[发明专利]基于移相+直流量控制均衡器的变压器铁心抗饱和算法

说明书

基于移相+直流量控制的有源半桥均衡器中，由于半桥变换器输出电压中含有直流分量，造成变压器铁心磁化曲线不对称运行，情况恶劣时，变压器铁心磁饱和将造成均衡器不能正常运行。为此，本发明公开一种基于移相+直流量控制均衡器的变压器铁心抗饱和算法，根据电路运行参数估算变压器铁心的最大磁感应强度，根据最大磁感应强度是否在合理范围内，决定是否改变每个半桥变换器的占空比，并重新估算最大磁感应强度，直至达到合理的范围为止。本发明解决了基于移相+直流量控制的有源半桥均衡器中变压器铁心饱和运行带来的不利情况，保证了基于移相+直流量控制的有源半桥均衡器的安全运行。

技术领域

本发明涉及一种基于移相+直流量控制均衡器的变压器铁心抗饱和算法，属于电力电子变换器控制领域。

背景技术

近年来，锂电池在航空、航天、智能微电网储能系统、电动汽车动力电池等领域获得了广泛的应用。为获得足够高的电压与足够的容量，需要将锂电池单体串联成为锂电池包以后再使用。由于电池单体间特性存在差异，在多次充放电以后，各串联的锂电池单体出现荷电状态(SOC)以及电压不一致的情况，长期运行会出现过充电与过放电，对电池单体的寿命、容量以及安全将产生不利影响。SOC差异通常反映在单体电压存在差异，因此电压均衡功能是串联使用的锂电池包必须具备的功能。

近年来研究人员对双有源半桥均衡器进行了研究，其通过一个高频变压器耦合原副边两侧的4个单体，该方案电路结构简单，成本为目前所有方案中最低，但采用的是占空比固定的开环控制，变压器原副边之间的能量转移较小，造成均衡速度极慢，且工作频率只有在很低的情况下运行效果方可接受，导致变压器体积重量偏大。为克服这一问题，研究人员提出在半桥之间采用移相控制策略，可以在提升开关频率的基础上，保证快速均衡的效果，但仅能实现半桥间电池单元能量的快速转移，对半桥内单元仍处于开环控制状态，未能保证所有电池单元的快速均衡。在移相控制的基础上，研究人员继续开发了半桥输出电压直流量可调节的控制策略，实现了均衡器中所有锂电池单元的快速均衡，但是半桥变换器输出的直流电压作用于变压器绕组易造成变压器铁心饱和，将导致均衡器无法正常运行。

因此，在采用易于实现、低成本的有源半桥锂电池均衡器的基础上，采用移相控制与直流量调节实现所有锂电池单元快速均衡后，需要确保均衡器中变压器铁心不饱和，本方案由此产生。

发明内容

发明目的：针对有源半桥锂电池均衡器采用移相控制与直流量控制策略实施以后，变压器铁心容易发生饱和的现象，本发明提出一种基于移相+直流量控制均衡器的变压器铁心抗饱和算法。

技术方案：一种基于移相+直流量控制均衡器的变压器铁心抗饱和算法，该方法的实现基于有源半桥锂电池均衡器，所述有源半桥锂电池均衡器包括n个有源半桥变换器，一个具有n个绕组的变压器；第i(i＝1,2,…n)有源半桥变换器中包含2个被均衡的锂电池单元B_i1与B_i2、2个开关管S_i1与S_i2；所述锂电池单元B_i1与B_i2的电压为U_Bi1与U_Bi2；该方法包括如下步骤：

S1.实时检测每个锂电池单元的电压U_Bi1与U_Bi2(i＝1,2,…n)；

S2.根据移相+直流量控制策略得到每个有源半桥变换器的两个控制量，即移相比Φ_i与占空比D_i；

S3.根据式(a)，求得变压器铁心的最大磁感应强度B_m；