半橋zvs電池串均衡電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供半橋ZVS電池串均衡電路。所述半橋ZVS電池串均衡電路包括n個電流型半橋和n繞組變壓器；每個電流型半橋各自連接有一個電池單體，所有電池單體串聯(lián)連接形成電池串，電池單體的個數(shù)為n；n繞組變壓器的每一繞組各自與一個所述電流型半橋連接；n是大于或等于2。本實用新型提供半橋ZVS電池串均衡電路，與能量消耗均衡技術(shù)相比，具有能耗低的優(yōu)勢；與現(xiàn)在能量轉(zhuǎn)移均衡技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)簡單，損耗低，效率高。
【專利說明】半橋ZVS電池串均衡電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電池均衡【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及半橋ZVS電池串均衡電路及其控制方法，本實用新型同樣適用于超級電容的均衡。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力系統(tǒng)儲能及電動汽車行業(yè)的發(fā)展，串聯(lián)電池組得到廣泛的使用，特別是動力電池組，串聯(lián)的電池單體個數(shù)越來越多，容量越來越大。由于工藝條件限制，在經(jīng)過多次充、放電循環(huán)之后，電池單體的容量差異會愈來愈明顯，電池之間會產(chǎn)生較大的電壓差，使串聯(lián)電池組總的有效容量減小，影響電池組的使用性能和壽命。
[0003]電池均衡方法分為兩類，一是能量消耗法，通過耗能電路使電壓高的單體電池電壓下降，直到和電壓最低的單體電池一致。該方法結(jié)構(gòu)簡單，但能耗較大，均衡速度慢，效率低。二是能量轉(zhuǎn)移法，通過電感或電容儲能元件把電壓高的單體電池電能轉(zhuǎn)移到電壓低的單體電池中，最終使兩者電壓趨于一致。目前，能量轉(zhuǎn)移法主要應(yīng)用DC-DC變換技術(shù)，控制電感、電容實現(xiàn)能量過渡，達(dá)到對電池單體補(bǔ)電或放電的目的?，F(xiàn)有的基于DC-DC變換技術(shù)的電池均衡電路主要有兩點不足，一是軟開關(guān)較難實現(xiàn)，導(dǎo)致開關(guān)損耗很大；二是均采用PWM控制，對于數(shù)量龐大的開關(guān)管的控制非常復(fù)雜。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出半橋ZVS電池串均衡電路及其控制方法。
[0005]本實用新型采用的技術(shù)方案是:所述半橋ZVS電池串均衡電路包括η個電流型半橋和η繞組變壓器，稱為第I種電池串均衡電路。每個電流型半橋各自連接有一個電池單體，所有電池單體串聯(lián)連接形成電池串，電池單體的個數(shù)為η，η繞組變壓器的每一繞組各自與一個所述電流型半橋連接個電流型半橋的元件參數(shù)相同，η繞組變壓器的每個繞組的匝數(shù)和漏感相同。
[0006]所述半橋ZVS電池串均衡電路還包括第η+1個電流型半橋和第η+1個繞組，第2種電池串均衡電路。所述第η+1個電流型半橋與所述電池串的兩端連接，第η+1個繞組與所述第η+1個電流型半橋連接；連接所述電池串的第η+1個電流型半橋的元件參數(shù)歸算到每個所述電池單體側(cè)后的元件參數(shù)與每個電池單體所連接的電流型半橋的元件參數(shù)相同；所述第η+1個繞組的匝數(shù)和漏感是每個所述電池單體側(cè)的繞組的匝數(shù)和漏感的η倍。
[0007]每個電流型半橋由第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一二極管、第二二極管、第一電容、第二電容和電感組成；其中，第一二極管和第二二極管分別反并聯(lián)在第一開關(guān)管和第二開關(guān)管上，第一開關(guān)管的源極與第二開關(guān)管的漏極相連；第一電容的陰極與第二電容的陽極相連，第一電容的陽極與第一開關(guān)管的漏極相連，第二電容的陰極與第二開關(guān)管的源極相連；電感的一端與第一開關(guān)管的源極相連，另一端與第二開關(guān)管的源極構(gòu)成電流型半橋的一個端口 ；第一開關(guān)管的源極與第一電容的陰極構(gòu)成電流型半橋的另一個端口電感Ldc連接所述電池單體或電池串，實現(xiàn)電流型的輸入輸出。
