专利名称：一种比例均衡储能器件电压的方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明提出了一种对储能器件进行电压均衡的方法及电路，特别是一种对诸如电容器、 超级电容器、蓄电池及其他储能器件的电压按照比例进行电压均衡的方法及电路。
背景技术：
蓄电池单体由于电压比较低，通常应用时需要串联连接组成蓄电池组，对于组成蓄电池 组的蓄电池单体，由于容量、内阻、以及使用条件及环境的变化，就会造成蓄电池单体端电 压不一致，在充电和放电过程中容易造成部分蓄电池单体过压或欠压，对蓄电池组的整体使 用和寿命造成不利影响，这就需要对串联蓄电池组中各个单体蓄电池端电压进行电压均衡。
超级电容器作为一种储能器件，其单体电压也比较低，在实际应用中需要多个单体串联 构成超级电容器组，超级电容器组中各个单体超级电容器，由于容量、材料、制作工艺及使 用条件及环境的变化，也会造成超级电容器单体端电压不一致，在充电过程中容易造成部分 超级电容器单体过压，对超级电容器组的寿命和使用带来不利影响，同样需要对串联超级电 容器组中各个单体超级电容器端电压进行电压均衡。
在高压电源中一般要用到电容器，由于单个电容器电压不够高，电容器通常是串联连接， 由于电容器的容量差异和漏电差异等，随着时间的积累，会造成串联连接中的各个电容器电 压不一致，容易造成个别电容器过压造成故障，也需要对相互串联连接的输入电容器电压进 行均衡。
还有，在实际使用中，有可能用到由两组或多组不同数量的单体蓄电池或电容器组成的 储能器件组，每组的单体数量不同、组电压不同，由他们共同为负载提供电源。如何在充电、 放电使用过程中使两组或多组不同端电压的储能器件组电压按比例均衡，也是一个需要解决 的问题。如何使不同储能器件组中的每个单体端电压和其他组中的每个单体端电压相互均衡， 同样是一个需要解决的问题。
有关蓄电池组和电容器组的电压均衡问题，现有技术提出了许多解决方法和电路。 文献l,"动力电池组特性分析与均衡管理"，陈守平，张军，方英民，梁毅，《电池工业》， 第8巻第6期，265-271页，2003年12月，电池工业杂志社出版。文中对几种电池均衡方案 进行了分析比较，文章指出，比较好的均衡方案应该是均衡电路与单体并联分流的；将单 体之间的偏差能量馈送回电池组或组中某些单体；采用动态均衡；采用双向能量变换；最先 进的均衡方案是从单体到单体，从高压单体直接把能量变换到低压单体，具有最佳的均衡效 率，按单体容量大小排序C1 >C2 〉 >Cn ， n是串联单体数量，平均容量为Ca = (CI +C2 +…Cn ) /n，设第k只单体容量最接近平均值，即Ck《a ，则均衡系统的目标是从C1 ， C2,. Ck-l取出能量(]0"=((:1+€2+. . +Ck-1 )-(k-l)Ca，转移到Ck+l， Ck+2， ， Cn; 基于成本和均衡效率的考虑，集中式可应用于中小功率，大功率、环境差尽可能采用分散式均衡；独立均衡效果好，级连均衡效率低。但文中只给出了集中式单体和组之间的单、双向 变换器均衡方案，如图1所示，并没有给出一个从单体到单体的均衡方案。
文献2，"超级电容器组单体电压动态均衡"，高云，陈永真，王春霞，《辽宁工学院学报》，
第25巻第6期，354-356页，2005年12月，辽宁工学院学报编辑部出版。文中提出了超级 电容器组的"动态电压均衡"方案，利用先进的高效率双向DC/DC变换技术，将多个高效率 双向功率变换器在输出端偶合，多个单元共用一个变压器，既多源激励变压器工作方式，对 各单体超级电容器的电流进行补偿，达到每个单体电压均衡的目的，实现超级电容器组的单 体超级电容器在高倍率充放电电流时确保全电压范围内的电压、功率均衡。当多个双向变换 器连接到一起时，供电电压高的变换器就会输出电能，通过变压器的输出偶合传输到供电电 压低的电源，当供电电源为电容器时，电压高的电容器将放电或减小充电电流使电容器电压 降低或减缓电压的上升速度，而电压低的电容器升高电容器电压或增加电压上升速度，最终 使各电容器电压一致，如图2所示。这种均衡方案，是一种单体到单体的均衡方案，是一种 比较理想的均衡方案。但这种方案多个单元共用一个变压器，是一种集中式均衡方案，低压 绕组到各单体之间的导线长度和形状不同会造成均衡误差大，另外，变换器与电容器组之间 的n+l条功率导线的布线工艺不容易设计。
文献3，发明专利《用于对串联连接的蓄能器进行电荷补偿的装置和方法》(中国，分类 号H02J7/00、 H02M3/335，申请日2005年3月24日，
公开日2007年6月6日，专利号 200580021643.3)中所述的装置和方法，用于对具有DC/DC转换器的蓄能器的串联连接的单 个电池进行补偿，该DC/DC转换器从所述蓄能器中或者从其他能源中汲取能量，由此给中间 电路电容器充电，该中间电路电容器的电压在DC/AC转换器中被逆变，并且将交流电压通过 AC总线线路和耦合变压器借助整流器转换成脉动直流电流，以及利用该脉动直流电流给具有 最小的电池电压的电池充电。如图3所示。该发明给出了一种利用AC总线的串联储能器件的 电压均衡方案，有利于储能器单体数量的扩展，但这种方案是一种不完全的分散方案，具有 共同的DC/DC转换器和DC/AC转换器，而且该种均衡是一种单向补充电均衡，既给具有最小 的电池电压的电池充电，不能将电池电压较高的电池能量直接传递给电压较低的电池，不是 一种双向均衡方案。
