一种直流升压电路制造技术

一种直流升压电路，其特点是电池单元的正极连接第一开关器件的输入端，第一开关器件的输出端连接储能电感的一端，储能电感的另一端连接第二开关器件的输入端，第二开关器件的输出端连接电池单元的负极，构成储能电路回路；电池组直流母线负极与第一二极管、储能电感、第二二极管、电池组直流母线正极依次连接，构成升压放电回路。第一开关器件和第二开关器件的状态由控制电路控制。本发明专利技术有以下优点：不需要直流电与交流电的变换，避免了隔离变压器升压过程中存在的电能损失，结构简单、成本低，效率高；用于串联电池组电量均衡管理时，一个电池单元对应一个升压电路，模块独立工作，可靠性高；升压比例控制灵活，可实现标准化、批量化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属直流升压电路
，具体涉及一种用于串联电池组 电量均衡的升压电路，特别涉及动力电池组的非能耗实时均衡技术的 升压电路。
技术介绍
随着大容量密度、高功率密度蓄电池的应用越来越普遍，电池组 的均衡技术成为电池管理系统的主要任务。目前应用最多的铅酸蓄电 池、镍氢蓄电池和锂离子蓄电池都存在单元电池之间的不一致现象。 由于生产过程的差异，使用过程的性能变化和其他一些因素，这种差 异无法完全消除。当电池组应用于像电动车辆等需要频繁充放电循环 的场合时，为了得到足够的系统电压，需要通过电池组的串联提高供 电电压。串联连接的电池单元的不均衡会降低整个电池组的有效容 量，放电时只能放到容量最小的电池单元的下限，否则容量最小的电 池单元会出现极性反转。串联充电时，电池组中单元容量最小的电池 首先充满。如果此时停止充电，则整个电池组无法充满，电池组的容 量不能得到有效利用。如果继续充电至所有电池单元的电池的荷电状态(S0C)至100%，则部分电池单元会出现过充。铅酸蓄电池虽然可以允许一定范围的过充，但必然产生能量浪费，降低充电效率。锂离 子电池不允许过充，因此电池组的均衡更为重要。目前，串联蓄电池组的均衡主要分为能耗法和非能耗法。'能耗法 是将电量高的电池单元的电量通过电阻转换成热量消耗掉，达到电池 组均衡的目的。这种方法结构简单、成本低，在小容量、低功率的场 合应用较多。但由于其工作原理的限制，无法满足大容量电池组的均 衡，均衡时产生大量的热量同时，会降低电池组的充电效率。非能耗式均衡的种类较多，其工作原理是将电量多的电池单元的 电荷转移到电量低的单元或电池组的直流母线上。由于大容量串联电 池组的电路设计要求，电池组的串联电路关系一般不能改变。'因此每 一个电池单元的正负极电压与电池组的直流母线电压之间不能隔离，电池单元的电量转移一般采用两种方法 一是隔离变压器法，通过单绕组DC/DC模块，将电池组直流母线的电压降压泵入电池单元；二是通过电池单元间的电量平衡电路逐级转移。隔离变压器法的主要缺点是电能传递效率低，电路元器件多，模块复杂，成本高，可靠性低。逐级转移法的缺点是电能转换次数多，能量损失大，均衡效率低。同时由于电能转移是逐级传递关系，如果一个模块出现故障，则整个系统的均衡效果会显著降低，降低了系统的可靠性。因此，串联电池组的非能耗均衡技术需要一种结构简单，效率高，成本低，模块能够独立工作的电量转移电路，以实现大容量串联电池组的高效、可靠、低成本的均衡管理。
技术实现思路
本专利技术的目的是将传统的Boost升压电路加以改进，充分利用电 感储能升压原理，提供一种结构简单成本低、模块独立工作效率高、升压范围控制灵活的用于串联电池组电量均衡的一种直流升压电路。 为实现上述专利技术的目的，采用的技术方案是 一种直流升压电路， 电池单元的正极连接第一开关器件的输入端，第一开关器件的输出端 连接储能电感的一端，所述储能电感的另一端连接第二开关器件的输 入端，第二开关器件的输出端连接电池单元的负极，构成储能电路回 路；电池组直流母线负极连接第一二极管阳极，第一二极管阴极通过 储能电感与第第二二极管的阳极连接，第二二极管的阴极连接电池组 直流母线正极，构成升压放电回路。第一开关器件和第二开关器件的 状态由控制电路控制。当第一和第二开关器件在控制电路的作用下同时处于导通状态 时，电池单元的电压施加到储能电感的两端，并且与储能电感的剩余 电流同向，直流电流的流动方向为电池单元正极》第一开关器件》储 能电感+第二开关器件+电池单元负极。储能电感的电流增大，此阶 段为储能阶段。此时电池组直流母线的负极电势低于电池单元正极电 势，由于第一二极管的反向截止作用，电池单元的正极电流不会流到 电池组直流母线负极。