[0008]每個電流型半橋中開關(guān)管的結(jié)電容與該電流型半橋所連接的繞組的漏感構(gòu)成諧振電路，實現(xiàn)該電流型半橋中各開關(guān)管的ZVS開通。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)化的，所述第I種電池串均衡電路中，采用1/2脈寬的方波信號對每個電流型半橋電路進(jìn)行移相控制，以固定相位的1/2脈寬的方波為參考信號，對電壓大于電池串平均電壓的電池單體所連接的電流型半橋進(jìn)行超前控制，對電壓小于電池串平均電壓的電池單體所連接的電流型半橋進(jìn)行滯后控制，超前與滯后相位均采用固定值。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)化的，所述第2種電池串均衡電路中，采用1/2脈寬的方波信號對每個電流型半橋電路進(jìn)行移相控制，以固定相位的1/2脈寬的方波為參考信號，對電壓大于電池串平均電壓的電池單體所連接的電流型半橋進(jìn)行超前控制，對電壓小于電池串平均電壓的電池單體所連接的電流型半橋進(jìn)行滯后控制，超前與滯后相位均采用固定值；同時使用所述參考信號控制與電池串連接的電流型半橋的橋臂。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果:本實用新型提供半橋ZVS電池串均衡電路，與能量消耗均衡技術(shù)相比，具有能耗低的優(yōu)勢；與現(xiàn)在能量轉(zhuǎn)移均衡技術(shù)相比，控制簡單，同時實現(xiàn)各開關(guān)管的ZVS開通，損耗低，效率高。所述第2種電池串均衡電路，可以同時實現(xiàn)電池單體-電池單體、電池單體-電池串和電池串-電池單體的能量轉(zhuǎn)移，縮短了均衡時間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖la、圖1b分別是本實用新型的半橋ZVS電池串均衡電路中的第I種電池串均衡電路和第2種電池串均衡電路；
[0013]圖2a、圖2b分別是圖1a或圖1b所示半橋ZVS電池串均衡電路的電流型半橋與多繞組變壓器；
[0014]圖3是圖1a或圖1b所示半橋ZVS電池串均衡電路中等效的雙半橋雙向DC-DC變換器；
[0015]圖4是圖1a或圖1b所示半橋ZVS電池串均衡電路中各電流型半橋的控制信號發(fā)
生原理；
[0016]圖5a、圖5b分別是圖la、圖1b所示半橋ZVS電池串均衡電路的功率流圖；【具體實施方式】
[0017]為進(jìn)一步闡述本實用新型的內(nèi)容和特點，以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方案進(jìn)行具體說明。但本實用新型的實施不限于此。
[0018]參考圖la，本實用新型的半橋ZVS電池串均衡電路中的第I種電池串均衡電路包括η個電流型半橋和η繞組變壓器。每個電流型半橋各自連接有一個電池單體，所有電池單體串聯(lián)連接形成電池串，電池單體的個數(shù)為η，η繞組變壓器的每一繞組各自與一個所述電流型半橋連接；η個電流型半橋的元件參數(shù)相同，η繞組變壓器的每個繞組的匝數(shù)和漏感相同。
[0019]參考圖lb，本實用新型的半橋ZVS電池串均衡電路中的第2種電池串均衡電路，還包括第η+1個電流型半橋和第η+1個繞組。所述第η+1個電流型半橋與所述電池串的兩端連接，第η+1個繞組與所述第η+1個電流型半橋連接；連接所述電池串的第η+1個電流型半橋的元件參數(shù)歸算到每個所述電池單體側(cè)后的元件參數(shù)與每個電池單體所連接的電流型半橋的元件參數(shù)相同；所述第η+1個繞組的匝數(shù)和漏感是每個所述電池單體側(cè)的繞組的匝數(shù)和漏感的η倍。
[0020]參考圖2a，每個電流型半橋由第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第一二極管D1、第二二極管D2、第一電容C1、第二電容C2和電感Ld。組成。其中，第一二極管D1和第二二極管D2分別反并聯(lián)在第一開關(guān)管S1和第二開關(guān)管S2上，第一開關(guān)管S1的源極與第二開關(guān)管S2的漏極相連；第一電容仏的陰極與第二電容C2的陽極相連，第一電容C1的陽極與第一開關(guān)管S1的漏極相連,第二電容C2的陰極與第二開關(guān)管S2的源極相連；電感Ld。的一端與第一開關(guān)管S1的源極相連，另一端與第二開關(guān)管S2的源極構(gòu)成電流型半橋的端口 Portl ;第一開關(guān)管S1的源極與第一電容C1的陰極構(gòu)成電流型半橋的端口 Port2。電感Ldc連接所述電池單體或電池串，實現(xiàn)電流型的輸入輸出。通過對橋臂的控制，可以實現(xiàn)電流型半橋中功率流雙向流動。
