基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器制造技术

本发明专利技术公开一种基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器，包括逆变器、缓冲电感、双向开关、多绕组高频变压器、n个级联的整流器，锂电池包含有2n个锂电池单元，并按照串联的顺序归两类，分别为奇数组单元与偶数组单元。本发明专利技术采用比电池单元数量少得多的有源开关管以及数量相等的无源二极管进行控制，一方面减少了器件的数量，简化了控制，并降低了成本；另一方面双向开关的引入可以实现奇数组单元与偶数组单元之间的快速均衡。偶数组单元之间的快速均衡。偶数组单元之间的快速均衡。

【技术实现步骤摘要】
基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器


[0001]本专利技术涉及一种基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器，属于电力电子变换器领域。

技术介绍

[0002]近年来，锂电池在航空、航天、智能微电网储能系统、电动汽车动力电池等领域获得了广泛的应用。为获得足够高的电压与足够的容量，需要将锂电池单体串联成为锂电池包以后再使用。由于电池单体间特性存在差异，在多次充放电以后，各串联的锂电池单体出现荷电状态(SOC)以及电压不一致的情况，长期运行会出现过充电与过放电，对电池单体的寿命、容量以及安全将产生不利影响。SOC差异通常反映在单体电压存在差异，因此电压均衡功能是串联使用的锂电池包必须具备的功能。
[0003]目前，锂电池均衡器分为能耗型均衡器与非能耗型均衡器，由于能耗型均衡器具有效率低、热管理困难等问题，因此，非能耗型均衡器得到了广泛的应用。非能耗型均衡器又分为有源均衡器与无源均衡器。有源均衡器主要采用开关管主动实现电池单体间的能量与电压的均衡，常见的方式有开关电容及其衍生拓扑、开关电感及其衍生拓扑、双向CUK均衡器、双向反激均衡器等，对于单体串联数量多、电压高的电池包均衡损耗较大。非能耗无源均衡器由于其控制简单、成本低而受到广泛的关注。
[0004]目前的无源均衡器有两种实现方式，分别是
①
采用变压器单副边绕组+隔直电容的方式与
②
多变压器绕组+级联整流电路的方案。但第
①
种实现方式种采用了较多的大容量电容，一旦电容容值变小，均衡效果将大受影响；第
②
种实现方式种需要采用2个二极管参与锂电池单元的充电，由于锂电池单元本身电压较低，而2个二极管的压降约为1.4V，直接导致均衡器的效率变得很低。
[0005]因此，采用易于实现、成本低的非能耗无源均衡器的基础上，需要进一步提升均衡器的均衡效果和均衡效率，本方案由此产生。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：针对非能耗无源均衡器效率低、均衡效果差的缺点，本专利技术提出一种基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器。
[0007]技术方案：一种基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器，包含逆变器、缓冲电感、双向开关、多绕组高频变压器、n个级联的整流器，被均衡的锂电池包含有2n个锂电池单元(B
11
、B
12
、B
21
、B
22
……
、B
n1
、B
n2
)以正负极相连接的方式串联。
[0008]锂电池包中将电池单元分为n组，其中第i(i＝1,2
……
,n)锂电池组中包含两节锂电池单元B
i1
、B
i2
，B
i1
的负极作为第i锂电池组的负极，B
i2
的正极作为第i锂电池组的正极，B
i1
的正极与B
i2
的负极连接并作为第i锂电池组的中间极；第i整流器由两个二极管D
i1
、D
i2
，D
i1
的阳极连接到第i锂电池组的负极，D
i2
的阴极连接到第i锂电池组的正极；D
i1
的阴极连接到D
i2
的阳极并作为第i整流器的中间极；第j(j＝1,2
……
,(n
‑
1))锂电池组的正极与第(j+
1)锂电池组的负极连接；第1锂电池组的负极作为锂电池包的负极，第n锂电池组的正极作为锂电池包的正极。
[0009]逆变器由四个开关管组成，分别是开关管S1、S2、S3、S4；S1的漏极、S3的漏极共同连接到锂电池包的正极；S2的源极、S4的源极共同连接到锂电池包的负极；S3的源极、S4的漏极共同连接到缓冲电感L的第一端；双向开关由开关管S5与S6构成，S5的源极与S6的源极连接在一起，S5的漏极作为双向开关的第一端，S6的漏极作为双向开关的第二端；双向开关的第一端与缓冲电感L的第二端连接，双向开关的第二端与多绕组高频变压器的原边绕组同名端连接；S1的源极、S2的漏极与多绕组高频变压器的原边绕组异名端连接在一起。
