Dn的阴极相连，中间电池 Un 的负极和其对应的负端能量转移电感Ln相连，负端能量转移电感Ln的另一端与功率开关管 Sn的输出端W及反并联续流二极管Dn的阳极相连。
[0016] 如图2所示，为本实施例所述基于电感充放电能量转移的串联电池组均衡电路首 端电池放电且其余电池充电的第一阶段电流流向图。
[0017] 其中，首端单体电池化对应的功率开关管Si导通，iu_i为流过化的电流，电流方向从 化的正极流出，化释放能量，对应的负端能量转移电感b充电，iL_l为流过^的电流，此时iu_l 与iL_袖等，两者从0开始上升。电路中各电感感值相等，即
(1) 由此可得iu_i与?_ι的表达式
(2) 如图3所示，为本实施例所述基于电感充放电能量转移的串联电池组均衡电路首端电 池放电且其余电池充电的第二阶段电流流向图。
[001引令首端单体电池化对应的功率开关管Si在to时刻导通、ti时刻关断，贝化1从ti时刻 开始停止释放能量，此时对应的负端能量转移电感^开始放电，流过b的电流iL_l方向不变， 大小由tl时刻的初值开始下降，对应的反并联续流二极管化、03···0Ν导通，为电感电流提供 续流通路。i u_2、iu_3 · · · i u_N为流过下游电池化、化· · · Un的电流，电流方向从化、化· · · Un的正极流 入，U2、U3-Un吸收能量，对应的能量转移电感L2、L3…Ln-1充电，iL_2、iL_3…?_Ν-1为流过L2、 13-。1^-1的电流，心2、心3。，心糾由0开始上升。此时可得心康达式
在下游电池中，越是接近首端电池的电池单体对应的负端能量转移电感电流上升越 快，根据(3 X 5 )可得流过末端电池单体Un的电流iu_N表达式
(6) iu_N由初值迅速降为0,当t2时亥ljiu_N降为0后，末端电池单体Un对应的反并联续流 二极管Dn截止，末端电池单体化结束吸收能量，电路进入下一阶段，此时中间电池继续吸收 能量，电流通路完全对称，在第二阶段中，越是接近末端电池的电池单体对应的负端能量转 移电感电流上升越慢，其充电能量也就越少，故会在之后的阶段中率先放电完毕，结束其对 应电池单体吸收能量的过程。
[0019] 如图4所示，假设此时仅剩U2、U3···!]。仍在吸收能量（2<n<N)，则电路处于首端电池 放电且其余电池充电的第η阶段。
[0020]如图5所示，电路处于首端电池放电且其余电池充电的第η阶段的简化电路可根据 基尔霍夫定律进行扩展的星Ξ角变换。根据式（1)，电路中各电感感值相等，则等效的变换 后电感感值为
(7) 如图6所示，对于串联电池组中的单体电池，其电压相差并不大，则流过电感^2、L23… Lnl的电流变化量近似相等，根据基尔霍夫定律，iL_2、iL_3…iL_n-l维持在初始值，由此可得到 iL_l的表达式为
(8) 其中iL_l I tn为iL_l在tn时刻的初值，即
其中iL_n| tn为iL_n在tn时刻的初值，其近似等于t2时刻该电感的电流值，即
(11) 如图7所不，当Ln-1、Ln-2…L3依次放电完毕，即Un-1、Un-2…化依次结束吸收能量的过程， Dn-1、Dn-2…化依次截止，进入最后一个阶段，即电路处于首端电池放电且其余电池充电的第 N阶段。此时。和1^2串联工作，由此可得至ljiL_l的表达式为
(12) 其中iL_l I tN-l为iL_l在tN-l时刻的初值，可由公式(9)计算。iL_2的表达式为
(13) 其中lL_2|tN-l为1L_2在tN-l时刻的初值，可由公式（11)计算，iL_l和iL_2同时降为0,电感b 的放电过程结束。
[0021]如图8所示，为本实施例所述基于电感充放电能量转移的串联电池组均衡电路首 端电池放电且其余电池充电的关键电流波形。
[002^ 在to-tl时刻，电感1^1充电，在tl-tN时刻，电感1^1放电，实现了电池能量通过电感充 放电而进行转移。
[0023] 当末端电池放电且其余电池充电时，原理与首端电池放电且其余电池充电类似分 析。