[0021]參考圖2b，所述第I種電池串均衡電路中η繞組變壓器的端口 Portl至端口 Portη各自與一個與所述電池單體相連的電流型半橋連接；所述第2種電池串均衡電路中η+1繞組變壓器的端口 Port I至端口 Port η各自與一個與所述電池單體相連的電流型半橋連接，端口 Port η+1與一個與所述電池串相連的電流型半橋連接。多繞組變壓器的每個端口連接電流型半橋，等效地與存在相位差的1/2脈寬的各方波電壓源相連，多繞組變壓器的漏感是傳遞功率的元件，功率從方波電壓相位超前的端口傳遞到方波電壓滯后的端口，即通過移相控制可以實現(xiàn)功率在多繞組變壓器各端口間的相互流動。
[0022]參考圖3，多繞組變壓器任兩個端口的電流型半橋等效為雙半橋雙向DC-DC變換器，通過控制兩個半橋橋臂的超前與滯后，實現(xiàn)功率的雙向流動。開關(guān)管S1、S2的結(jié)電容Cs1, Cs2和開關(guān)管S3、S4的結(jié)電容Cs3、Cs4分別與變壓器漏感Lsl+Ls2構(gòu)成諧振電路，實現(xiàn)開關(guān)管Sp S2, S3> S4 的ZVS開通。
[0023]參考圖4，所述第I種電池串均衡電路，以1/2脈寬的方波信號Vgb作為參考信號，以開關(guān)周期為采用周期采樣每個電池單體的電壓Vbl、vb2、…Vbn，求其平均電壓
【權(quán)利要求】
1.半橋ZVS電池串均衡電路，其特征在于:包括η個電流型半橋和η繞組變壓器；每個電流型半橋各自連接有一個電池單體，所有電池單體串聯(lián)連接形成電池串，電池單體的個數(shù)為η ；η繞組變壓器的每一繞組各自與一個所述電流型半橋連接；η是大于或等于2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半橋ZVS電池串均衡電路，其特征在于:還包括第η+1個電流型半橋和第η+1個繞組，所述第η+1個電流型半橋與所述電池串的兩端連接，第η+1個繞組與所述第η+1個電流型半橋連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半橋ZVS電池串均衡電路，其特征在于:每個電流型半橋由第一開關(guān)管(SI)、第二開關(guān)管(S2)、第一二極管(D1X第二二極管(D2)、第一電容(C1)、第二電容(C2)和電感(Ld。)組成；其中，第一二極管(D1)和第二二極管(D2)分別反并聯(lián)在第一開關(guān)管(S1)和第二開關(guān)管(S2)上，第一開關(guān)管(S1)的源極與第二開關(guān)管(S2)的漏極相連；第一電容(C1)的陰極與第二電容(C2)的陽極相連，第一電容(C1)的陽極與第一開關(guān)管(S1)的漏極相連，第二電容(C2)的陰極與第二開關(guān)管(S2)的源極相連；電感(Ld。)的一端與第一開關(guān)管(S1)的源極相連，另一端與第二開關(guān)管(S2)的源極構(gòu)成電流型半橋的一個端口 ；第一開關(guān)管(S1)的源極與第一電容(C1)的陰極構(gòu)成電流型半橋的另一個端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半橋ZVS電池串均衡電路，其特征在于:n個電流型半橋的元件參數(shù)相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半橋ZVS電池串均衡電路，其特征在于:連接所述電池串的第η+1個電流型半橋的元件參數(shù)歸算到每個所述電池單體側(cè)后的元件參數(shù)與每個電池單體所連接的電流型半橋的元件參數(shù)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半橋ZVS電池串均衡電路，其特征在于:η繞組變壓器的每個繞組的匝數(shù)和漏感相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半橋ZVS電池串均衡電路，其特征在于:所述第η+1個繞組的匝數(shù)和漏感是每個所述電池單體側(cè)的繞組的匝數(shù)和漏感的η倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半橋ZVS電池串均衡電路，其特征在于:每個電流型半橋中開關(guān)管的結(jié)電容與該電流型半橋所連接的繞組的漏感構(gòu)成諧振電路，實現(xiàn)該電流型半橋中各開關(guān)管的ZVS開通。
【文檔編號】H02J7/00GK203589784SQ201320718761
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】張波, 付堅, 丘東元, 肖文勛 申請人:華南理工大學(xué)