本發(fā)明涉及一種模塊化高性能電池均衡器，屬于電池組充放電。

背景技術(shù)：

1、由于對煤炭、石油、天然氣等不可再生能源一直以來不斷的開采，導(dǎo)致氣候環(huán)境不斷地惡化，能源危機的問題在近些年來逐漸顯現(xiàn)。因此，為緩解目前日漸嚴重的氣候以及環(huán)境問題，許多國家對可持續(xù)能源的發(fā)展投入更多的資金，而大規(guī)模的發(fā)展電動汽車是其中一項十分重要的舉措，絕大多數(shù)的電動汽車廠商選擇鋰電池作為電動汽車的動力電池，需要將多節(jié)電池單元進行串并聯(lián)成組以滿足電動汽車所需要的電壓等級。但是，由于各電池單元在性能上的差異會導(dǎo)致各電池單元在電壓上出現(xiàn)不一致性，極大的影響了電池組的使用壽命和使用安全。因此，研究一種均衡速度快、模塊化程度高、成本低廉的均衡器對減小電池單元間的電壓不一致性具有積極的實用意義。

2、現(xiàn)有的均衡器分為被動均衡器與主動均衡器，但被動均衡器發(fā)熱嚴重，能量利用率低?，F(xiàn)有電池均衡器在均衡多串聯(lián)鋰電池組的時候，容易存在能量轉(zhuǎn)移路徑長，均衡效率低，模塊化程度弱等問題，且易受到電池組電壓規(guī)模影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題與不足，為了提高電池組均衡效率，本發(fā)明提供一種模塊化高性能電池均衡器。本發(fā)明電池均衡器不同模塊通過多繞組變壓器并聯(lián)，實現(xiàn)模塊化，能量流動路徑短，可拓展性強，均衡效率好，可以較好的完成多串聯(lián)鋰電池的均衡工作，不易受串聯(lián)電池數(shù)量影響，所用功率器件確定選型后無需改變。

2、技術(shù)方案：一種模塊化高性能電池均衡器，包括有m個均衡模塊，每個均衡模塊內(nèi)有n個均衡電路和一個多繞組變壓器，n個均衡電路分別接入到變壓器的不同繞組上；不同均衡模塊間的變壓器通過一根并聯(lián)總線并聯(lián)；所述變壓器具有n+1個繞組。第i(i＝1,2,…,m)個均衡模塊的第j(j＝1,2,…,n)個均衡電路中包含雙層結(jié)構(gòu)，第一層結(jié)構(gòu)包含兩個串聯(lián)的電池單元bij1、bij2，2個開關(guān)管sij1與sij2，以及1個電感l(wèi)ij，第二層結(jié)構(gòu)包括一個開關(guān)管smij和一個rcd吸收電路，其中變壓器的每一側(cè)繞組都并聯(lián)了一個rcd吸收電路，用于吸收開關(guān)管開通時產(chǎn)生的尖峰電壓。

3、所述均衡器中電池單元bij2的正極與bij1的負極連接，bij1的正極與開關(guān)管sij1的漏極(d)連接，sij1的源極(s)與sij2的漏極(d)連接，sij2的源極(s)與bij2的負極連接，電感l(wèi)ij一端與bij2的正極連接，一端與sij2的漏極(d)連接，第二層開關(guān)管smij的漏極(d)與sij1的漏極(d)連接，smij的源極(s)與變壓器繞組一端連接，sij2的源極(s)與變壓器繞組另一端連接。

4、電感作為儲能元件進行第一層結(jié)構(gòu)的均衡過程，電感配合開關(guān)管吸收和釋放電池中的能量來完成第一層的均衡工作，所述電感的電流紋波為：

5、

6、其中vo為輸出電壓，vin為輸入電壓，t為一個開關(guān)周期，l為電感值。

7、進一步的，變壓器原邊電壓為：

8、

9、進一步的，均衡電流為：

10、

11、其中i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n，vbij為第i均衡模塊的第j個均衡電路的電池電壓，ibij為其均衡電流，leqij為變壓器原邊繞組等效漏感，reqij為變壓器原邊繞組等效電阻。

12、進一步的，所述第一層結(jié)構(gòu)中兩個開關(guān)管sij1與sij2由兩個帶死區(qū)的互補pwm信號驅(qū)動，所述均衡器的奇數(shù)次(i＝1,3,5…)和偶數(shù)次(i＝2,4,6…)模塊(簡稱奇偶模塊)中第二層結(jié)構(gòu)的開關(guān)管由兩個互補的pwm信號驅(qū)動?？傮w步驟如下：

13、s1，所有均衡模塊內(nèi)第一層結(jié)構(gòu)中兩個開關(guān)管開始互補導(dǎo)通，并檢測與第一層相關(guān)聯(lián)的兩個電池單元電壓。

14、s2，當?shù)谝粚又袃晒?jié)電池電壓相同，第一層開關(guān)管同時關(guān)斷，奇偶模塊中第二層中的開關(guān)管分別由一對互補的pwm信號驅(qū)動。

