一种双向电能转移电路制造技术

本发明专利技术一种双向电能转移电路，涉及一种用于串联电池组电量均衡的电能转移电路，属于电池组均衡电路技术领域。要解决的技术问题是克服现有技术直流升降压电路存在的开关器件多，驱动控制复杂，成本高的缺陷。其特征在于：串联电池组中的电池单元的正极和负极通过两个开关器件、两个储能电感、两个隔离电容分别与直流母线的正极、直流母线的负极连接。通过控制对应开关器件的导通和关断时序，实现电池单元的升降压操作和实现电池单元电能的输出和输入控制，从而实现不同数量串联电池组中电池单元的电能转移和达到均衡控制。本发明专利技术升降压比例、电能转移方向控制灵活，模块独立工作，结构简单，成本低，效率高，可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池组均衡电路
，具体涉及一种用于串联电池组电量均衡的电能转移电路，特别涉及动力电池组的非能耗实时均衡技术的均衡电路。
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，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，都存在无法完全消除的单元电池之间的不一致现象。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之间的不均衡，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。但在大容量电池组的均衡场合，均衡时产生大量热量的同时，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，电池组电路的串联关系一般不能改变。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，通过隔离型DC / DC模块，将电池组直流母线的电压降压泵入电池单元或将电池单元的电能升压后泵入电池组直流母线；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。同时由于电能是逐级传递，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，系统的可靠性差。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术串联电池组电池单元之间均衡的电路的缺陷，充分利用电感储能升压原理，改进传统的Boost直流升压电路和Buck直流降压电路，提供一种结构更为简单，高效率，低成本的双向电能转移电路，以实现大容量串联电池组的高效、可靠、低成本的均衡管理。为实现上述目的，采用的技术方案是一种双向电能转移电路，包括直流母线、电池单元、开关器件、储能电感和隔离电容，其特征在于电池单元BI的正极连接第一储能电感LI的一端,所述第一储能电感LI的另一端连接第一隔离电容Cl的一端和第一开关器件SWl的一端，所述第一开关器件SWl的另一端连接电池单元BI的负极和第二隔离电容C2的一端；所述第一隔离电容Cl的另一端连接第二储能电感L2的一端和第二开关器件SW2的一端所述第二开关器件SW2的另一端连接直流母线正极；所述第二隔离电容C2的另一端连接第二储能电感L2的另一端和直流母线负极；第一开关器件SW1、第二开关器件SW2的状态由控制电路Ul控制。所述控制电路Ul通过驱动电路分别与第一开关器件SW1、第二开关器件SW2的控制端连接，控制电路Ul的信号检测电路两端分别与电池单元BI的正极和负极连接；控制电路发出控制信号，第一开关器件SW1、第二开关器件SW2交替进行导通和关断的循环操作，实现电池组的非能耗均衡。电池单元输出电能时，首先第一开关器件SWl在控制电路的作用下处于导通状态时，第二开关器件SW2处于关断状态时，电池单元的电压施加到第一储能电感LI的两端， 并且与第一储能电感LI的剩余电流同向。直流电流的流动回路为电池单元正极一第一储能电感LI —第一开关器件SWl —电池单元负极。第一储能电感LI的电流增大,此阶段为储能阶段。同时，第一隔离电容Cl、第一开关器件SW1、第二隔离电容C2、第二储能电感L2构成另外一个电流回路。通过这个回路的电流流动，第一隔离电容Cl和第二隔离电容C2将储存的电势能转移到第二储能电感L2中，为下一阶段的电能输出做准备。