一種雙向電能轉移電路制造技術

本發明專利技術一種雙向電能轉移電路，涉及一種用于串聯電池組電量均衡的電能轉移電路，屬于電池組均衡電路技術領域。要解決的技術問題是克服現有技術直流升降壓電路存在的開關器件多，驅動控制復雜，成本高的缺陷。其特征在于：串聯電池組中的電池單元的正極和負極通過兩個開關器件、兩個儲能電感、兩個隔離電容分別與直流母線的正極、直流母線的負極連接。通過控制對應開關器件的導通和關斷時序，實現電池單元的升降壓操作和實現電池單元電能的輸出和輸入控制，從而實現不同數量串聯電池組中電池單元的電能轉移和達到均衡控制。本發明專利技術升降壓比例、電能轉移方向控制靈活，模塊獨立工作，結構簡單，成本低，效率高，可靠性高。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電池組均衡電路
，具體涉及一種用于串聯電池組電量均衡的電能轉移電路，特別涉及動力電池組的非能耗實時均衡技術的均衡電路。
技術介紹
隨著大容量密度、高功率密度蓄電池的應用越來越普遍，電池組的均衡技術成為電池管理系統的主要任務。目前應用最多的鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池，由于生產過程的差異，使用過程的性能變化和其他一些因素，都存在無法完全消除的單元電池之間的不一致現象。當電池組應用于像電動車輛等需要頻繁充放電循環的場合時，為了得到足夠的系統電壓，需要通過電池組的串聯提高供電電壓。串聯連接的電池單元之間的不均衡，會降低整個電池組的有效容量，放電時只能放到容量最小的電池單元的下限，否則容量最小的電池單元會出現極性反轉。串聯充電時，電池組中單元容量最小的電池首先充滿。如果此時停止充電，則整個電池組無法充滿，電池組的容量不能得到有效利用；如果繼續充電至所有電池單元的電池的荷電狀態(S0C )至100 %，則部分電池單元會出現過充。鉛酸蓄電池雖然可以允許一定范圍的過充，但必然產生能量浪費，降低充電效率。鋰離子電池不允許過充，因此電池組的均衡更為重要。目前，串聯蓄電池組的均衡主要分為能耗法和非能耗法。能耗法是將電量高的電池單元的電量通過電阻轉換成熱量消耗掉，達到電池組均衡的目的。這種方法結構簡單、成本低，在小容量、低功率的場合應用較多。但在大容量電池組的均衡場合，均衡時產生大量熱量的同時，會降低電池組的充電效率。非能耗式均衡的種類較多，其工作原理是將電量多的電池單元的電荷，轉移到電量低的單元或電池組的直流母線上。由于大容量串聯電池組的電路設計要求，電池組電路的串聯關系一般不能改變。電池單元的電量轉移一般采用兩種方法一是隔離變壓器法，通過隔離型DC / DC模塊，將電池組直流母線的電壓降壓泵入電池單元或將電池單元的電能升壓后泵入電池組直流母線；二是通過電池單元間的電量平衡電路逐級轉移。隔離變壓器法的主要缺點是電能傳遞效率低，電路元器件多，模塊復雜，成本高，可靠性低。逐級轉移法的缺點是電能轉換次數多，能量損失大，均衡效率低。同時由于電能是逐級傳遞，如果一個模塊出現故障，則整個系統的均衡效果會顯著降低，系統的可靠性差。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有技術串聯電池組電池單元之間均衡的電路的缺陷，充分利用電感儲能升壓原理，改進傳統的Boost直流升壓電路和Buck直流降壓電路，提供一種結構更為簡單，高效率，低成本的雙向電能轉移電路，以實現大容量串聯電池組的高效、可靠、低成本的均衡管理。為實現上述目的，采用的技術方案是一種雙向電能轉移電路，包括直流母線、電池單元、開關器件、儲能電感和隔離電容，其特征在于電池單元BI的正極連接第一儲能電感LI的一端,所述第一儲能電感LI的另一端連接第一隔離電容Cl的一端和第一開關器件SWl的一端，所述第一開關器件SWl的另一端連接電池單元BI的負極和第二隔離電容C2的一端；所述第一隔離電容Cl的另一端連接第二儲能電感L2的一端和第二開關器件SW2的一端所述第二開關器件SW2的另一端連接直流母線正極；所述第二隔離電容C2的另一端連接第二儲能電感L2的另一端和直流母線負極；第一開關器件SW1、第二開關器件SW2的狀態由控制電路Ul控制。所述控制電路Ul通過驅動電路分別與第一開關器件SW1、第二開關器件SW2的控制端連接，控制電路Ul的信號檢測電路兩端分別與電池單元BI的正極和負極連接；控制電路發出控制信號，第一開關器件SW1、第二開關器件SW2交替進行導通和關斷的循環操作，實現電池組的非能耗均衡。電池單元輸出電能時，首先第一開關器件SWl在控制電路的作用下處于導通狀態時，第二開關器件SW2處于關斷狀態時，電池單元的電壓施加到第一儲能電感LI的兩端， 并且與第一儲能電感LI的剩余電流同向。直流電流的流動回路為電池單元正極一第一儲能電感LI —第一開關器件SWl —電池單元負極。