[发明专利]基于多绕组变压器的均衡输出系统

说明书

本发明公开了一种基于多绕组变压器的均衡输出系统，包括：一个电池单元模块、一个多绕组变压器、两组开关管、一个控制器和一个滤波模块，当对外输出时，控制器产生固定占空比的PWM信号驱动一次侧开关管，控制二次侧开关管处于关断状态，利用正激实现对电池组的均衡，利用反激实现二次侧输出的功能；当对电池单元模块充电时，控制器产生固定占空比的PWM信号驱动二次侧开关管，控制一次侧开关管处于关断状态，利用反激实现对一次侧电池单元模块充电的功能。本发明利用多绕组变压器实现对电池单元模块均衡和利用变压器二次侧实现对外输出，提升了电池组的可用容量，延长了电池组的使用寿命，同时也提高了均衡系统的集成度。

技术领域

本发明涉及电池能量的主动均衡技术领域，具体涉及一种基于多绕组变压器的均衡输出系统。

背景技术

电池由于其在循环寿命、质量比能量和体积比能量上的优势被广泛应用于人造卫星、混合动力汽车、电动汽车、不间断电源和光伏系统等领域。这些应用通常需要一个高压电源。但是，一个电池的端电压相对较低，为了达到所需的电压水平，需要将多节电池串联成电池组，用来满足这些应用所需的电压。在运行过程中，电池反复充放电，由于电池在制造过程中具有不同的化学和电气特性，可能会出现电池之间的不一致的问题。此外，不同的环境温度和老化降解的不对称也会导致电池之间的不匹配问题。这一问题导致电池在几个充放电周期之后电池充电水平将会产生很大的不均匀。当给一组串联的电池充电时，一些电池比其他电池先充满，如果没有任何控制，如充电均衡，充满电的电池会在短时间内过充。过度充电的电池的储能能力会严重下降，在最坏的情况下，可能会发生爆炸或火灾。因此，必须用均衡电路对电池组进行管理，才能够提升电池寿命、增加电池的可用容量、提高电池的安全性能。

目前，已经有大量关于电池均衡技术的研究，这些电池均衡技术可以分为被动均衡方式和主动均衡方式。虽然被动均衡方式易于实现，具有成本低、体积小的特点，但由于功耗大，降低了效率，给电池管理系统带来了热问题；与被动均衡方式相比，主动均衡方式利用储能元件实现将能量在电池单元间进行再分配，具有很高的效率和很快的均衡速度。

中国发明专利(申请号CN201410211996.0)公开一种基于多副边变压器的电池组均衡电路以及实现方法，通过利用多副边变压器和相应的模块对电池之间的能量进行均衡，实现了均衡电路的模块化，但控制方式有一定的复杂性，对控制精度有一定的要求，因此会增加系统设计的复杂程度。

中国发明专利(申请号CN201820835035.0)公开一种基于变压器的电池组电压均衡电路，每个电池单体对应一个电压均衡单元，对电池组进行自动电压均衡，但由于每节电池都需要用到一个电压均衡单元，所以这种基于变压器的电池组电压均衡电路体积很大，不适用于电池单体个数很大的情况。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于多绕组变压器的均衡输出系统，利用多绕组变压器的均衡输出系统实现对电池单体的充放电均衡和对负载输出的功能。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于多绕组变压器的均衡输出系统，所述均衡系统包括一个电池单元模块、一个多绕组变压器、两组开关管、一个控制器和一个滤波模块，其中，所述电池单元模块由n个电池单体组成，依次命名为B₁、B₂、…B_n；

所述多绕组变压器有n个原边绕组和1个副边绕组，每个原边绕组的匝数都为N₁，副边绕组的匝数为N₂，多绕组变压器命名为T；