一種電池均衡裝置製造方法
2023-09-20 02:25:40 2
一種電池均衡裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種電池均衡裝置，該電池均衡裝置包含多組均衡模塊、電池模塊；所述均衡模塊包含變壓器單元與多組變換器單元；所述電池模塊包含多組單體電池，多組單體電池之間串聯連接；所述變換器與單體電池一對一連接；所述變壓器單元初級側包含多對初級繞組；所述變換器單元對應連接一對初級繞組，所述變換器單元根據變壓器單元耦合作用對單體電池進行充放電；通過本實用新型提供的電池均衡裝置實現了不同均衡模塊對應單體電池之間的電壓均衡。具有體積小，配組靈活，便於集中控制、成本低的優點。
【專利說明】—種電池均衡裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及新能源領域，尤指一種可以用於電池主動均衡系統中的電池均衡
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術】
[0002]在新能源領域的電動汽車、風力發電、太陽能發電系統中都有儲能裝置，儲能裝置中包含有大量的儲能器件，常見的有蓄電池(如鉛酸電池、鋰電池)、超級電容等。
[0003]以電動汽車用動力鋰電池組為例，動力電池組是由多組單體電池串聯組成的,每組單體電池是由若干個單體電池並聯而成的。由於電池單體之間內部特性存在差異，經過若干次充放電後會引起每組單體電池之間容量、電壓等性能的不平衡，最終導致電池組整體特性的衰減和壽命縮短。為此實際使用時都需要增加配套的均衡系統，用來解決單體電池在電池組中的均衡問題。目前主動均衡系統代表著行業的發展趨勢，被動均衡系統逐漸被淘汰。
實用新型內容
[0004]本實用新型提供一種電池均衡裝置，目的在於解決單體電池在電池組中的均衡問題，本實用新型提供的電池均衡裝置為可以用於電池主動均衡系統中的均衡模塊電路，具體如下:
[0005]本實用新型提供一種電池均衡裝置，所述電池均衡裝置包含:多組均衡模塊、電池模塊；所述均衡模塊包含變壓器單元與多組變換器單元；所述電池模塊包含多組單體電池，多組單體電池之間串聯連接；所述變換器與單體電池一對一連接；所述變壓器單元初級側包含多對初級繞組；所述變換器單元對應連接一對初級繞組，並根據變壓器單元耦合作用對單體電池進行充放電。
[0006]在上述技術方案中，所述變壓器單元的次級側輸出端與均衡總線相連接。
[0007]在上述技術方案中，所述多組均衡模塊還連接一驅動模塊，通過該驅動模塊控制所述多組變換器單元同步工作。
[0008]在上述技術方案中，所述驅動模塊為PWM單元，用以輸出PWMA、PWMB和PWMGND信號。
[0009]在上述技術方案中，所述變壓器單元為多源激勵變壓器。
[0010]本實用新型的有益技術效果在於:通過本實用新型提供的電池均衡裝置實現了不同均衡模塊對應單體電池之間的電壓均衡。具有體積小，配組靈活，便於集中控制、成本低的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為主動均衡系統組成框圖；
[0012]圖2為均衡單元電路原理圖；
[0013]圖3為均衡模塊多源激勵變壓器等效電路圖。
【具體實施方式】
[0014]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施方式和附圖，對本實用新型做進一步詳細說明。在此，本實用新型的示意性實施方式及其說明用於解釋本實用新型，但並不作為對本實用新型的限定。
[0015]本實用新型實施例提供一種電池均衡裝置，以下結合附圖對本實用新型進行詳細說明。
[0016]請參考圖1所示，該電池均衡裝置具體包含以下部分:多組均衡模塊、電池模塊；所述均衡模塊包含多組變換器單元與變壓器單元；所述電池模塊包含多組單體電池，多組單體電池之間串聯連接；所述變換器與單體電池一對一連接；所述變壓器單元初級側包含多對初級繞組；所述變換器單元對應連接一對初級繞組，並根據變壓器單元耦合作用對單體電池進行充放電。
[0017]在上述方案中，電池均衡裝置是由多個均衡模塊和對應的電池單體串聯而成的，如下圖1所示。為描述方便，假定均衡系統包含η個均衡模塊，每個均衡模塊對應2個單體電池，實際應用中I個均衡模塊可以對應2個以上的單體，圖中的每個單體可以是由一組單體電池相互並聯組成的。當均衡模塊中的變換器工作時，可以通過變壓器初級側的DC/DC雙向變換實現內部單體電池的電壓均衡。實現了多個單體電池間的電壓均衡，以此解決單體電池在電池組中多個單體電池之間容量、電壓等性能的不平衡,延長電池組整體的壽命，減低電池的損耗。
[0018]本實用新型一優選的實施例中，多個均衡模塊還可以根據上述方案，對應一均衡總線，該總線藉助變壓器的耦合作用也可進行DC/AC雙向變換，從而實現不同均衡模塊之間的單體電池的電壓均衡。使得多個均衡模塊對應的多個電池組之間的電壓維持平衡，進一步延長更大規模的電池組整體的壽命，減低電池的損耗。
