[發明專利]一種帶有自動功率限制功能的電池均衡器

有效

• 申請號: 202011107650.8
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112290619B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 鄒潤民;劉福臨;汪運;段雨欣
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02H9/02;H02M3/335;H02M1/32
• 代理公司: 長沙啟昊知識產權代理事務所(普通合伙) 43266
• 代理人: 謝珍貴

本發明提供一種帶有自動功率限制功能的電池均衡器，所述電池均衡器基于一個多繞組變壓器實現能量傳輸，電池組中需進行均衡功能每個電池與一個均衡電路連接，各個均衡電路的電路結構和參數完全一致；每個均衡電路包括兩個諧振電容、兩個鉗位二極管、兩個NMOS管、一個電感、以及一個變壓器繞組，且每個均衡電路通過帶一定死區的互補驅動信號PWM+和PWM?進行控制。本發明的電池均衡器無需使用傳感器，且不需增加額外電阻來限制電路最大電流，大大降低了導通損耗，并在在一段電壓差范圍內均能實現最大傳輸電流，從而使得均衡速度得到有效提高。

技術領域

本發明屬于電池均衡器技術領域，更具體地，涉及一種帶有自動功率限制功能的電池均衡器。

背景技術

近年來，隨著電動汽車行業的發展，大量的鋰離子電池組投入市場。鋰離子電池有著許多優點，然而受目前工藝和技術限制，電池單體的端電壓和容量較低，無法滿足大功率應用的需求。為了提高電池的容量和端電壓，通常將大量鋰離子電池單體串并聯來組成電池組使用。然而，由于各個電池單體的性能間存在著一定差異，串聯的單體間必然會出現能量失配的現象，會影響電池組整體的容量和壽命，而且重復的充放電會放大這種能量失配現象。因此，高效可靠地電池均衡器對于電池組必不可少。

目前，已有的電池均衡器方案可以分成兩大類：被動均衡方案和主動均衡方案。

被動均衡方案是利用能量耗散原理，將失配電池中多余的能量通過電阻和開關耗散掉，但是這類方法的傳輸效率為零，均衡速度較低，此外，耗散的能量產生的熱還會進一步加速電池的老化。

主動均衡方案是利用能量轉移原理，將失配的能量從不需要的電池中轉移到需要的電池中，這類方法的傳輸效率，均衡速度都有很大優勢。

對于傳統的電池均衡器，無論是能量耗散還是轉移，都需要大量的電流或電壓傳感器來觀測電池狀態，當串聯的電池組數量很多時，傳感器數量也隨之增加，系統的成本，體積和復雜度都將大大增加。基于此，一些學者提出了一些無需傳感器的均衡器方案，這類均衡方案通過固定的運行狀態也能實現電池單體間的電壓均衡。

如圖1所示，以圖1中現有的兩種無傳感器的均衡器方案為例進行分析，例1-2分別出自于以下論文：

[例1] Y. Shang, B. Xia, C. Zhang, N. Cui, J. Yang and C. C. Mi, AnAutomatic Equalizer Based on Forward–Flyback Converter for Series-ConnectedBattery Strings,IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 64, no. 7, pp. 5380-5391,July 2017.

[例2] F. Liu et al., Single-magnetic equaliser without any sensorsfor series-connected battery strings,IET Power Electron., vol. 12, no. 9,pp. 2312-2320, 7 8 2019.

經過發明人分析和實驗可知，例1是一種基于正反激變換器的電池均衡器，這種均衡器利用一組占空比固定50%的互補驅動信號驅動MOSFET，利用變壓器勵磁電感來實現能量傳輸。但是漏感電流會在開關關斷時強制降為零，這就使得開關應力上升，而且漏感中的能量無法得到利用，對能量傳輸效率有影響。

例2是一種基于繞組優化的電池均衡器，這種均衡器兩個相鄰繞組間共享一個變壓器繞組，使得均衡器繞組數量降低，而且漏感電流時刻存在續流回路，相對來說損耗更低。其工作原理與例1類似，也是利用一組占空比固定50%的互補驅動信號驅動MOSFET，利用變壓器勵磁電感來實現能量傳輸。但是，例2的電池均衡器對參數一致性依賴較高，變壓器設計困難度較高，電壓應力為電池電壓的2倍，開關損耗較高。