发明内容
本发明提出了一种电压均衡方案，均衡电路原理方框图如图4所示。图4中，l为均衡 线，2为另一条均衡线，3为均衡模块，4为储能器件，储能器件4的数量大于等于2，相应 的均衡模块的数量也大于等于2，每个储能器件4与其相对应的均衡模块3连接，所有的均 衡模块分别与均衡线1和均衡线2连接，通过均衡线1和均衡线2，所有的均衡模块3相互 并联连接。
本发明的电压比例均衡方案的理论基础是，并联连接的所有电子器件的端电压相等，如 果在并联前电子器件的电压不相等，那么并联后电流会从电压髙的电子器件流向电压低的电子器件，最终使所有并联连接的电子器件端电压相等。本发明的电压比例均衡方法是通过 均衡模块3，将储能器件4的电压按照一定的变比进行隔离变换，并且这种变换是双向的， 能量既可以从储能器件4流向均衡线，也可以从均衡线流向储能器件4，由于变换后的电压 与储能器件4是隔离的，因此无论各个储能器件4之间的连接关系如何，都可以将均衡模块 3变换后的电压通过均衡线1和均衡线2相互并联，从而使均衡模块3变换后的电压相等， 所有的储能器件4和均衡线之间通过均衡模块双向传递能量，最终使各个储能器件4的电压 达到比例均衡。比例均衡的意思是在电压均衡情况下，各个储能器件4的端电压始终保持一 定的比例。
均衡线1和均衡线2是两条导线。储能器件4是能够汲取和释放直流电能的器件，可以 是蓄电池，可以是电容器或超级电容器，具有两个端子41和42， 41为正端，42为负端。本 发明中的储能器件4相互之间的连接没有限制，可以相互不连接，可以是串联连接，也可以 是并联连接，也可以是串并联连接或其他连接方式。储能器件4可以是单体，也可以是单体 的组合。如果储能器件4都是一样的，都是同类型的单体，或者都是同类型的单体同样数量 同样连接方式(串联、并联等)的组合，则与储能器件4相连接的均衡模块3都是一样的； 如果储能器件4是不同类型的单体，或者同类型的单体不同数量相同连接方式、相同数量不 同连接方式，则均衡模块3是根据储能器件4的不同而不同。
均衡模块3是一种双向电压变换器，主要具有4个端子31、 32、 33、 34，端子31为正 端，和储能器件的正端41连接，端子32为负端，和储能器件的负端42连接，端子33和均 衡线1连接，端子34和均衡线2连接。均衡模块3可以是双向DC/DC变换器，也可以是双向 DC/AC变换器，如果是双向DC/DC变换器，则均衡模块3的端子33为正端，端子34为负端， 相应的，均衡线l为正均衡线，均衡线2为负均衡线，通过均衡线1和均衡线2，所有的均 衡模块3的端子33和端子34相互并联连接，均衡线1和均衡线2是直流均衡线；如果是双 向DC/AC变换器，则要求所有的双向DC/AC变换器具有相同的工作频率，所有与均衡线1连 接的均衡模块3的端子33具有相同的相位，所有与均衡线2连接的均衡模块3的端子34具 有相同的相位，通过均衡线1和均衡线2，所有的均衡模块3的端子33和端子34相互并联 连接，均衡线1和均衡线2是交流均衡线。均衡线1和均衡线2之间的电压，定义为均衡线 电压，如果均衡线1和均衡线2之间是直流电，则均衡线电压的值就是该直流电压的值，如 果均衡线1和均衡线2之间是交流电，则均衡线电压的值为其等效的直流电压的值。
均衡模块3具有与变压器相类似的性能，具有隔离、变压、可双向传递功率的性能，所 不同的是变压器原边和副边都是交流电，而均衡模块3的端子31和端子32之间的电压是储 能器件4的直流电，均衡模块3的端子33和端子34之间是均衡线电压，根据采用的方案不 同，可能是直流电，也可能是交流电。
均衡模块3内部有变压器，均衡模块3的端子31和端子32与均衡模块3的端子33和端 子34通过变压器相互隔离。均衡模块3的端子31和端子32之间的电压是直流电，其电压值就是该直流电压的值，端子33和端子34之间的电压可能是直流电，也能是交流电，如果是 直流电，其电压值就是该直流电压的值，如果是交流电，其电压值就是该交流电等效为直流 电的电压值，均衡模块3的端子31和端子32之间的电压值，与端子33和端子34之间的电 压值的比定义为均衡模块3的变比k， k可以是l，也可以不是l，这个比值，根据与相应均 衡模块3连接的储能器件4的电压和均衡线电压来确定。
