一种电感变压器电池均衡电路的制作方法

1.本发明涉及一种均衡电路，具体为一种电感变压器电池均衡电路，属于电池管理技术领域。


背景技术：

2.电池组中单体电池在制造和使用过程中必然存在电压、容量、内阻等不一致，并且是一个不断累积的过程，时间越长单体电池之间产生的差异越大；并且锂离子电池组还会受到使用环境的影响，在使用过程中单体电池的不一致性会被逐渐放大，从而导致某些单体电池性能加速衰减。
3.针对电池不一致性造成的一系列问题，采用均衡管理能有效改善这些问题。均衡管理是指通过旁路电阻直接消耗产生热量或利用储能元件转移单体电池间相差的电量等方式，使电池间的容量达到近似一致水平。良好的均衡管理可以提高电池组的转化效率，延长电池组的使用寿命，改善电池组的可用容量，在一定程度上可避免电池组处于不安全状态。
4.而对于现有的电池均衡方法：
5.1)开关电感法是管理相邻两节电池单体的主动均衡，主要功能是对相邻两节电池之间的荷电状态差异进行判断，根据均衡算法的结果，均衡模块以开关电源的方式，通过电感的中转站作用把电压高的电池多余电量转移到电压低的电池，实现电池容量最大化。此方案只需要开关和电感来完成均衡电路的搭建，优点是结构比较简单，均衡过程中几乎没有能量损失；但是只能在相邻电池单体间进行能量转移，又因为电感作为能量转移媒介有一个缓冲期，所以当电池组中各单体电压差较小时，无法完成大电流均衡，均衡效果会不理想；
6.2)变压器均衡电路，可以同时实现多个电池单体的均衡，使所有电池单体的端电压最终接近平均电压水平。该拓扑具有操作简单，易于控制的优点，但是当电池单体数目较多时，多绕组变压器设计困难，难以保证一次侧各绕组的一致性，存在不易扩展的缺点。


