[发明专利]基于对称多绕组变压器结构的串联电池组均衡电路及应用于该电路的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电池应用技术领域，具体涉及一种基于对称多绕组变压器结构的串联电池组均衡电路及应用于该电路的控制方法。 

背景技术

随着新能源技术的飞速发展，电池作为重要的储能单元得到了广泛的应用。由于目前电池技术限制，电池单体电压较低，为了增加储能容量及输出功率，在大容量大功率应用中，通常将电池进行并联和串联组合。然而，由于制造工艺、初始容量、环境温度等方面的差异，电池之间的参数特性并不完全一致。在串联使用的过程中，这些不一致性会逐渐积累，造成不同串联单元的电池电压不均衡，在实际应用中造成某些电池单元过充电和过放电等现象，影响电池的使用特性和寿命，甚至直接造成电池组的损坏。 

针对上述情况下的电池电压不均衡问题，已有的解决方法分为两大类：一类的基本原理是使用被动电阻元件消耗电压较高单元上的多余能量来实现均衡，另一类则是在不同串联电池单元之间进行能量转移来实现均衡。电阻耗能的方法，其实现简单可靠，实际应用中多采取此方式；然而，由于电阻损耗，增加均衡电流会引起大量发热，使得均衡系统散热体积大大增加，并且带来能量浪费，并且电阻耗能的方法，仅在充电过程结束前作用，无法解决由于不均衡引起的部分电池过放，当电池单元容量发生差异后，不能够完全利用所有电池单元的储能。由于电阻耗能均衡方式的诸多限制，基于主动式能量转移原理的均衡电路成为研究热点；从理论上来讲，基于主动能量转移的均衡方式可以充分利用所有电池单元的能量，并且没有损耗；但是由于实际应用中通常的串联电池数量很多，如电动汽车动力电池组由接近上百个电池单元串联组成，造 成此类均衡系统结构复杂，成本高，控制量过多，可靠性降低，并且能量转移效率低，实际应用价值相比电阻耗能均衡方式而言并无显著提升。 

发明内容

本发明的其中一个目的是提供一种结构和控制简单的基于对称多绕组变压器结构的串联电池组均衡电路，其能量转移效率高。 

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于对称多绕组变压器结构的串联电池组均衡电路，包括两组以上的呈串联布置的电池单元以及对应各电池单元设置的多绕组变压器T，电池单元包括电池B、滤波器、高频开关M、限流电阻R、磁复位和软开关谐振电路以及用于驱动高频开关M执行通断动作的驱动电路G；电路连接电池B的正极与滤波器后，再顺延接驳至高频开关M的漏极D，并由高频开关M的源极S引出经限流电阻R及多绕组变压器T的相应绕组后连通至电池B负极处；磁复位和软开关谐振电路的一端连接于限流电阻R与高频开关M的源极S之间的一段电路处，其另一端直接连通于电池B负极。 

上述方案的主要优点在于：该电路对于一组串联电池，仅需要一个控制信号，即可实现由高电压单元向低电压单元的能量直接流动，所有开关器件均可使用低耐压器件，其成本低廉，结构和控制简单，同时能量转移效率高；其实际应用价值相比电阻耗能均衡方式而言可得到显著提高。 

本发明的另一个目的是提供一种应用于上述串联电池组均衡电路的控制方法，从而实现对于均衡电路电流的可靠控制，提高其工作效率。 

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：通过加载一路占空比信号Vg在驱动电路G上以控制均衡电路，其有二种加载状态；增加占空比信号Vg数值，均衡电流增加；减小占空比信号Vg，均衡电流变小。 

该方案的主要优点在于：通过加载一路占空比信号Vg，从而实现对于均衡电路电流的可靠控制，其工作效率高。 

附图说明

附图1是本发明的主电路结构图； 

附图2是本发明所需的驱动电路图； 

附图3是本发明考虑寄生电阻后的等效电路图； 

附图4是本发明在均衡效果上的等效电路图。 

具体实施方式

一种基于对称多绕组变压器结构的串联电池组均衡电路，包括两组以上的呈串联布置的电池单元以及对应各电池单元设置的多绕组变压器T，电池单元包括电池B、滤波器10、高频开关M、限流电阻R、磁复位和软开关谐振电路20以及用于驱动高频开关M执行通断动作的驱动电路G；电路连接电池B的正极与滤波器10后，再顺延接驳至高频开关M的漏极D，并由高频开关M的源极S引出经限流电阻R及多绕组变压器T的相应绕组后连通至电池B负极处；磁复位和软开关谐振电路20的一端连接于限流电阻R与高频开关M的源极S之间的一段电路处，其另一端直接连通于电池B负极。