均衡模块工作时，均衡模块3的端子31和端子32两端的电压，也就是储能器件4两端 的电压，通过均衡模块3，与端子33和端子34两端的电压，也就是均衡线电压，进行双向 变换，如果储能器件4两端的电压与均衡线电压的比值大于k，则能量自动从均衡模块3的 端子31和端子32流向均衡模块3的端子33和端子34，如果储能器件4两端的电压与均衡 线电压的比值小于k，则能量自动从均衡模块3的端子33和端子34流向均衡模块3的端子 31和端子32，最终，使储能器件4两端的电压与均衡线电压的比值等于均衡模块3的变比k。 均衡后，由于均衡线电压是一个确定的电压，而每个储能器件4的电压与均衡线电压的比值 k，是由与该储能器件4相应的均衡模块3所确定的，这样，各个储能器件4两端的电压比， 就是与储能器件4相对应的均衡模块3的变比k的比，从而使储能器件4的端电压比例均衡。 如果需要均衡的所有储能器件4是一样的，则相应的所有均衡模块3的变比k是一样的，最 终使各个储能器件4的端电压达到一致。如果储能器件4是由同类型不同数量的单体组成， 比如一个储能器件4是标称24V铅蓄电池，另一个储能器件4是标称48V铅蓄电池，设与标 称24V铅蓄电池连接的均衡模块3的变比k为1，则与标称48V铅蓄电池连接的均衡模块3 的变比k应为2，这样，均衡后均衡线电压就等于标称24V铅蓄电池的端电压，也等于标称 48V铅蓄电池的端电压的1/2，从而始终使标称24V的铅蓄电池与标称48V铅蓄电池的端电压 在均衡后的比值保持为l:2,这就是比例均衡。其他不同的储能器件4之间的比例均衡，可以 做类似分析，通过改变与储能器件4相应连接的均衡模块3的变比k，可以选取不同的均衡 线电压，使储能器件4的端电压比例均衡。
均衡线1和均衡线2之间的电压是均衡线电压，下面以储能器件4为同类单体、均衡模 块3的电压变比k都为l为例来说明均衡线电压的建立。在图4中，设均衡时均衡线电压为 U，第1储能器件4的端电压为E1，第1储能器件4的内阻和第1均衡模块3的等效电阻以 及导线电阻合并为一个电阻Rl，如果将第1储能器件4和与第1均衡模块3看做是一个整体， 从第1均衡模块3的端子33和端子34来看，这个整体就等效为一个电压为El,内阻为R1 的电压源，设其流向均衡线1的电流为I1;设第2储能器件4的端电压为E2，第2储能器件 4的内阻和第2均衡模块3的等效电阻以及导线电阻合并为一个电阻R2，同样将第2储能器 件4和与第2均衡模块3看做是一个整体，从第2均衡模块3的端子33和端子34来看，这 个整体就等效为一个电压为E2，内阻为R2的电压源，设其流向均衡线1的电流为I2，依此 类推，等效电路图如图5所示。
图5中，根据电路原理，II + 12 +……+ In = 0， II - ( El-U )/ Rl，12 = ( E2-U )/ R2， ......， In = ( En-U )/ Rn ,所以U =
E1/R1 + E2/R2 + ...... + En/Rn
1/R1 + 1/R2 + ...... + 1/Rn
如果Rl = R2 = ...... = Rn，则U = (El + E2 + ...... + En) / n ，即均衡线电压U为
各个储能器件4的端电压的算术平均值，如果储能器件4的端电压大于均衡线电压U，能量 从储能器件4流向均衡线，如果储能器件4的端电压小于均衡线电压U，能量从均衡线流向 储能器件4，最终达到电压均衡，使各个储能器件4的端电压都等于其算数平均值。
均衡模块3是一种内部有变压器的双向电压变换器，其能量流动方向，由其端子31和端 子32之间的电压与端子33和端子34之间的电压大小来决定，如果端子31和端子32之间的 电压大于端子33和端子34之间的电压的k倍，能量自动从端子31和端子32之间流向端子 33和端子34，如果端子31和端子32之间的电压小于端子33和端子34之间的电压k倍，能 量自动从端子33和端子34之间流向端子31和端子32。均衡模块3可以是双向DC/DC变换 器，也可以是双向DC/AC变换器。可以采用多种电压变换电路来实现。
如果均衡 模块3是双向DC/DC变换器，则其电路原理方框图如图6所示，首先经过一个 双向DC/AC变换电路35，进行直流电与交流电的双向变换，再经过变压器36隔离变压，最 后经过一个双向AC/DC变换电路37进行交流电与直流电的双向变换。双向DC/AC变换电路 35与双向AC/DC变换电路37，是一种开关电源电路，由于变换是双向的，都是一种双向直流 电/交流电(或交流电/直流电)的变换，电路将直流电变换为交流电时，工作于逆变方式， 电路将交流电变换为直流电时，工作于整流方式，可以釆用同类型的电压变换电路，也可以 采用不同类型的电压变换电路。
如果是双向DC/AC变换器，则其电路原理方框图如图7所示，经过一个双向DC/AC变换 电路35，再经过变压器36隔离变压即可。由于所有的均衡模块3的端子33和端子34都分 别并联连接到均衡线1和均衡线2上，交流电只有同频率同相位才能稳定并联，所以双向 DC/AC变换电路的交流端应该是相同频率相同相位的交流电，既应该是同步的交流电。用作 均衡模块3的双向DC/AC变换电路，可以采用均衡线1和均衡线2之间的均衡电压通过变压 器耦合同步，均衡线同时作为同步线，也可以另外采用独立的同步线5，在图4电路中增加 同步线5，如图8所示，均衡模块3具有同步端子38,所有的均衡模块3的同步端子38都连 接到同步线5。