[0019]本實用新型一優選的實施例中，PWMA、PWMB、PWMGND是所有均衡模塊的公共驅動信號，可以控制所有均衡模塊內部的變換器單元同步工作。當均衡模塊中的變換器工作時，可以通過變壓器初級側的DC/DC雙向變換實現內部單體電池的電壓均衡。與此同時，由於變壓器的次級側輸出端BUSA/BUSB連接均衡總線，可以通過該總線藉助變壓器的耦合作用進行DC/AC雙向變換，從而實現不同均衡模塊之間的單體電池的電壓均衡。
[0020]為使得上述技術方案更為清楚，請參考圖2所示，圖2為均衡模塊的電路原理圖。
[0021]在上圖中，均衡模塊內部包含一個多繞組高頻變壓器Tl，也可以稱其為多源激勵變壓器，Tl有2n個匝數相同的初級繞組(N1A/N1B、N2A/N2B，-----NnA/NnB)和I個次級繞組NO，以Tl為界，可以將電路劃分為初級側和次級側兩部分。
[0022]其中，初級側可以劃分為η個變換器單元，I個變換器單元對應I對初級繞組(如變換器單元I對應初級繞組Ν1Α/Ν1Β，變換器單元採用推挽變換拓撲，所以有I對初級繞組。這是這種電路拓撲的特點。)每個單元均採用推挽變換拓撲，對外連接一個電池單體。以單元I為例，說明如下:
[0023]單元I包括以下主要元件:變壓器的初級繞組Ν1Α、NIB, MOSFET開關管Q1A、QlB,電源濾波電容Cl，柵極電阻R1A、RlB,柵極洩放電阻R1C、RlD,隔直耦合電容CIA、ClB,保險FI。B1+/B1-用於連接單體電池的正負極，PWMA/PWMB為外接驅動信號、PWNGND為驅動信號參考地，這個參考地與B1-連通，有了這個參考地，驅動信號PWMA/PWMB就可以通過隔直電容為每個單元提供驅動信號了，而且驅動信號正負雙向的，便於可靠控制開關管的開通與關斷動作。
[0024]其中，次級側包含:圖2中次級側BUSA/BUSB為均衡總線，用於實現不同單元之間的單體電池電壓的均衡。
[0025]在上述方案中，其實現均衡的原理具體如下:
[0026]根據推挽拓撲的工作原理，驅動信號PWMA和PWMB是反向的，且佔空比可調。在驅動信號PWMA/PWMB的作用下，所有單元的變換器都同步工作，由於變壓器磁芯是共用的，即多源激勵變壓器工作方式，這樣藉助變壓器的耦合作用，可以進行雙向DC/DC變換、單體電壓高的單元就會向單體電壓低的單元輸出電能，最終可以實現模塊內部單體電池之間的電壓平衡。
[0027]為進一步說明均衡工作原理，請參考圖3所示，圖3為變換器的等效電路圖。圖中Vl、V2、Vn分別為單體電池1、單體電池2、單體電池η的端電壓，Va代表單體電池的平均電壓，RiU Ri2、Rin分別代表變換器單元及單體電池的綜合內阻。藉助多源激勵變壓器的耦合作用，等效在不同的單體電壓之間建立了一個電流通路，如果單體電壓高於平均電壓，將輸出電流(放電)，如果單體電壓低於平均電壓，將輸入電流(充電)，最終可以實現單體之間的電壓平衡。
[0028]例如:
[0029]如果Vl>Va，則單體電池I放電，放電電流:11 = (Vl-Va) /Ril ；
[0030]如果Vl〈Va，則單體電池I充電，充電電流:11 = (Va-Vl)/RiI ；
[0031]同時，當變換器同步工作時，變壓器的次級繞組上會有同步交流電壓產生，電壓幅值與該均衡模塊對應所有單體的平均電壓成正比，當不同均衡模塊的均衡總線相互連通時，藉助總線的耦合，可以實現雙向DC/AC變換，最終實現不同模塊對應單體電池之間的電壓平衡。原理與上述相似。
[0032]唯上所述者，僅為本實用新型的具體實施例，不能以其限定本實用新型實施的範圍。故其等同組件的放大、縮小、置換，或依本實用新型專利保護範圍所做的等同變化與修改，均仍屬本實用新型權利要求書的涵蓋範圍。
【權利要求】
1.一種電池均衡裝置，其特徵在於，所述電池均衡裝置包含:多組均衡模塊、電池模塊； 所述均衡模塊包含變壓器單元與多組變換器單元； 所述電池模塊包含多組單體電池，多組單體電池之間串聯連接； 所述變換器與單體電池一對一連接；所述變壓器單元初級側包含多對初級繞組； 所述變換器單元對應連接一對初級繞組，並根據變壓器單元耦合作用對單體電池進行充放電。
2.根據權利要求1所述的電池均衡裝置，其特徵在於，所述變壓器單元的次級側輸出端與均衡總線相連接。
3.根據權利要求1所述的電池均衡裝置，其特徵在於，所述多組均衡模塊還連接一驅動模塊，通過該驅動模塊控制所述多組變換器單元同步工作。
4.根據權利要求3所述的電池均衡裝置，其特徵在於，所述驅動模塊為PWM單元，用以輸出 PWMA、PWMB 和 PWMGND 信號。
5.根據權利要求1所述的電池均衡裝置，其特徵在於，所述變壓器單元為多源激勵變壓器。
【文檔編號】H02J7/00GK203933086SQ201420249503
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】甄洪亮, 麻金華, 侯文東, 趙明明 申請人:河北深海電器有限公司