第一开关器件Sffl在控制电路的作用下处于关断状态，同时第二开关器件SW2处于导通状态时，第一储能电感LI在上一阶段储存的电能通过第一隔离电容Cl、第二开关器件SW2、直流母线正极、直流母线负极、第二隔离电容C2构成的回路转移到直流母线中。这个回路的电流方向是电池单元正极一第一储能电感LI—第一隔离电容Cl—第二开关器件SW2—直流母线正极一直流母线负极一第二隔离电容C2 —电池单元负极。同时，第二储能电感L2中储存的电能也转移到直流母线中，这个回路的电流方向是第二储能电感L2 —第二开关器件SW2 —直流母线正极一直流母线负极一第二储能电感L2。上述为电池单元输出电能的一个周期操作。控制电路Ul通过控制第一开关器件SWl和第二开关器件SW2导通和关断的时间比例，按设定的频率重复上述操作，可以相应控制电池单元输出电能的功率。电池单元输入电能时，首先第二开关器件SW2在控制电路的作用下处于导通状态时，第一开关器件SWl处于关断状态时，直流母线电压施加到第一储能电感LI和第二储能电感L2的两端，并且与第一储能电感LI的剩余电流同向。通过第一储能电感LI的电流回路是直流母线正极一第二开关器件SW2 —第一隔离电容Cl —第一储能电感LI —电池单元正极一电池单元负极一第二隔离电容C2 —直流母线负极。第一储能电感LI处于储能阶段。同时，通过第二储能电感L2的电流回路是直流母线正极一第二开关器件SW2 —第二储能电感L2—直流母线负极。第二储能电感L2处于储能阶段。经过设定时间，第二开关器件SW2在控制电路的作用下处于关断状态，第一开关器件SWl处于导通状态，通过第一储能电感LI的电路回路变为第一储能电感LI —电池单元正极一电池单元负极一第一开关器件SWl —第一储能电感LI。第一储能电感LI中储存的电能输入到电池单元。同时，通过第二储能电感L2的电路回路是第二储能电感L2 —第二隔离电容C2 —第一开关器件Sffl —第一隔离电容Cl —第二储能电感L2。第二储能电感L2中的电能转移到两个隔离电容里，并恢复隔离电容的状态，为下一个循环做准备。上述为电池单元输入电能的一个周期操作。控制电路(Ul )通过控制第一开关器件SWl和第二开关器件SW2导通和关断的时间比例，按设定的频率重复上述操作，可以相应控制电池单元输入电能的功率。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电能输出或输入原理进行操作，则电池单元多余的电量不断通过与之对应的电能输出电路转移到直流母线中。或将直流母线的电能输入到电池单元，对电池单元的电能进行单独补充，两种操作结合运用，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I .效率高。本专利技术仅采用两个开关器件进行控制，并且实现电池单元输出与输入回路之间电容的隔尚，进一步提闻了电路的能量转移效率，有效提闻电路的可罪性和安全性。2 .结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向电能转移电路，包括直流母线、电池单元、开关器件、储能电感和隔离电容，其特征在于：电池单元Bl的正极连接第一储能电感L1？的一端，所述第一储能电感L1？的另一端连接第一隔离电容C1的一端和第一开关器件SW1的一端，所述第一开关器件SW1的另一端连接电池单元Bl的负极和第二隔离电容C2的一端；所述第一隔离电容C1的另一端连接第二储能电感L2的一端和第二开关器件SW2的一端：所述第二开关器件SW2的另一端连接直流母线正极；所述第二隔离电容C2的另一端连接第二储能电感L2的另一端和直流母线负极；第一开关器件SW1、第二开关器件SW2的状态由控制电路U1控制。

【技术特征摘要】
1.一种双向电能转移电路，包括直流母线、电池单元、开关器件、储能电感和隔离电容，其特征在于电池单元BI的正极连接第一储能电感LI的一端,所述第一储能电感LI的另一端连接第一隔离电容Cl的一端和第一开关器件SWl的一端,所述第一开关器件SWl的另一端连接电池单元BI的负极和第二隔离电容C2的一端；所述第一隔离电容Cl的另一端连接第二储能电感L2的一端和第二开关器件SW2的一端所述第二开关器件SW2的另一端连接直流母线正极；所述第二隔离电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翼，胡联庆，时兆娟，
申请(专利权)人：上海同异动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：