双向电压变换电路35或37，可以采用多种电压变换，只要能够将直流电逆变成交流电， 同时逆向可将交流电整流成直流电的电源电路，都可以采用，逆变可以采用正激(Forward) 电路，反激(Flyback)电路，推挽(Push Pull)电路，半桥(Half Bridge)电路，全桥(Full Bridge)电路等，电路可以是自激方式工作，也可以是他激方式工作，在电路中通过在半导 体开关上并联二极管，使电路在逆向时将交流电整流成直流电，如图11至图19所示。均衡模块3中变压器36，在电路中具有隔离、变压和传递功率的作用，均衡模块3的变 比k，由变压器36的线圈匝数比决定。
采用本发明的比例均衡电压方法，采用图4或图8电路，就可以实现串联连接组成蓄电 池组中的蓄电池单体的电压均衡，储能器件4就是蓄电池单体，由于组成蓄电池组的蓄电池 单体一般都是同类型的单体，各个蓄电池单体上的均衡模块3都是相同的，都具有相同的变 比k,均衡时，均衡线电压U等于所有蓄电池单体端电压的算数平均值的l/k，均衡后，所有 蓄电池单体的端电压都近似相等，都等于均衡线电压U的k倍，如果均衡模块的变比k等于 1，则均衡后，所有蓄电池单体的端电压和均衡线电压U都近似相等。釆用本发明的比例均衡 电压方法，采用图4或图8电路，同样可以实现串联连接组成电容器组或超级电容器组中的 电容器单体或超级电容器单体的电压均衡，储能器件4就是电容器单体或超级电容器单体，
具体分析与蓄电池单体均衡类似。
采用本发明的比例均衡电压方法，釆用图4或图8电路，还可以按比例均衡两组或多组 不同数量的单体蓄电池或电容器组成的储能器件组的端电压，每组的单体数量不同、组电压 不同。比如第1储能器件4是一个单体，第2储能器件4是3个单体的串联，第3储能器件 4是8个单体的串联，设与第1储能器件4相连接的第1均衡模块3的变比k为a，则与第2 储能器件4相连接的第2均衡模块3的变比k应为3a,与第3储能器件4相连接的第3均衡 模块3的变比k应为8a，这样，均衡后，第1储能器件4的端电压为均衡线电压U的a倍，第 2储能器件4的端电压为均衡线电压U的3a倍，第3储能器件4的端电压为均衡线电压U的 8a倍，第1储能器件4的端电压第2储能器件4的端电压第3储能器件4的端电压=1 :3:8，这样就使各个储能器件4的端电压始终保持一定的比例，达到比例均衡。
如果要使不同组中的每个单体端电压和其他组中的每个单体端电压相互均衡，由于本发 明对储能器件4的连接没有要求，只要将所有的单体都作为一个储能器件4对待即可。
图1一种已知的集中式双向电压均衡电路原理图2 —种已知的动态电压均衡电路原理框图3 —种已知的电荷补偿电压均衡电路原理图4本发明的电压均衡电路原理方框图5本发明的电压均衡电路等效电路图6本发明的双向DC/DC变换器电路原理方框图7本发明的双向DC/AC变换器电路原理方框图8本发明的具有同步线的均衡电路原理方框图； 图9本发明的第一类实施例电路原理方框图； 图10本发明的第二类实施例电路原理方框图11本发明的正反激电路双向DC/DC均衡模块电路原理图；图12本发明的推挽电路双向DC/DC均衡模块电路原理图； 图13本发明的半桥电路双向DC/DC均衡模块电路原理图； 图14本发明的全桥电路双向DC/DC均衡模块电路原理图； 图15本发明的推挽半桥电路双向DC/DC均衡模块电路原理图； 图16本发明的正反激电路双向DC/AC均衡模块电路原理图； 图17本发明的推挽电路双向DC/AC均衡模块电路原理图； 图18本发明的半桥电路双向DC/AC均衡模块电路原理图； 图19本发明的全桥电路双向DC/AC均衡模块电路原理图； 图20本发明的自激推挽双向DC/AC均衡电路原理图。
图中1、 2 :均衡线，3:均衡模块，4:储能器件，5:同步线，35:双向DC/AC变换
器电路，36:变压器，37:双向AC/DC变换器电路，12、 17、 39、 40、 81、 82、 83、 84、 85、 86、 87、 47、 48、 70、 80:变压器绕组，11、 16、 21、 26、 49、 50、 51、 52、 69、 79:电容， 13、 15、 18、 20、 22、 24、 27、 29、 54、 56、 58、 60、 62、 64、 66、 68、 72、 74、 76、 78: 二极管，14、 19、 23、 25、 28、 30、 53、 55、 57、 59、 61、 63、 65、 67、 71、 73、 75、 77: 半导体开关，43、 44、 45、 46、 Rl、 R2、 Rn :电阻，El、 E2、 En:电压源
具体实施例方式
本发明的均衡模块3中的双向电压变换电路35或37，直流电到交流电的逆变可以采用 正激电路，反激电路，推挽电路，半桥电路，全桥电路等，电路可以是自激电路，也可以是 他激电路，交流电到直流电的整流通过并联连接在逆变用的半导体开关上的二极管来完成。 其他只要能够将直流电变换成交流电，同时逆向可将交流电变换成直流电的开关电源电路， 都可以作为本发明的双向电压变换电路35或37，这里不再列出。
