基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種串聯電池組均衡電路的拓撲結構，屬于電池管理技術領域。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著地球環境污染和能源危機的加劇，使用清潔能源代替傳統不可再生 能源是工業發展的必經之路，由此帶動了電動汽車、儲能電站等技術的興起。儲能電池組是 運些領域的核屯、裝置，為了提供足夠大的電壓W滿足用電設備的需求，通常需要將多節單 體電池進行串聯，解決串聯電池組的均衡問題對提高能源利用率和充放電可靠性，延長電 池的使用壽命具有重大的意義。
[0003] 串聯電池組的均衡方案分為被動有損均衡和主動無損均衡，主動無損均衡因其能 量損耗較小受到了廣泛的關注，其又包括基于電容、基于電感和基于變壓器能量轉移的均 衡電路。目前基于電感的均衡電路常用拓撲為模塊化橋式均衡電路和基于儲能電感對稱分 布的均衡電路。
[0004] 模塊化橋式均衡電路由北京工業大學的劉春梅等人于2006年提出，電路中每兩個 相鄰單體電池對應一個橋式均衡模塊，每個橋式均衡模塊包括兩個功率開關管、兩個反并 聯續流二極管和一個能量轉移電感，該電路對于任何單體電池數目的串聯電池組都適用。 然而，對于N節電池單體，就需要2N-2個功率開關管、2N-2個反并聯續流二極管和N個能量轉 移電感，電路中元器件數目較多，且每個橋式均衡模塊會存在兩個功率開關管同時導通引 起電池側短路的直通問題，需要在控制中加入死區W避免運一現象，運就導致了當相鄰電 池之間電壓差較小時，達到均衡所需要的時間較長。基于儲能電感對稱分布的均衡電路由 在浙江理工大學的張寅孩等人于2010年提出，電路中每個單體電池對應一個功率開關管、 一個續流二極管和一個儲能電感，電路拓撲完全對稱，因此對于N節電池單體，需要N個功率 開關管、N個續流二極管和N個儲能電感，電路結構較為簡單，然而，其僅對電池數目為偶數 的情況適用，電路的可擴展性較低，適用范圍有限。
【發明內容】
[0005] 本發明正是針對現有技術電路中器件數目多、均衡所需時間長的不足，提供一種 基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路，具有結構簡單、易于擴展的特點。
[0006] 為解決上述問題，本發明所采取的技術方案如下： 一種基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路，包括若干個串聯的電池單體構 成的電池組，每個電池單體對應設置有一個功率開關管，每個功率開關管對應設置有一個 反并聯續流二極管，且每個功率開關管的輸入端和與之對應的反并聯續流二極管的陰極相 連，每個功率開關管的輸出端和與之對應的反并聯續流二極管的陽極相連； 位于所述電池組正極端的電池單體為首端電池，位于所述電池組負極端的電池單體為 末端電池，位于所述首端電池和所述末端電池之間的電池單體為中間電池； 所述首端電池對應設置有一個負端能量轉移電感，所述末端電池對應設置有一個正端 能量轉移電感，所述中間電池對應設置有一個正端能量轉移電感和一個負端能量轉移電 感;且每個電池單體對應設置的正端能量轉移電感和與其相鄰的電池單體對應設置的負端 能量轉移電感為同一個電感，每個電池單體對應設置的負端能量轉移電感和與其相鄰的電 池單體對應設置的正端能量轉移電感為同一個電感。
[0007] 作為上述技術方案的改進，所述首端電池的正極和與之對應的功率開關管的輸入 端相連，所述首端電池的負極和與之對應的功率開關管的輸出端之間通過所述首端電池對 應的負端能量轉移電感相連； 所述末端電池的負極和與之對應的功率開關管的輸出端相連，所述末端電池的正極和 與之對應的功率開關管的輸入端之間通過所述末端電池對應的正端能量轉移電感相連。
[0008] 作為上述技術方案的改進，所述中間電池的正極和與之對應的功率開關管的輸入 端之間通過所述中間電池對應的正端能量轉移電感相連，所述中間電池的負極和與之對應 的功率開關管的輸出端之間通過所述中間電池對應的負端能量轉移電感相連。
[0009] 本發明與現有技術相比較，本發明的實施效果如下： 本發明所述的基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路，通過功率器件的導通 和關斷實現電感的充放電，并通過功率開關管的反并聯二極管為電感電流提供續流通路， 實現能量在單體電池和串聯電池組之間的轉移;該電路結構簡單，并能夠實現多個單體電 池之間同時進行能量轉移，解決了傳統基于電感的串聯電池組均衡電路開關器件和電感數 目較多、可擴展性低W及能量僅能在相鄰單體電池之間轉移而導致均衡時間過長的問題。