第一儲能電感LI的電流增大,此階段為儲能階段。同時，第一隔離電容Cl、第一開關器件SW1、第二隔離電容C2、第二儲能電感L2構成另外一個電流回路。通過這個回路的電流流動，第一隔離電容Cl和第二隔離電容C2將儲存的電勢能轉移到第二儲能電感L2中，為下一階段的電能輸出做準備。第一開關器件Sffl在控制電路的作用下處于關斷狀態，同時第二開關器件SW2處于導通狀態時，第一儲能電感LI在上一階段儲存的電能通過第一隔離電容Cl、第二開關器件SW2、直流母線正極、直流母線負極、第二隔離電容C2構成的回路轉移到直流母線中。這個回路的電流方向是電池單元正極一第一儲能電感LI—第一隔離電容Cl—第二開關器件SW2—直流母線正極一直流母線負極一第二隔離電容C2 —電池單元負極。同時，第二儲能電感L2中儲存的電能也轉移到直流母線中，這個回路的電流方向是第二儲能電感L2 —第二開關器件SW2 —直流母線正極一直流母線負極一第二儲能電感L2。上述為電池單元輸出電能的一個周期操作。控制電路Ul通過控制第一開關器件SWl和第二開關器件SW2導通和關斷的時間比例，按設定的頻率重復上述操作，可以相應控制電池單元輸出電能的功率。電池單元輸入電能時，首先第二開關器件SW2在控制電路的作用下處于導通狀態時，第一開關器件SWl處于關斷狀態時，直流母線電壓施加到第一儲能電感LI和第二儲能電感L2的兩端，并且與第一儲能電感LI的剩余電流同向。通過第一儲能電感LI的電流回路是直流母線正極一第二開關器件SW2 —第一隔離電容Cl —第一儲能電感LI —電池單元正極一電池單元負極一第二隔離電容C2 —直流母線負極。第一儲能電感LI處于儲能階段。同時，通過第二儲能電感L2的電流回路是直流母線正極一第二開關器件SW2 —第二儲能電感L2—直流母線負極。第二儲能電感L2處于儲能階段。經過設定時間，第二開關器件SW2在控制電路的作用下處于關斷狀態，第一開關器件SWl處于導通狀態，通過第一儲能電感LI的電路回路變為第一儲能電感LI —電池單元正極一電池單元負極一第一開關器件SWl —第一儲能電感LI。第一儲能電感LI中儲存的電能輸入到電池單元。同時，通過第二儲能電感L2的電路回路是第二儲能電感L2 —第二隔離電容C2 —第一開關器件Sffl —第一隔離電容Cl —第二儲能電感L2。第二儲能電感L2中的電能轉移到兩個隔離電容里，并恢復隔離電容的狀態，為下一個循環做準備。上述為電池單元輸入電能的一個周期操作。控制電路(Ul )通過控制第一開關器件SWl和第二開關器件SW2導通和關斷的時間比例，按設定的頻率重復上述操作，可以相應控制電池單元輸入電能的功率。控制電路通過預先設計的均衡檢測方法，判斷電池單元的均衡狀態并發出控制信號，經過 驅動電路控制開關器件按照前面所述的電能輸出或輸入原理進行操作，則電池單元多余的電量不斷通過與之對應的電能輸出電路轉移到直流母線中。或將直流母線的電能輸入到電池單元，對電池單元的電能進行單獨補充，兩種操作結合運用，實現電池組的非能耗均衡。本專利技術相對現有其他電能轉移方式有以下優點I .效率高。本專利技術僅采用兩個開關器件進行控制，并且實現電池單元輸出與輸入回路之間電容的隔尚，進一步提聞了電路的能量轉移效率，有效提聞電路的可罪性和安全性。2 .結本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙向電能轉移電路，包括直流母線、電池單元、開關器件、儲能電感和隔離電容，其特征在于：電池單元Bl的正極連接第一儲能電感L1？的一端，所述第一儲能電感L1？的另一端連接第一隔離電容C1的一端和第一開關器件SW1的一端，所述第一開關器件SW1的另一端連接電池單元Bl的負極和第二隔離電容C2的一端；所述第一隔離電容C1的另一端連接第二儲能電感L2的一端和第二開關器件SW2的一端：所述第二開關器件SW2的另一端連接直流母線正極；所述第二隔離電容C2的另一端連接第二儲能電感L2的另一端和直流母線負極；第一開關器件SW1、第二開關器件SW2的狀態由控制電路U1控制。

【技術特征摘要】
1.一種雙向電能轉移電路，包括直流母線、電池單元、開關器件、儲能電感和隔離電容，其特征在于電池單元BI的正極連接第一儲能電感LI的一端,所述第一儲能電感LI的另一端連接第一隔離電容Cl的一端和第一開關器件SWl的一端,所述第一開關器件SWl的另一端連接電池單元BI的負極和第二隔離電容C2的一端；所述第一隔離電容Cl的另一端連接第二儲能電感L2的一端和第二開關器件SW2的一端所述第二開關器件SW2的另一端連接直流母線正極；所述第二隔離電容...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張翼，胡聯慶，時兆娟，
申請(專利權)人：上海同異動力科技有限公司，
類型：發明
國別省市：