本发明中的半导体开关，是指全控型电力电子器件，包括功率晶体管(GTR)、场效应晶体 管(M0SFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT),带有反并联二极管，如果不带有反并联二极管，在 应用中要外接反并联二极管。为了叙述方便，本发明将半导体开关的引出端子定义如下功 率晶体管(GTR)的集电极、场效应晶体管(MOSFET)的漏极、绝缘栅双极晶体管(IGBT)的集电极 或其他全控型电力电子器件的相应功能端子，定义为半导体开关的1极。功率晶体管(GTR) 的发射极、场效应晶体管(MOSFET)的源极、绝缘栅双极晶体管(IGBT)的发射极或其他全控型 电力电子器件的相应功能端子，定义为半导体开关的2极。功率晶体管(GTR)的基极、场效应 晶体管(MOSFET)的门极、绝缘栅双极晶体管(IGBT)的门极或其他全控型电力电子器件的相应 功能端子，定义为半导体开关的3极。
本发明的具体实施电路，按照均衡模块3的不同，可以分为两类，均衡模块3采用双向 DC/DC变换器，均衡线1和均衡线2是直流均衡线是本发明的第一类实施例，如图9所示， 图9为将图4中的均衡模块3用图6双向DC/DC变换器电路原理方框图代替所得。图9中， 各个需要均衡的储能器件4的正端41和负端42分别与其相应的双向DC/DC均衡模块3的端
10子31和端子32连接，均衡模块3的端子33和端子34分别与均衡线1和均衡线2连接。当 储能器件4的端电压大于均衡线电压时，通过双向DC/AC电压变换电路35，将储能器件4两 端的直流电逆变成交流电送给变压器36，再经过变压器36将交流电隔离变压，然后通过双 向AC/DC电压变换电路37，将变压器36的交流电整流成直流电并联连接到均衡线1和均衡 线2上；当储能器件4的端电压小于均衡线电压时，通过双向AC/DC电压变换电路37,将均 衡线1和均衡线2之间的直流电逆变成交流电送给变压器36。再经过变压器36将交流电隔 离变压，然后通过双向DC/AC电压变换电路35，将变压器36的交流电整流成直流电输入给 储能器件4。从而实现各个储能器件4与均衡线1和均衡线2之间的双向能量流动。最终使 各个储能器件4的端电压达到需要的均衡。
本发明的第一类实施例中的均衡模块3，是一种双向DC/DC变换器，可以有多种具体实 施电路。其中双向电压变换电路35和37的电路结构，可以相同，也可以不同。当能量从端 子31和端子32 (或端子33和端子34)流向变压器36时，电压变换电路35 (或37)工作在 逆变方式，当能量从变压器36流向端子31和端子32 (或端子33和端子34)时，电压变换 电路35 (或37)工作在整流方式。
图11是一种双向电压变换电路35和37都采用正反激电路的双向DC/DC均衡模块3的电 路图。图11中，电容11为并联在端子31和端子32之间的滤波电容，电容16为并联在端子 33和端子34之间的滤波电容，半导体开关14和半导体开关19是逆变用的开关管，二极管 13、 二极管15、 二极管18、 二极管20是整流或续流用的二极管，变压器36有四个绕组，原 边绕组39、副边绕组40、磁复位绕组12、磁复位绕组17，磁复位绕组12和磁复位绕组17 也是反激绕组，原副边绕组的匝数可以相同，也可以不同，根据储能器件4的电压与均衡线 1和均衡线2之间的电压来确定，磁复位绕组12的匝数一般和与其相连接的原边绕组39的 匝数相同，磁复位绕组17的匝数一般和与其相连接的副边绕组40的匝数相同。电容11的正 端、磁复位绕组12的一端、原边绕组39的一端和端子31连接，电容11的负端、二极管13 的阳极、半导体开关14的2极、二极管15的阳极和端子32连接，磁复位绕组12的另一端 和二极管13的阴极连接，原边绕组39的另一端、半导体开关14的1极、二极管15的阴极 连接，电容16的正端、磁复位绕组17的一端、副边绕组40的一端和端子33连接，电容16 的负端、二极管18的阳极、半导体开关19的2极、二极管20的阳极和端子34连接，磁复 位绕组17的另一端和二极管18的阴极连接，副边绕组40的另一端与半导体开关19的1极、 二极管20的阴极连接，变压器36中，磁复位绕组12与二极管13阴极的连接端、原边绕组 39与端子31的连接端、磁复位绕组17与二极管18阴极的连接端、副边绕组40与端子33 的连接端为同名端。
半导体开关14和半导体开关19工作在开关状态，两个半导体开关同时开通或同时关断， 当均衡模块3的端子31与端子32之间的电压大于均衡模块3的端子33与端子34之间的电 压，半导体开关M和半导体开关19同时开通时，电流从端子31流入，经过变压器36的原边39，再经过半导体开关14，回到端子32， 二极管13和二极管15截止没有电流流过，同 时电流从端子34流入，经过二极管20,再经过变压器36的副边40，回到端子33， 二极管 18截止没有电流流过；半导体开关14和半导体开关19同时关断时，半导体开关14、半导体 开关19、 二极管15、 二极管20截止没有电流流过，在磁复位绕组17的作用下，二极管18 导通，电流从端子34流入，经过二极管18，再经过磁复位绕组17，回到端子33，由于均衡 模块3的端子31与端子32之间的电压大于均衡模块3的端子33与端子34之间的电压，二 极管13不导通，二极管13和磁复位绕组12中没有电流，能量从端子31和端子32流向端子 33和端子34。当均衡模块3的端子33与端子34之间的电压大于均衡模块3的端子31与端 子32之间的电压，可做类似分析，能量从端子33和端子34流向端子31和端子32。