同时，电池组直流母线的正极电势高于电池单 元负极电势，由于第二二极管的反向截止作用，电池组直流母线正极 的电流也不会流到电池单元的负极。当第一和第二开关器件在控制电路的作用下同时处于截止状态 时，储能电感中的电能在电感升压的原理作用下迅速抬升至电池组直 流母线电压，所述控制电路通过驱动电路分别与第一开关器件和第一开关器件的控制端连接，通过信号检测电路分别与电池单元的正极和负极连 接，控制电路通过预先设计的均衡检测方法，判断电池单元的均衡状 态并发出控制信号，经过驱动电路控制开关器件按照前面所述的升压 原理进行同步导通和截止的重复循环操作，储能电感在储能阶段储存 的电能以直流电流的方式泵送入电池组直流母线。则电池单元多余的 电量不断通过与之对应的升压电路转移到电池组直流母线中，实现电 池组的非能耗均衡。本专利技术相对现有其他电能转移方式有以下优点1. 效率高。隔离变压器升压需要两次直流电与交流电的变,，变压 器本身也存在损失。本专利技术避免了隔离变压器升压过程中存在的 电能损失，效率高。2. 结构简单、成本低。本专利技术直流升压电路不需要直流电与交流电 的变换，原理上只需要五个元器件，结构简单，成本大大降低。3. 可靠性高。本专利技术应用于电池组电能均衡管理时，每一个电池单 元对应一个升压电路，模块式独立工作，任一个出现故障，不会 影响其它单元的功能，提高了整个系统的可靠性。 ，4. 可实现标准化、批量化生产。本专利技术的升压比例控制灵活，在一定功率和升压比范围内可以实现电路统一设计，只是改变控制信 号，有利于降低成本，方便系统维护。 附图说明图1为本专利技术原理框图2为串联电池组电量均衡系统直流升压电路原理框图。具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。将本专利技术应用于三节串联电池组的均衡管理。原理框图如國2所 示，每一个所述升压电路与一套控制电路构成一个独立的均衡管理模 块，每一个电池单元连接一个所述管理模块。图2仅详细标明了电池 单元106连接的模块原理框图。一种直流升压电路，其特征在于电池单元106的正极连接第一 开关器件101的输入端，第一开关器件101的输出端连接储能电感 102的一端，所述储能电感102的另一端连接第二开关器件100的输 入端，第二开关器件100的输出端连接电池单元106的负极，构成储 能电路回路；电池组直流母线负极连接第一二极管104阳极，第一二 极管104阴极通过储能电感102与第二二极管103的阳极连接，第二 二极管103的阴极连接电池组直流母线正极，构成升压放电回路；第 一开关器件101和第二开关器件100的状态由控制电路107控制。第一开关器件101、第二开关器件100优选采用M0SFET或IGBT 器件。虽然第一开关器件101、第二开关器件100原理上可以选用不 同的开关器件，但选用相同的器件更为适合。器件的电压和电流等级 应该考虑模块的最大适用范围。器件的选用不改变本专利技术原理上的一 致性。储能电感102分别连接第一开关器件101的输出端和第二开关 器件100的输入端，储能电感102的电感值与电路的工作频率要求等 有关，但应该综合考虑器件成本和工作效率的相互影响。第一二极管104、第二二极管103优选导通压降小的快恢复或超快恢复二极管。均衡管理模块的控制电路107通过驱动电路分别与第一开关器件101和第二开关器件100的控制端连接。控制电路107通过信号采集 电路与电池单元106的正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流升压电路，其特征在于：电池单元（１０６）的正极连接第一开关器件（１０１）的输入端，第一开关器件（１０１）的输出端连接储能电感（１０２）的一端，所述储能电感（１０２）的另一端连接第二开关器件（１００）的输入端，第二开关器件（１００）的输出端连接电池单元（１０６）的负极，构成储能电路回路；电池组直流母线负极连接第一二极管（１０４）阳极，第一二极管（１０４）阴极通过储能电感（１０２）与第二二极管（１０３）的阳极连接，第二二极管（１０３）的阴极连接电池组直流母线正极，构成升压放电回路；第一开关器件（１０１）和第二开关器件（１００）的状态由控制电路（１０７）控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张铁柱，戴作强，张翼，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]