[发明专利]用于平衡蓄电池的电池单元的转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于平衡蓄电池的电池单元的转换器，更具体地涉及混合动力汽车蓄电池以及电动汽车蓄电池。

背景技术

混合动力汽车蓄电池和电动汽车蓄电池的使用方式导致剧烈的充电以及放电循环。

这种使用蓄电池的方式加速了组成蓄电池的不同电池单元的特性(尤其是电流效率)的弥散，造成在蓄电池寿命期间充电不平衡。该不平衡对锂蓄电池尤为限制。实际上，所述电池单元必须保持在限定得很好的运行范围内。

为了维持蓄电池的容量同时延长其寿命，并且完全安全地使用，平衡组成蓄电池的不同电池单元至关重要。所述平衡包括在电池单元之间传送电荷以便它们都具有相同的荷电状态。

锂蓄电池由低电压(大约为3.6V)的电池单元组装而成。为了达到更高的电压(大约为200V至300V)，所有电池单元串联组装。一旦电池单元超出其运行范围，整个蓄电池因此受损。为了维持蓄电池的最高性能，平衡系统必须应用于每一个电池单元的电平。然而，降低电压是一个不利于能量转换的因素。

在文献中提出了若干平衡蓄电池的电池单元的解决方案。这些解决方案可被分为两类：耗散型的和非耗散型的。第一类中的解决方式易于实现，但能量仅仅被耗散。对于第二类，非耗散型的解决方案又可被分为三种：

○切换到电池单元的单一转换器：其包括利用开关矩阵，将绝缘转换器的输出切换到所希望的电池单元。这种解决方案总体来说既昂贵又复杂。

○串联转换器：原理是，在两个相继的电池单元之间放置一个转换器。这些结构总体来说包括大量组成部分，并且只允许在两个相继的电池单元之间的传送。但其更容易控制。

○并联转换器：其利用电镀绝缘使所有电池单元彼此直接连接。这些结构总体来说控制更为复杂。这是由于单一转换器控制多个电池单元，并且需要用到分隔变压器。

并联转换器可实现比串联结构更加灵活的电荷传送。所述传送更加适合并且因此数量更少。它们主要的劣势在于需要变压器，而变压器的重量不利于车载解决方案。解决方案是升高切换频率。但是切换频率的升高，以及元件的低电压，大幅度地增加了因切换和传导造成的损耗，以及电磁干扰。

发明内容

为了弥补现有系统的劣势，提出了一种基于并联转换器的解决方案。为达到改善的性能，所提出的解决方案利用了通过准谐振的软开关技术以及通过二极管型无源半导体元件的最小化通路的技术。的确，在这些元件上的电压降(在肖特基二极管的情况下约0.3V)代表了电池单元电压的约10％。另外，电池单元的较大的数目会使用于指导传送的晶体管的控制存在风险，复杂且昂贵。

本发明的一个目的是一种蓄电池的电池单元平衡转换器，所述蓄电池包括偶数N个串联的电池单元，其特征在于，所述转换器包括：

-第一电路，被称为准谐振电路，

-第二电路，被称为伪控制电路，包括切换模块，其中所述蓄电池的每个电池单元都具有串联的切换模块，

-变压器，将所述准谐振电路连接到所述伪控制电路上，并且包括初级绕组以及N/2个次级绕组，初级绕组的一端连接到所述准谐振电路的第一端上，并且另一端连接到所述准谐振电路的第二端上，并且所给的次级绕组使两个电路闭合，所述两个电路中的每个电路都由串联连接的切换模块以及电池单元组成；

所述准谐振电路包括：电感器，将所述第一端连接到第一支路的中间点上，所述第一支路包括组成开关的第一元件以及组成开关的第二元件，所述第二端被连接到第二支路的中间点上，所述第二支路包括第一电容器和第二电容器，所述第一支路的第一端通过第一电导体被连接到所述第二支路的第一端上，所述第一支路的第二端通过第二电导体被连接到所述第二支路的第二端上，所述电导体通过直流电压为所述准谐振电路提供动力；

组成所述准谐振电路的开关的所述元件包括：输入端，用于接收由所述准谐振电路的驱动电路发送的信号，以闭合或打开组成开关的所述元件；

所述伪控制电路的所述切换模块包括：输入端，用于接收由所述伪控制电路的驱动电路发送的信号，以将所述切换模块置于“接通状态”或“断开状态”。

附图说明

阅读下文的说明将更好地理解本发明，并且发现其它的优势和特点，下文的说明是结合附图以非限制性的示例给出的，附图中：

图1是根据本发明的用于平衡锂电池的电池单元的系统的概览图；

图2是根据本发明的用于平衡锂电池的电池单元的系统的示例的电路图；

图3是代表准谐振电路的等效模型的电路图；

图4是一组以同步的时间横坐标示出的图，所述图示出了该准谐振电路在充电模式中的波形图；