图12是一种双向电压变换电路35和37都采用推挽电路的双向DC/DC均衡模块3的电路 图。图12中，电容21为并联在端子31和端子32之间的滤波电容，电容26为并联在端子 33和端子34之间的滤波电容，半导体开关23、半导体开关25、半导体开关28、半导体开关 30是逆变用的开关管，二极管22、 二极管24、 二极管27、 二极管29是整流或续流用的二极 管，变压器36有四个绕组，原边绕组81、原边绕组82、副边绕组83、副边绕组84，原边绕 组81和原边绕组82的匝数相同并且串联连接，副边绕组83和副边绕组84的匝数相同并且 串联连接，原副边绕组的匝数可以相同，也可以不同，根据储能器件4的电压与均衡线1和 均衡线2之间的电压来确定。电容21的正端、原边绕组81和原边绕组82的连接端和端子 31连接，电容21的负端、二极管22的阳极、半导体开关23的2极、二极管24的阳极、半 导体开关25的2极和端子32连接，原边绕组81的另一端和二极管22的阴极、半导体开关 23的1极连接，原边绕组82的另一端和二极管24的阴极、半导体开关25的1极连接，电 容26的正端、副边绕组83和副边绕组84的连接端和端子33连接，电容26的负端、二极管 27的阳极、半导体开关28的2极、二极管29的阳极、半导体开关30的2极和端子32连接， 副边绕组83的另一端和二极管27的阴极、半导体开关28的1极连接，副边绕组84的另一 端和二极管29的阴极、半导体开关30的1极连接，变压器36中，原边绕组81的与半导体 开关23的1极连接端，原边绕组82的与原边绕组81的连接端，副边绕组83的与半导体开 关28的1极连接端，原边绕组84的与原边绕组83的连接端为同名端。
半导体开关23、半导体开关28、半导体开关25、半导体开关30工作在开关状态，半导 体开关23和半导体开关28同时开通或同时关断，半导体开关25和半导体开关30同时开通 或同时关断，半导体开关23和半导体开关25交替开通和关断，半导体开关28和半导体开关 30交替开通和关断。当均衡模块3的端子31与端子32之间的电压大于均衡模块3的端子33 与端子34之间的电压，半导体开关23和半导体开关28同时开通，半导体开关25和半导体 开关30同时关断时，电流从端子31流入，经过变压器36的原边81，再经过半导体开关23， 回到端子32， 二极管22、 二极管24和半导体开关25截止没有电流流过，同时电流从端子 34流入，经过二极管27，再经过变压器36的副边83，回到端子33，半导体开关28开通，二极管29和半导体开关30截止没有电流流过；半导体开关23和半导体开关28同时关断， 半导体开关25和半导体开关30同时开通时，电流从端子31流入，经过变压器36的原边82， 再经过半导体开关25，回到端子32， 二极管24、 二极管22和半导体开关23截止没有电流 流过，同时电流从端子34流入，经过二极管29,再经过变压器36的副边84，回到端子33， 半导体开关30开通，二极管27和半导体开关28截止没有电流流过，能量从端子31和端子 32流向端子33和端子34。当均衡模块3的端子33与端子34之间的电压大于均衡模块3的 端子31与端子32之间的电压，可做类似分析，能量从端子33和端子34流向端子31和端子 32。
图13是一种双向电压变换电路35和37都采用半桥电路的双向DC/DC均衡模块3的电路 图。图13中，电容51和电容52串联连接后并联在端子31和端子32之间，电容49和电容 50串联连接后并联在端子33和端子34之间的滤波电容，半导体开关53、半导体开关55、 半导体开关57、半导体开关59是逆变用的开关管，二极管54、 二极管56、 二极管58、 二极 管60是整流或续流用的二极管，变压器36有二个绕组，原边绕组47和副边绕组48，原副 边绕组的匝数可以相同，也可以不同，根据储能器件4的电压与均衡线1和均衡线2之间的 电压来确定。电容51的正端、半导体开关53的1极、二极管54的阴极和端子31连接，电 容52的负端、半导体开关55的2极、二极管56的阳极和端子32连接，原边绕组47的一端 和电容51的负端、电容52的正端连接，原边绕组47的另一端和二极管54的阳极、半导体 开关53的2极、二极管56的阴极、半导体开关55的1极连接，电容49的正端、半导体开 关57的1极、二极管58的阴极和端子33连接，电容50的负端、半导体开关59的2极、二 极管60的阳极和端子34连接，副边绕组48的一端和电容49的负端、电容50的正端连接， 副边绕组48的另一端和二极管58的阳极、半导体开关57的2极、二极管60的阴极、半导 体开关59的1极连接，变压器36中，原边绕组47的与电容51和电容52的连接端，副边绕 组48的与电容49和电容50的连接端为同名端。
