基于开关电容原理的新型电压自均衡多电平高频逆变器制造技术

本发明专利技术公开了基于开关电容原理的新型电压自均衡多电平高频逆变器，包括储能单元，开关电容电路和全桥电路；储能单元包括n个锂电池，记作

【技术实现步骤摘要】
基于开关电容原理的新型电压自均衡多电平高频逆变器
本专利技术涉及电动汽车供电系统领域，尤其涉及基于开关电容原理的新型电压自均衡多电平高频逆变器。
技术介绍
随着环境污染和能源短缺问题的日益突出，电动汽车替代传统汽车成为了一种趋势，而储能系统作为电动汽车的核心一直备受各方关注，众多研究机构和企业倾力研发具有高可靠性、高功率密度和高能量密度的储能系统。其中，锂电池具有能量密度高、循环寿命长、充放电速率快、绿色环保等优点，已经广泛应用于电动汽车的储能系统中。但是，锂电池单体间由于内阻、自放电率、使用环境的差异，导致单体间出现电压不一致，危害锂电池的安全使用。因此，电池均衡技术是储能系统安全可靠运行的有力保证。针对锂电池电压不一致问题，近年来国内外学者提出一系列均衡方案，根据均衡所用器件可以划分为电阻型耗能均衡，以及利用变压器、电感、电容进行能量转移型的主动均衡。其中，开关电容结构的均衡电路采用电容实现能量转移，无需磁性元件，具有电路结构简单、体积小、成本低和能量利用率高等优点，因此在均衡领域得到广泛的应用(Y.Ye,K.W.E.Cheng,Y.C.Fong,X.XueandJ.Lin,"Topology,Modeling,andDesignofSwitched-Capacitor-BasedCellBalancingSystemsandTheirBalancingExploration,"inIEEETransactionsonPowerElectronics,vol.32,no.6,pp.4444-4454,June2017.)。同时，高频交流配电系统具有更高的可靠性、效率和功率密度，能满足电动汽车对供电系统的高要求。因此，对于高频逆变器的研究也获得了越来越广泛的关注。为了保证高频逆变器输出波形谐波含量低，通常利用增加输出电平数，来减小输出波形的谐波含量。文献(E.Babaei,"ACascadeMultilevelConverterTopologyWithReducedNumberofSwitches,"inIEEETransactionsonPowerElectronics,vol.23,no.6,pp.2657-2664,Nov.2008.)(M.F.KangarluandE.Babaei,"AGeneralizedCascadedMultilevelInverterUsingSeriesConnectionofSubmultilevelInverters,"inIEEETransactionsonPowerElectronics,vol.28,no.2,pp.625-636,Feb.2013.)(E.Babaei,S.LaaliandZ.Bayat,"ASingle-PhaseCascadedMultilevelInverterBasedonaNewBasicUnitWithReducedNumberofPowerSwitches,"inIEEETransactionsonIndustrialElectronics,vol.62,no.2,pp.922-929,Feb.2015.)提出的逆变器通过增加输入电源的数量来增加逆变器输出电平的数量，更多电平输出的情况下，无需多载波调制方式便可实现较低的谐波畸变，但多输入源的特点限制了此类逆变器的应用范围，尤其在电动汽车等电源数量相当有限的场合，此类逆变器的优点将无法实现。为克服上述提及的逆变器运用于高频系统时所呈现出的不足，本专利技术结合开关电容的原理，提出一种新型电压自均衡多电平高频逆变器。本专利技术对开关电容电路进行分时复用，一方面利用电容储能性质，增加了输出的电平数量，有效降低了输出交流电的谐波畸变，提高了逆变器的效率。同时，二次利用开关电容电路，为任意两个锂电池之间提供均衡路径，保证了锂电池间的电压均衡，减少了电路元件的使用，简化了电路结构。
技术实现思路
本专利技术基于开关电容原理，对开关电容电路进行分时复用，提出一种新型的电压自均衡多电平高频逆变器。本专利技术利用电容储能性质，增加了输出的电平数量，有效降低了输出交流电的谐波畸变，提高了逆变器的效率。同时，二次利用开关电容电路，为任意两个锂电池之间提供均衡路径，极大的提高了均衡效率，缩短了均衡时间。本专利技术对开关电容电路分时复用，既保证了输出波形的高质量，又保证了锂电池间的电压均衡，并且减少了电路元件的使用，简化了电路结构。本专利技术至少通过如下技术方案之一实现。基于开关电容原理的新型电压自均衡多电平高频逆变器，包括储能单元、开关电容电路和全桥电路，所述储能单元包括n个锂电池，记作B1、…、Bi、…、Bn-1、Bn，电池的总电压记作Vin；所述开关电容电路包括开关管Sa1～Sa(n-1)、开关管Sb1～Sbn、开关管SB1a～SBna、开关管SB1b～SBnb，二极管Dc1～Dc(n-1)和电容C1～Cn；所述全桥电路包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4和负载；所述锂电池B1的阳极与开关管SB1a的漏极相连，所述锂电池B1的阴极与开关管SB1b的漏极、锂电池B2的阳极相连；所述锂电池Bi的阳极与开关管SBia的漏极、锂电池Bi-1的阴极相连，所述锂电池Bi的阴极与开关管SBib的漏极、锂电池Bi+1的阳极相连；所述锂电池Bn-1的阳极与开关管SB(n-1)a的漏极、锂电池Bn-2的阴极相连，所述锂电池Bn-1的阴极与开关管SB(n-1)b的漏极、锂电池Bn的阳极相连；所述锂电池Bn的阳极与开关管SBna的漏极、锂电池Bn-1的阴极相连，所述锂电池Bn的阴极与开关管SBnb的漏极、开关管Sbn的源极相连，其中i＝2，3，…n；所述电容C1的一端与开关管SB1a的源极、开关管SB1b的源极、二极管Dc1的阴极、开关管S1的漏极相连，所述电容C1的另一端与开关管Sa1的源极、开关管Sb1的漏极相连；所述电容Ci的一端与开关管SBia的源极、开关管SBib的源极、二极管Dci的阴极、二极管Dc(i-1)的阳极相连，所述电容C1的另一端与开关管Sai的源极、开关管Sbi的漏极相连；所述电容Cn-1的一端与开关管SB(n-1)a的源极、开关管SB(n-1)b的源极、二极管Dc(n-1)的阴极、二极管Dc(n-2)的阳极相连，所述电容Cn-1的另一端与开关管Sa(n-1)的源极、开关管Sb(n-1)的漏极相连；所述电容Cn的一端与开关管SBna的源极、开关管SBnb的源极、二极管Dc(n-1)的阳极相连，所述电容Cn的另一端与开关管Sa(n-1)的源极、开关管Sbn的漏极相连，其中i＝2，3，…n；所述负载的一端与第一开关管S1的源极、第二开关管S2的漏极相连，所述负载的另一端与第三开关管S3的源极、第四开关管S4的漏极相连；所述第一开关管S1、第三开关管S3的漏极与电容C1相连；所述第二开关管S2、第四开关管S4的源极均匀与开关管Sb1的源极相连。进一步地，所述储能单元中的锂电池均为容量相等的锂电池单体。进一步地，所述电容C1～Cn电容值相等。进一步地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于开关电容原理的新型电压自均衡多电平高频逆变器，包括储能单元、开关电容电路和全桥电路，其特征在于，所述储能单元包括