【附圖說明】
[0010] 圖1是實施例所述的基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路拓撲示意 圖； 圖2是實施例所述的基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路首端電池放電且 其余電池充電的第一階段電流流向圖； 圖3是實施例所述的基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路首端電池放電且 其余電池充電的第二階段電流流向圖； 圖4是實施例所述的基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路首端電池放電且 其余電池充電的第η階段電流流向圖（2<n<N); 圖5是實施例所述的基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路首端電池放電且 其余電池充電的第η階段擴展星Ξ角變換電路； 圖6是實施例所述的基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路首端電池放電且 其余電池充電的第η階段等效電路； 圖7是實施例所述的基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路首端電池放電且 其余電池充電的第Ν階段電流流向圖； 圖8是實施例所述的基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路首端電池放電且 其余電池充電的關鍵電流波形； 圖9是實施例所述的基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路中間電池放電且 其余電池充電的第一階段電流流向圖； 圖10是實施例所述的基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路中間電池放電 且其余電池充電的第二階段電流流向圖。
【具體實施方式】
[0011 ]下面將結合具體的實施例來說明本發明的內容。
[0012] 如圖1所示，為本實施例提供的基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路 的拓撲示意圖。
[0013] 本實施例所述基于電感充放電能量轉移的串聯電池組均衡電路，由N節單體電池 組成的串聯電池組化、化…Un進行均衡，串聯電池組均衡電路包括功率開關管Si、S2…Sn、反 并聯續流二極管Di、D2-Dn和能量轉移電感b、L2-LN-i，其中功率開關管Si、S2-Sn的輸入端 分別與反并聯續流二極管Di、D2-Dn的陰極相連，功率開關管Si、S2-Sn的輸出端分別與反并 聯續流二極管化、〇2···〇Ν的陽極相連，每個串聯電池單體化、化…化對應一個功率開關管Si、 S2…Sn和一個反并聯續流二極管化、〇2···〇Ν，其中首端電池單體化對應一個負端能量轉移電 感Li，末端電池單體Un對應一個正端能量轉移電感Ln-1，中間電池單體Un( l<n<N)分別對應一 個正端能量轉移電感Ln-1和一個負端能量轉移電感Ln，且每個電池單體Un的正端能量轉移電 感Ln-1和與其相鄰的上一電池單體Un-1的負端能量轉移電感Ln-1為同一個電感，每個電池單 體Un的負端能量轉移電感Ln和與其相鄰的下一電池單體Un+1的正端能量轉移電感Ln為同一 個電感。
[0014] 其中，首端電池化的正極和其對應的功率開關管Si的輸入端W及反并聯續流二極 管化的陰極相連，首端電池化的負極和其對應的負端能量轉移電感^相連，負端能量轉移電 感^的另一端與功率開關管Si的輸出端W及反并聯續流二極管化的陽極相連，末端電池化 的正極和其對應的正端能量轉移電感Ln-1相連，正端能量轉移電感Ln-1的另一端與功率開關 管Sn的輸入端W及反并聯續流二極管Dn的陰極相連，末端電池化的負極和其對應的功率開 關管Sn的輸出端W及反并聯續流二極管Dn的陽極相連。
[0015] 其中，中間電池 Un的正極和其對應的正端能量轉移電感Ln-1相連，正端能量轉移電 感Ln-1的另一端與功率開關管Sn的輸入端W及反并聯續流二極管