半导体开关53、半导体开关55、半导体开关57、半导体开关59工作在开关状态，半导 体开关53和半导体开关57同时开通或同时关断，半导体开关55和半导体开关59同时开通 或同时关断，半导体开关53和半导体开关55交替开通和关断，半导体开关57和半导体开关 59交替开通和关断。当均衡模块3的端子31与端子32之间的电压大于均衡模块3的端子33 与端子34之间的电压，半导体开关53和半导体开关57同时开通，半导体开关55和半导体 开关59同时关断时，电流从端子31流入，经过半导体开关53，再经过变压器36的原边47, 回到电容51的负端和电容52的正端的连接点，二极管54、 二极管56和半导体开关55截止 没有电流流过，同时电流从电容49的负端和电容50的正端的连接点流入，经过变压器36 的副边48，再经过二极管58，回到端子33，半导体开关57开通，二极管60和半导体开关 59截止没有电流流过；半导体开关53和半导体开关57同时关断，半导体开关55和半导体 开关59同时开通时，电流从电容51的负端和电容52的正端的连接点流入，经过变压器36
13的原边47，再经过半导体开关55,回到端子32， 二极管56、 二极管54和半导体开关53截 止没有电流流过；同时电流从端子34流入，经过二极管60，再经过变压器36的副边48，回 到电容49的负端和电容50的正端的连接点，半导体开关59开通，二极管58和半导体开关 57截止没有电流流过，能量从端子31和端子32流向端子33和端子34。当均衡模块3的端 子33与端子34之间的电压大于均衡模块3的端子31与端子32之间的电压，可做类似分析， 能量从端子33和端子34流向端子31和端子32。
图14是一种双向电压变换电路35和37都采用全桥电路的双向DC/DC均衡模块3的电路 图。图14中，电容69为并联在端子31和端子32之间的滤波电容，电容79为并联在端子 33和端子34之间的滤波电容，半导体开关61、半导体开关63、半导体开关65、半导体开关 67、半导体开关71、半导体开关73、半导体开关75、半导体开关77是逆变用的开关管，二 极管62、 二极管64、 二极管66、 二极管68、 二极管72、 二极管74、 二极管76、 二极管78 是整流或续流用的二极管，变压器36有二个绕组，原边绕组70和副边绕组80，原副边绕组 的匝数可以相同，也可以不同，根据储能器件4的电压与均衡线1和均衡线2之间的电压来 确定。电容69的正端、半导体开关61的1极、二极管62的阴极、半导体开关63的1极、 二极管64的阴极和端子31连接，电容69的负端、半导体开关65的2极、二极管66的阳极、 半导体开关67的2极、二极管68的阳极和端子32连接，原边绕组70的一端和二极管62 的阳极、半导体开关61的2极、二极管66的阴极、半导体开关65的1极连接，原边绕组 70的另一端和二极管64的阳极、半导体开关63的2极、二极管68的阴极、半导体开关67 的1极连接，电容79的正端、半导体开关71的1极、二极管72的阴极、半导体开关73的 l极、二极管74的阴极和端子33连接，电容79的负端、半导体开关75的2极、二极管76 的阳极、半导体开关77的2极、二极管78的阳极和端子34连接，副边绕组80的一端和二 极管72的阳极、半导体开关71的2极、二极管76的阴极、半导体开关75的1极连接，副 边绕组80的另一端和二极管74的阳极、半导体开关73的2极、二极管78的阴极、半导体 开关77的1极连接，变压器36中，原边绕组70的与二极管62的阳极、半导体开关61的2 极、二极管66的阴极、半导体开关65的l极的连接端，与副边绕组80的与二极管72的阳 极、半导体开关71的2极、二极管76的阴极、半导体开关75的1极的连接端为同名端。
半导体开关61、半导体开关63、半导体开关65、半导体开关67、半导体开关71、半导 体开关73、半导体开关75、半导体开关77工作在开关状态，半导体开关61、半导体开关67、 半导体开关71、半导体开关77同时开通或同时关断，半导体开关63、半导体开关65、半导 体开关73、半导体开关75同时开通或同时关断，半导体开关61和半导体开关65交替开通 和关断，半导体开关63和半导体开关67交替开通和关断，半导体开关71和半导体开关75 交替开通和关断，半导体开关73和半导体开关77交替开通和关断。当均衡模块3的端子31 与端子32之间的电压大于均衡模块3的端子33与端子34之间的电压，半导体开关61、半 导体开关67、半导体开关71、半导体开关77同时开通，半导体开关63、半导体开关65、半导体开关73、半导体开关75同时关断时，电流从端子31流入，经过半导体开关61,再经过 变压器36的原边70、半导体开关67，回到端子32， 二极管62、 二极管64、 二极管66、 二 极管68和半导体开关63、半导体开关65截止没有电流流过，同时电流从端子34流入，经 过二极管78,再经过变压器36的副边80、 二极管72回到端子33,半导体开关71和半导体 开关77开通，二极管74、 二极管76和半导体开关73、半导体开关75截止没有电流流过； 半导体开关61、半导体开关67、半导体开关71、半导体开关77同时关断，半导体开关63、 半导体开关65、半导体开关73、半导体开关75同时开通时，电流从端子31流入，经过半导 体开关63，再经过变压器36的原边70、半导体开关65，回到端子32， 二极管62、 二极管 64、 二极管66、 二极管68和半导体开关61、半导体开关67截止没有电流流过，同时电流从 端子34流入，经过二极管76，再经过变压器36的副边80、 二极管74回到端子33，半导体 开关73和半导体开关75开通，二极管72、 二极管78和半导体开关71、半导体开关77截止 没有电流流过，能量从端子31和端子32流向端子33和端子34。当均衡模块3的端子33与 端子34之间的电压大于均衡模块3的端子31与端子32之间的电压，可做类似分析，能量从 端子33和端子34流向端子31和端子32。