【技术特征摘要】
1.基于开关电容原理的新型电压自均衡多电平高频逆变器，包括储能单元、开关电容电路和全桥电路，其特征在于，所述储能单元包括n个锂电池，记作B1、…、Bi、…、Bn-1、Bn，电池的总电压记作Vin；所述开关电容电路包括开关管Sa1~Sa(n-1)、开关管Sb1~Sbn、开关管SB1a~SBna、开关管SB1b~SBnb，二极管Dc1~Dc(n-1)和电容C1~Cn；所述全桥电路包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4和负载；
所述锂电池B1的阳极与开关管SB1a的漏极相连，所述锂电池B1的阴极与开关管SB1b的漏极、锂电池B2的阳极相连；所述锂电池Bi的阳极与开关管SBia的漏极、锂电池Bi-1的阴极相连，所述锂电池Bi的阴极与开关管SBib的漏极、锂电池Bi+1的阳极相连；所述锂电池Bn-1的阳极与开关管SB(n-1)a的漏极、锂电池Bn-2的阴极相连，所述锂电池Bn-1的阴极与开关管SB(n-1)b的漏极、锂电池Bn的阳极相连；所述锂电池Bn的阳极与开关管SBna的漏极、锂电池Bn-1的阴极相连，所述锂电池Bn的阴极与开关管SBnb的漏极、开关管Sbn的源极相连，其中i=2，3，…n；
所述电容C1的一端与开关管SB1a的源极、开关管SB1b的源极、二极管Dc1的阴极、开关管S1的漏极相连，所述电容C1的另一端与开关管Sa1的源极、开关管Sb1的漏极相连；所述电容Ci的一端与开关管SBia的源极、开关管SBib的源极、二极管Dci的阴极、二极管Dc(i-1)的阳极相连，所述电容C1的另一端与开关管Sai的源极、开关管Sbi的漏极相连；所述电容Cn-1的一端与开关管SB(n-1)a的源极、开关管SB(n-1)b的源极、二极管Dc(n-1)的阴极、二极管Dc(n-2)的阳极相连，所述电容Cn-1的另一端与开关管Sa(n-1)的源极、开关管Sb(n-1)的漏极相连；所述电容Cn的一端与开关管SBna的源极、开关管SBnb的源极、二极管Dc(n-1)的阳极相连，所述电容Cn的另一端与开关管Sa(n-1)的源极、开关管Sbn的漏极相连，其中i=2，3，…n；
所述负载的一端与第一开关管S1的源极、第二开关管S2的漏极相连，所述负载的另一端与第三开关管S3的源极、第四开关管S4的漏极相连；所述第一开关管S1、第三开关管S3的漏极与电容C1相连；所述第二开关管S2、第四开关管S4的源极均匀与开关管Sb1的源极相连。


2.根据权利要求1所述的基于开关电容原理的新型电压自均衡多电平高频逆变器，其特征在于，所述储能单元中的锂电池均为容量相等的锂电池单体。


3.根据权利要求1所述的基于开关电容原理的新型电压自均...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊峰，高鹏举，廖武兵，曾君，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44