[发明专利]一种电池单体电压主动均衡系统

说明书

本发明公开了一种电池单体电压主动均衡系统，包括：多绕组变压器和m个电压均衡单元；其中，每个串联电池单元均包括串联的第一电池单体和第二电池单体；多绕组变压器包括原边绕组和m个副边绕组单元；每个电压均衡单元均包括第一全控开关和第二全控开关；本发明利用多绕组变压器中各个副边绕组单元中的第一副边绕组提供均衡电压，第二副边绕组控制和驱动对应的电压均衡单元中的第一全控开关和第二全控开关互补导通，使得串联电池单元中的第一电池单体和第二电池单体具有相同的均衡电压，从而使电池单体电压朝着相同的均衡电压变化，实现均衡；并且m个副边绕组单元和电压均衡单元的结构简单相同且开关器件数量少，结构灵活且易于拓展。

技术领域

本发明涉及电压主动均衡技术领域，特别涉及一种电池单体电压主动均衡系统。

背景技术

随着现代社会科技的发展，基于锂离子电池、铅酸电池或超级电容等蓄电单体(电池单体)的储能装置已经广泛应用于电动汽车、新能源发电和智能电网等领域中。由于单个的蓄电单体所能提供的电压和储存的能量有限，通常将多个蓄电单体串联在一起满足实际的高压大功率应用需求。由于生产工艺的限制，导致串联在一起的电池单体间存在个体差异，具体表现在容量和电压不完全一致。特别是串联在一起的多个电池或超级电容单体，随着充放电次数的增多，它们之间电压差异会越加明显。如果不采取有效措施解决这个问题，轻则影响串联电池组的蓄电能力，重则导致电池和超级电容单体的损坏甚至引发爆炸等安全事故。

现有技术中，最为简单的解决方案是利用电阻器给电压过高的电池或超级电容单体放电；但这种方案不但造成了能量的浪费，还增加了系统的热管理负担。近年来，为了在确保单体电压一致性的同时实现能量的回收再利用，各种基于电力电子功率变换技术的电压主动均衡技术相继被提出。例如，利用Buck-Boost功率变换电路和开关电容功率电路都可以实现串联单体电压的主动均衡。但这些技术都具有它们的局限性和设计难度。比如，基于Buck-Boost功率变换电路的主动均衡系统还必须实时监测单体电压和电感电流，并利用复杂的闭环系统实现系统可靠运行；基于开关电容功率电路的主动均衡系统在开关切换瞬间会产生很大的电流脉冲，到时电磁干扰问题严重。更重要的是，这些主动均衡系统都需要大量的开关器件，这不但增加了成本，而且还降低了系统的可靠性。

因此，如何能够设计出一种结构简单且开关器件数量少的电池单体电压主动均衡系统，是现今急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池单体电压主动均衡系统，以简单灵活的结构对串联的电池单体的电压进行均衡，减少所需开关器件数量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电池单体电压主动均衡系统，包括：多绕组变压器和m个电压均衡单元，用于均衡串联的m个串联电池单元中的电池单体的电压；其中，每个所述串联电池单元均包括串联的第一电池单体和第二电池单体，所述第一电池单体的正极与所述第二电池单体的负极相连，m个所述串联电池单元中第i个串联电池单元中的第二电池单体的正极与第i+1个串联电池单元中的第一电池单体的负极相连，m为正整数，i为小于或等于m-1的正整数；

所述多绕组变压器包括原边绕组和m个副边绕组单元，所述原边绕组的第一端和第二端用于输入一路正负幅值相同的交流电；每个所述副边绕组单元均包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述第一副边绕组的第一端和所述第二副边绕组的第一端为同名端，所述第一副边绕组的第一端与第二副边绕组的第二端相连，所述第一副边绕组的第二端用于与对应的串联电池单元的第一电池单体的正极相连；m个所述副边绕组单元中的全部所述第一副边绕组的匝数相同；

每个所述电压均衡单元均包括第一全控开关和第二全控开关，所述第一全控开关的第一端和所述第二全控开关的第二端均与对应的副边绕组单元的第二副边绕组的第二端相连，所述第二全控开关的第一端用于与对应的串联电池单元中的第二电池单体的正极相连，所述第一全控开关的第二端用于与对应的串联电池单元中的第一电池单体的负极相连，第一全控开关的控制端和所述第二全控开关的控制端均与对应的副边绕组单元的第二副边绕组的第一端相连，所述第一全控开关的开关状态与所述第二全控开关的开关状态相反。