15、有益效果：本發(fā)明通過對傳統(tǒng)有源半橋鋰電池均衡器進行模塊化的設(shè)計，在所需均衡的鋰電池數(shù)量較多時，可以在不增加均衡電路設(shè)計難度的情況下，通過模塊化設(shè)計，能夠穩(wěn)定且快速的實現(xiàn)均衡，更加符合實際需求。具體優(yōu)點如下：

16、1)采用分層并行均衡，均衡目標數(shù)量達到最大，從而擺脫了串聯(lián)單體電池數(shù)量的影響，均衡速度快。均衡實驗證明了在第一層和第二層均衡中，其并行均衡目標數(shù)量已達最大。

17、2)各均衡模塊結(jié)構(gòu)相同，相互獨立，且能量路徑最短，均衡效率與串聯(lián)蓄電池數(shù)量無關(guān)，均衡效率高且穩(wěn)定。

18、3)采用了模塊化設(shè)計，所使用功率器件額定功率低，一經(jīng)選定后保持不變，拓展性良好。

技術(shù)特征：

1.?一種模塊化高性能電池均衡器，其特征在于，包括有m個均衡模塊，每個均衡模塊內(nèi)有n個均衡電路和一個多繞組變壓器，n個均衡電路分別接入到變壓器的不同繞組上；不同均衡模塊間的變壓器通過一根并聯(lián)總線并聯(lián)；所述變壓器具有n+1個繞組；第i個均衡模塊的第j個均衡電路中包含雙層結(jié)構(gòu)，?i=1,2,…,m，j=1,2,…,n，第一層結(jié)構(gòu)包含兩個串聯(lián)的電池單元bij1、bij2，2個開關(guān)管sij1與sij2，以及1個電感l(wèi)ij，第二層結(jié)構(gòu)包括一個開關(guān)管smij和一個rcd吸收電路，其中變壓器的每一側(cè)繞組都并聯(lián)了一個rcd吸收電路，用于吸收開關(guān)管開通時產(chǎn)生的尖峰電壓。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化高性能電池均衡器，其特征在于，所述均衡器中電池單元bij2的正極與bij1的負極連接，bij1的正極與開關(guān)管sij1的漏極連接，sij1的源極與sij2的漏極連接，sij2的源極與bij2的負極連接，電感l(wèi)ij一端與bij2的正極連接，一端與sij2的漏極連接，第二層開關(guān)管smij的漏極與sij1的漏極連接，smij的源極與變壓器繞組一端連接，sij2的源極與變壓器繞組另一端連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化高性能電池均衡器，其特征在于，所述電感作為儲能元件進行第一層結(jié)構(gòu)的均衡過程，電感配合開關(guān)管吸收和釋放電池中的能量來完成第一層的均衡工作；所述第一層結(jié)構(gòu)中兩個開關(guān)管sij1與sij2由兩個帶死區(qū)的互補pwm信號驅(qū)動，所述均衡器的奇數(shù)次和偶數(shù)次模塊中第二層結(jié)構(gòu)的開關(guān)管由兩個互補的pwm信號驅(qū)動；奇數(shù)次和偶數(shù)次模塊簡稱奇偶模塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化高性能電池均衡器，其特征在于，設(shè)電池單元b112能量高于電池單元b111時，此時需要控制能量從b112向b111轉(zhuǎn)移，當開關(guān)管s112導(dǎo)通時候，b112放電，電感儲能，當開關(guān)管s111導(dǎo)通時，電感向b111釋放能量；當?shù)谝粚泳馔瓿蓵r，開始第二層均衡，其中奇數(shù)模塊和偶數(shù)模塊中所有單元的第二層開關(guān)管由一對互補的pwm信號驅(qū)動，當開關(guān)管sm11和sm12導(dǎo)通時，開關(guān)管sm21和sm22關(guān)斷，第一層的兩個電池單元通過變壓器傳遞能量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化高性能電池均衡器，其特征在于，所述均衡器的奇數(shù)次和偶數(shù)次模塊中第二層結(jié)構(gòu)的開關(guān)管由兩個互補的pwm信號驅(qū)動，體步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種模塊化高性能電池均衡器，包括多個鋰電池單元串聯(lián)的電池包、變壓器、RCD吸收電路，均衡器采用分層并行均衡模式，第一層的兩個開關(guān)管互補導(dǎo)通，能量傳遞路徑短，第一層均衡完成后第二層開關(guān)管開始工作，變壓器的原副邊繞組均并聯(lián)了RCD吸收電路用于吸收開關(guān)管導(dǎo)通時的尖峰電壓。均衡器采用模塊化設(shè)計，通過多繞組變壓器并聯(lián)，所使用功率器件額定功率低，且與串聯(lián)電池組的數(shù)量無關(guān)。

技術(shù)研發(fā)人員：吳云亞,靳煒,闞加榮,沈豪,鄭陽,陳昱錸,丁航
受保護的技術(shù)使用者：鹽城工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12