杂电压分布的电池组进行均压，避免了锂电池组中单体电池的最低电压影响电池组有效容量。附图说明图1为本专利技术的电路示意图；图2为本专利技术进行电池组内能量传递的工作示意图；图3为本专利技术进行电池组间能量传递的工作示意图；图4为本专利技术进行原副边能量传递的工作示意图；图5为本专利技术的工作等效波形图；图6为本专利技术的工作模态1的电流模态示意图；图7为本专利技术的工作模态2的电流模态示意图；图8为本专利技术的工作模态3的电流模态示意图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，该串联锂电池均压电路包括由偶数个依次串联的锂电池组成的电池包、高频多端口变压器、一次侧半桥电路和若干个二次侧半桥电路；一次侧半桥电路包括N型开关管SA，N型开关管SA的漏极分别与电池包的正极和电容C1的一端相连接；N型开关管SA的源极分别与电感LP1的一端和N型开关管SB的漏极相连接；N型开关管SB的源极分别与电池包的负极和电容C2的一端相连接；电容C1的另一端分别与一次侧线圈TP的一端和电容C2的另一端相连接；一次侧线圈TP的另一端与电感LP1的另一端相连接；每两个相邻的锂电池形成一个电池组并对应一个二次侧半桥电路，第m个二次侧半桥电路包括N型开关管S2m-1，N型开关管S2m-1的漏极与与其对应的电池组的正极相连接；N型开关管S2m-1的源极分别连接N型开关管S2m的漏极和电感Lsm的一端；电感Lsm的另一端与二次侧线圈Tsm的一端相连接；二次侧线圈Tsm的另一端连接至与其对应的两个锂电池的正负极串联线；N型开关管S2m的源极与与其对应的电池组的负极相连接。一次侧线圈TP与电感LP1相连接的一端为同名端；二次侧线圈Tsm与电感Lsm相连接的一端为同名端。在具体实施过程中，本专利技术的工作等效波形图如图5所示，本专利技术的均压电路拓扑实质是单电感均压和多端口DC-DC变换器传输能量。在各种工作状态中，表现为三种不同的能量传输方式。如图2所示，第一种工作状态为电池组内能量传递，检测电池(或电容)的电压，如果上电池电压高于下电池电压，则在占空比时间打开上电池对应的开关管，此时上电池通过电感放电，电感蓄积能量，占空比时间结束后电感电流续流，能量释放到电压低的下电池。其中每个电池组内单体锂电池的正极作为该电池组的正极的那一个电池为上电池，每个电池组内单体锂电池的负极作为该电池组的负极的那一个电池为下电池。以图1中完整画出的二次侧半桥电路(Module1)为例，图中电池B1为上电池，与其对应的开关管为开关管S1，图中电池B2为下电池，与其对应的开关管为开关管S2。如图3所示，第二种工作状态为电池组间能量传递，二次侧半桥电路通过高频多端口变压器形成连接，构成一个比例为1：1：…：1的多端口DC-DC变换器。同一时刻电池电压高于变压器二次侧电压的电池组向变压器放电，变压器向电池电压低于变压器电压的电池组充电。经过多个周期以后，各电池组的电池电压趋于相等。如图4所示，第三种工作状态为单体和整体的能量均衡，二次侧半桥电路和一次侧半桥电路通过高频多端口变压器连接到一起，构成比例为n：1：…：1的多端口DC-DC变换器，这一点与第二种方式不同。二次侧半桥电路的电流依旧由各个电池组的电池电压和高频多端口变压器电压大小决定，一次侧电流则与二次侧所有电池组电流之和经高频多端口变压器折算以后的值相同。一次侧的电流通过上下两根母线对整体电池包进行充放电，实现对整体电池包能量的交换。在本专利技术的一个实施例中，当变压器电压低于所有电池组电池电压时，所有二次侧半桥电路均向高频多端口变压器放电，因而一次侧半桥电路的电流就是所有二次侧半桥电路电流之和。这种模式下，整个拓扑的电流流通方向是单一固定的，利于分析，因此此处以这种模式为例，结合电压电流波形和电路模态图进行分析。此种模态里面为了让所有电池均压到平均电压，所以只开通高于平均电压的电池对应的开关管。如图6所示，工作模态1：检测副边每个电池组内的上电池，在t0时刻，让上电池电压高于平均电压的前j个电池组中的副边开关管打开。此时，原边对应的打开开关管SA，能量由前j个电池组中所有的上电池流出，通过各自对应的开关管给电感Ls1…Lsj充电，ils1…ilsj线性上升，同时通过高频多端口变压器把能量传递给原边，iLp线性上升，通过开关管SA向整体的电池包传输能量。高频多端口变压器副边的后k个绕组上也有感应电压VTS，但是由于变压器变比的设置使得VTS<VBk本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联锂电池均压电路，其特征在于，包括由偶数个依次串联的锂电池组成的电池包、高频多端口变压器、一次侧半桥电路和若干个二次侧半桥电路；所述一次侧半桥电路包括N型开关管SA，所述N型开关管SA的漏极分别与电池包的正极和电容C1的一端相连接；所述N型开关管SA的源极分别与电感LP1的一端和N型开关管SB的漏极相连接；所述N型开关管SB的源极分别与电池包的负极和电容C2的一端相连接；所述电容C1的另一端分别与一次侧线圈TP的一端和电容C2的另一端相连接；所述一次侧线圈TP的另一端与电感LP1的另一端相连接；每两个相邻的锂电池形成一个电池组并对应一个二次侧半桥电路，第m个二次侧半桥电路包括N型开关管S2m‑1，所述N型开关管S2m‑1的漏极与与其对应的电池组的正极相连接；所述N型开关管S2m‑1的源极分别连接N型开关管S2m的漏极和电感Lsm的一端；所述电感Lsm的另一端与二次侧线圈Tsm的一端相连接；所述二次侧线圈Tsm的另一端连接至与其对应的两个锂电池的正负极串联线；所述N型开关管S2m的源极与与其对应的电池组的负极相连接。

【技术特征摘要】
1.一种串联锂电池均压电路，其特征在于，包括由偶数个依次串联的锂电池组成的电池包、高频多端口变压器、一次侧半桥电路和若干个二次侧半桥电路；所述一次侧半桥电路包括N型开关管SA，所述N型开关管SA的漏极分别与电池包的正极和电容C1的一端相连接；所述N型开关管SA的源极分别与电感LP1的一端和N型开关管SB的漏极相连接；所述N型开关管SB的源极分别与电池包的负极和电容C2的一端相连接；所述电容C1的另一端分别与一次侧线圈TP的一端和电容C2的另一端相连接；所述一次侧线圈TP的另一端与电感LP1的另一端相连接；每两个相邻的锂电池形成一个电池组并对应一...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒泽亮，蔡春健，马俊扬，张旭峰，聂江霖，马兰，何晓琼，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51