技术实现要素：

7.本发明的目的就在于为了解决问题而提供一种电感变压器电池均衡电路。
8.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种电感变压器电池均衡电路，包括
9.电池模组，由多个串联在一起的电池单体构成；
10.电池单元，由电池模组中的四个相连的电池单体组成；
11.均衡电感，其由储能电感构成，且所述均衡电感与相邻的两个电池单元进行并联连接；
12.均衡变压器，其由变压器均衡原边绕组1、变压器均衡的副边绕组2以及变压器均衡磁芯构成，所述变压器均衡磁芯设置在变压器均衡原边绕组1和变压器均衡的副边绕组2之间，所述变压器均衡原边绕组1分别连接在每个电池单体的电路中，所述变压器均衡的副
边绕组2连接在每组电池单元的电路中；
13.其均衡电路的均衡方法包括以下步骤：
14.步骤一、首先通过均衡电感完成相邻两个电池单元之间的均衡；
15.步骤二、然后再利用变压器完成每个电池单元内的四个电池单体的均衡。
16.作为本发明再进一步的方案：所述储能电感在连接电路中并联有消磁电阻。
17.作为本发明再进一步的方案：每个所述电池单体均并联有一个高频滤波电容。
18.作为本发明再进一步的方案：每个所述电池单体的连接电路中均连接有功率开关管。
19.作为本发明再进一步的方案：每个所述电池单元连接变压器均衡副边绕组的连接线上串联有一个功率开关管。
20.作为本发明再进一步的方案：每个所述电池单元连接储能电感的连接线上串联有一个功率开关管。
21.本发明的有益效果是：
22.1)与现有电感式均衡方案相比，本发明把串联单体电池进行分组后，由于每个均衡单元电压是4个单体电池的串联电压，为每个单体电池的电压的4倍，就相当于把单体电池之间的压差放大了4倍，从而压差得到了增大，克服了电感均衡在单体间电压压差较小时均衡效率降低的缺点，从而大大提升了均衡效率；
23.2)与现有均衡方案相比，本发明在电感均衡电路中并联了消磁电阻，防止由于电感磁化而导致均衡效率下降；与每节电池单体并联了高频滤波电容，用于在能量传输过程中滤除杂波；
24.3)与现有变压器法均衡方案相比，本发明对串联单体电池进行了分组变压器法均衡，总体电路设计简单，易于实现，均衡效果理想；
25.4)本发明采用了分组均衡的电路结构，大大提高了电池均衡的效率和能量利用率。
附图说明
26.图1为本发明线路连接结构示意图；
27.图2为本发明实施例二的电流方向示意图一；
28.图3为本发明实施例二的电流方向示意图二；
29.图4为本发明实施例二的电流方向示意图三；
30.图5为本发明实施例二的电流方向示意图四；
31.图6为本发明实施例二的电流方向示意图五；
32.图7为本发明实施例二的电流方向示意图六。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.实施例一
35.请参阅图1，一种电感变压器电池均衡电路，包括
36.电池模组，由多个串联在一起的电池单体b构成；
37.电池单元，由电池模组中的四个相连的电池单体b组成；
38.均衡电感，其由储能电感l构成，且所述均衡电感与相邻的两个电池单元进行并联连接；
39.均衡变压器，其由变压器均衡原边绕组n1、变压器均衡的副边绕组n2以及变压器均衡磁芯t构成，所述变压器均衡磁芯t设置在变压器均衡原边绕组n1和变压器均衡的副边绕组n2之间，所述变压器均衡原边绕组n1分别连接在每个电池单体b的电路中，所述变压器均衡的副边绕组n2连接在每组电池单元的电路中；
40.其均衡电路方案包括以下步骤：
41.步骤一、首先通过均衡电感完成相邻两个电池单元之间的均衡；
42.步骤二、然后再利用变压器完成每个电池单元内的四个电池单体b的均衡。
43.在本发明实施例中，所述储能电感l在连接电路中并联有消磁电阻r，防止由于电感磁化而导致均衡效率下降。
44.在本发明实施例中，每个所述电池单体b均并联有一个高频滤波电容c，用于在能量传输过程中滤除杂波。
45.在本发明实施例中，每个所述电池单体b的连接电路中均连接有功率开关管s，以实现对每个电池单体b进行变压器式均衡。
46.在本发明实施例中，每个所述电池单元连接变压器均衡副边绕组n2的连接线上串联有一个功率开关管s，以实现对每个电池单元进行变压器式均衡。
47.在本发明实施例中，每个所述电池单元连接储能电感l的连接线上串联有一个功率开关管s。
48.实施例二
49.请参阅图2～6，一种电感变压器电池均衡电路，以八个电池单体串联组成的两个单元片段，第n个单元和第n 1个单元为例详细说明本发明的具体均衡过程。假设某个电池单元的电压相对较高为例外来说明均衡的具体实施步骤。
50.假设第n个电池单元的电压比第n 1个电池单元的电压高，均衡步骤如下：
51.第一步，功率开关管s
n
‑6导通，s
(n 1)
‑6关断，接通第n个电池单元和电感l
n
，第n个电池单元的部分电量储存到电感l
n
中，形成如图2所示的电流方向；
52.第二步，功率开关管s
(n 1)
‑6导通，s
n
‑6关断，接通第n 1个电池单元和电感l
n
，电感l
n
上一步储存的电量转移到第n 1个电池单元中，形成如图3所示的电流方向；
53.第三步，经过以上第一步和第二步的数次循环，第n个电池单元与第n 1个电池单元的电压压差进一步减小，当彼此压差达到均衡目标设定值时，关闭电感均衡；
54.第四步，电池单元内的4个电池单体之间的均衡采用变压器均衡完成；现以第n个电池单元的电池单体均衡为例来说明均衡过程；
55.第一种情况，假设电池单体b
n
‑1电压较高，均衡步骤如下：
56.第1步，功率开关管s
n
‑1导通，接通电池单体b
n
‑1和与其串联的变压器均衡的原边绕组n
n
‑1，电池单体b
n
‑1的部分电量储存到原边绕组n
n
‑1中，形成如图4所示的电流方向；
57.第2步，功率开关管s
n
‑1关断，功率开关管s
n
‑5导通，接通第n个电池单元和与其串联的变压器均衡的副边绕组n
n
‑2，上一步储存到原边绕组n
n
‑1中的电量耦合到副边绕组n
n
‑2中，副边绕组n
n
‑2中的电量再流向整个第n个电池单元，形成如图5所示的电流方向；
58.第二种情况，假设电池单体b
n
‑1电压较低，均衡步骤如下：
59.第1步，功率开关管s
n
‑5导通，接通第n个电池单元和与其串联的变压器均衡的副边绕组n
n
‑2，第n个电池单元的部分电量储存到副边绕组n
n
‑2中，形成如图6所示的电流方向；
60.第2步，功率开关管s
n
‑5关断，功率开关管s
n
‑1导通，电池单体b
n
‑1和与其串联的变压器均衡的原边绕组n
n
‑1，上一步储存到副边绕组n
n
‑2中的电量耦合到原边绕组n
n
‑1中，原边绕组n
n
‑1中的电量再转移到电池单体b
n
‑1中，形成如图7所示的电流方向；
61.第五步，监测第n个电池单元内各单体电池的电压，等达到均衡目标值时，停止变压器均衡，第n个电池单元的均衡完成。
62.工作原理：首先通过均衡电感完成相邻两个电池单元之间的均衡；然后再利用变压器完成每个电池单元内的四个电池单体b的均衡，当模组内相邻两个电池单元之间电压差较大时，先利用与它们并联的电感l均衡转移电量；然后再利用变压器均衡完成每个电池单元内的四个单体电池b之间的均衡。
63.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
64.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。