[0010]多绕组高频变压器含有n个副边绕组；多绕组高频变压器第i(i＝1,2
……
,n)副边绕组同名端连接到第i整流器的中间极；多绕组高频变压器第i副边绕组异名端连接到第i锂电池组的中间极。
[0011]一种基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器中，将两个电池单元与两个二极管共同构成倍压整流器，有效的降低了一个电池单元需要配备的二极管数量，可降低成本。
[0012]一种基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器中，2n个锂电池单元可分为奇数组电池单元B
i1
(i＝1,2
……
,n)与偶数组电池单元B
i2
(i＝1,2
……
,n)；通过如权利要求1所述的双向开关，可以实现对奇数组电池单元与偶数组电池单元之间的快速均衡。
[0013]有益效果：本专利技术所提一种基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器实施以后，给电池单元充电回路中仅包含1个二极管，有效降低了充电损耗，提升了均衡器的效率；采用双向开关控制奇数组单元与偶数组单元分别均衡，可有效实现奇、偶数组电池单元之间的快速均衡，提升了均衡效果；上述两个有益效果可大大提升本专利技术所提电池均衡器的市场竞争力。
附图说明
[0014]图1为本专利技术所公开的基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器主电路拓扑；
[0015]图2为本专利技术所公开的基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器在奇、偶数组电池单元电压平衡时运行波形；
[0016]图3为本专利技术所公开的基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器在奇、偶数组电池单元电压平衡时运行模态1；
[0017]图4为本专利技术所公开的基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器在奇、偶数组电池单元电压平衡时运行模态2；
[0018]图5为本专利技术所公开的基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器在奇、偶数组电池单元电压平衡时运行模态3；
[0019]图6为本专利技术所公开的基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器在奇、偶数组电池单元电压平衡时运行模态4；
[0020]图7为本专利技术所公开的基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器在奇、偶数组电池单元电压平衡时运行模态5；
[0021]图8为本专利技术所公开的基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器在奇、偶数
组电池单元电压平衡时运行模态6；
[0022]图9为本专利技术所公开的基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器在偶数组电池单元电压低于奇数组电池单元电压时的运行波形；
[0023]图10为本专利技术所公开的基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器在奇数组电池单元电压低于偶数组电池单元电压时的运行波形；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双向开关控制的级联整流式锂电池均衡器，其特征在于，包含逆变器、缓冲电感、双向开关、多绕组高频变压器、n个级联的整流器，被均衡的锂电池包含有2n个锂电池单元(B
11
、B
12
、B
21
、B
22
……
、B
n1
、B
n2
)以正负极相连接的方式串联；锂电池包中将电池单元分为n组，其中第i(i＝1,2
……
,n)锂电池组中包含两节锂电池单元B
i1
、B
i2
，B
i1
的负极作为第i锂电池组的负极，B
i2
的正极作为第i锂电池组的正极，B
i1
的正极与B
i2
的负极连接并作为第i锂电池组的中间极；第i整流器由两个二极管D
i1
、D
i2
，D
i1
的阳极连接到第i锂电池组的负极，D
i2
的阴极连接到第i锂电池组的正极；D
i1
的阴极连接到D
i2
的阳极并作为第i整流器的中间极；第j(j＝1,2
……
,(n
‑
1))锂电池组的正极与第(j+1)锂电池组的负极连接；第...

【专利技术属性】
技术研发人员：阚加荣，王琳，郑皓文，刘秋怡，章学勤，温俊豪，成乾，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：