[0024] 如图9所示，为本实施例所述基于电感充放电能量转移的串联电池组均衡电路中 间电池放电且其余电池充电的第一阶段电流流向图，其原理与实施例所述电路首端电池放 电且其余电池充电的第一阶段相同。
[0025] 如图10所示，为本实施例所述基于电感充放电能量转移的串联电池组均衡电路中 间电池放电且其余电池充电的第二阶段电流流向图，其下游电池充电原理与实施例所述电 路首端电池放电且其余电池充电的第二阶段相同，上游电池充电原理与实施例所述电路末 端电池放电且其余电池充电的第二阶段相同。中间电池放电且其余电池充电的其他阶段依 次类似分析。
[0026] W上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实 施仅限于运些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前 提下，还可W做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。
【主权项】
1. 一种基于电感充放电能量转移的串联电池组均衡电路，其特征是，包括若干个串联 的电池单体构成的电池组，每个电池单体对应设置有一个功率开关管，每个功率开关管对 应设置有一个反并联续流二极管，且每个功率开关管的输入端和与之对应的反并联续流二 极管的阴极相连，每个功率开关管的输出端和与之对应的反并联续流二极管的阳极相连； 位于所述电池组正极端的电池单体为首端电池，位于所述电池组负极端的电池单体为 末端电池，位于所述首端电池和所述末端电池之间的电池单体为中间电池； 所述首端电池对应设置有一个负端能量转移电感，所述末端电池对应设置有一个正端 能量转移电感，所述中间电池对应设置有一个正端能量转移电感和一个负端能量转移电 感;且每个电池单体对应设置的正端能量转移电感和与其相邻的电池单体对应设置的负端 能量转移电感为同一个电感，每个电池单体对应设置的负端能量转移电感和与其相邻的电 池单体对应设置的正端能量转移电感为同一个电感。2. 如权利要求1所述的基于电感充放电能量转移的串联电池组均衡电路，其特征是，所 述首端电池的正极和与之对应的功率开关管的输入端相连，所述首端电池的负极和与之对 应的功率开关管的输出端之间通过所述首端电池对应的负端能量转移电感相连； 所述末端电池的负极和与之对应的功率开关管的输出端相连，所述末端电池的正极和 与之对应的功率开关管的输入端之间通过所述末端电池对应的正端能量转移电感相连。3. 如权利要求1所述的基于电感充放电能量转移的串联电池组均衡电路，其特征是，所 述中间电池的正极和与之对应的功率开关管的输入端之间通过所述中间电池对应的正端 能量转移电感相连，所述中间电池的负极和与之对应的功率开关管的输出端之间通过所述 中间电池对应的负端能量转移电感相连。
【专利摘要】本发明公开了一种基于电感充放电能量转移的串联电池组均衡电路，包括若干个串联的电池单体构成的电池组，每个电池单体对应设置有一个功率开关管，每个功率开关管对应设置有一个反并联续流二极管；位于所述电池组正极端的电池单体为首端电池，位于所述电池组负极端的电池单体为末端电池，位于所述首端电池和所述末端电池之间的电池单体为中间电池；所述首端电池对应设置有一个负端能量转移电感，所述末端电池对应设置有一个正端能量转移电感，所述中间电池对应设置有一个正端能量转移电感和一个负端能量转移电感；且每个电池单体对应设置的正/负端能量转移电感和与其相邻的电池单体对应设置的负/正端能量转移电感为同一个电感。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】CN105490329
【申请号】CN201510905345
【发明人】郑昕昕, 刘新天, 何耀, 曾国建
【申请人】安徽锐能科技有限公司, 合肥工业大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月10日