图15是一种双向电压变换电路35采用推挽电路、双向电压变换电路37采用半桥电路的 双向DC/DC均衡模块3的电路图。图15中，半导体开关23、半导体开关25、半导体开关57、 半导体开关59是逆变用的开关管，二极管22、 二极管24、 二极管58、 二极管60是整流或 续流用的二极管，变压器36原副边的匝数可以相同，也可以不同，根据储能器件4的电压与 均衡线1和均衡线2之间的电压来确定，具体工作过程可参照上面图12推挽电路和图13半 桥电路的工作过程，这里不再赘述。
均衡模块3采用其他结构的双向DC/DC变换器电路图，这里不再画出。本发明的图ll、 图12、图13、图14、图15或其他电路的双向DC/DC均衡模块3的电路图，都是开关电源的 变换电路，电路可以是自激方式工作，也可以是他激方式工作，采用开关电源技术中的软开 关技术和同步整流技术，可提高双向DC/DC变换器的效率。将图ll、图12、图13、图14、 图15或其他电路的双向DC/DC均衡模块3的电路图代入图9中，可以得到本发明的多种第一 类具体实施电路。
均衡模块3采用双向DC/AC变换器，均衡线1和均衡线2是交流均衡线是本发明的第二 类实施例，如图10所示，图10为将图4中的均衡模块3用图7双向DC/AC变换器电路原理 方框图代替所得；如果采用同步线5，本发明的第二类实施例电路图可将图8中的均衡模块3 用图7双向DC/AC变换器电路原理方框图代替得到，图7中的双向DC/AC变换器工作时，由 同步线5同步。图10中，各个需要均衡的储能器件4的正端41和负端42分别与其相应的双 向DC/AC均衡模块3的端子31和端子32连接，均衡模块3的端子33和端子34分别与均衡 线1和均衡线2连接。当储能器件4的端电压大于均衡线电压时，通过双向DC/AC电压变换 电路35，将储能器件4两端的直流电逆变成交流电送给变压器36，再经过变压器36将交流电隔离变压，将隔离变压后的交流电并联连接到均衡线1和均衡线2上；当储能器件4的端
电压小于均衡线电压时，将均衡线1和均衡线2之间的交流电送给变压器36，经过变压器36 将交流电隔离变压，然后通过双向DC/AC电压变换电路35,将变压器36的交流电整流成直 流电输入给储能器件4。从而实现各个储能器件4与均衡线1和均衡线2之间的双向能量流 动。最终使各个储能器件4的端电压达到需要的均衡。
本发明的第二类实施例中的均衡模块3，是一种双向DC/AC变换器，可以有多种具体实 施电路。当能量从端子31和端子32流向变压器36时，电压变换电路35工作在逆变方式， 当能量从变压器36流向端子31和端子32时，电压变换电路35工作在整流方式。
图16是一种双向电压变换电路35采用正反激电路的双向DC/AC均衡模块3的电路图。 图16中，电容11为并联在端子31和端子32之间的滤波电容，半导体开关14是逆变用的开 关管，二极管13、 二极管15是整流或续流用的二极管，变压器36有三个绕组，原边绕组39、 副边绕组40、磁复位绕组12，磁复位绕组12也是反激绕组，原副边绕组的匝数可以相同， 也可以不同，根据储能器件4的电压与均衡线1和均衡线2之间的电压来确定，磁复位绕组 12的匝数一般和与其相连接的原边绕组39的匝数相同。电容11的正端、磁复位绕组12的 一端、原边绕组39的一端和端子31连接，电容ll的负端、二极管13的阳极、半导体开关 14的2极、二极管15的阳极和端子32连接，磁复位绕组12的另一端和二极管13的阴极连 接，原边绕组39的另一端、半导体开关14的1极、二极管15的阴极连接，副边绕组40的 一端和端子33连接，副边绕组40的另一端和端子34连接。变压器36中，磁复位绕组12 与二极管13阴极的连接端、原边绕组39与端子31的连接端、副边绕组40与端子33的连接 端为同名端。
半导体开关14工作在开关状态。当均衡模块3的端子31与端子32之间的电压大于均衡 模块3的端子33与端子34之间的电压，半导体开关14开通时，电流从端子31流入，经过 变压器36的原边39，再经过半导体开关14，回到端子32, 二极管13和二极管15截止没有 电流流过，同时电流从端子34流入，经过变压器36的副边40,回到端子33;半导体开关 14关断时，半导体开关14、 二极管15截止没有电流流过，由于均衡模块3的端子31与端子 32之间的电压大于均衡模块3的端子33与端子34之间的电压，二极管13不导通，二极管 13和磁复位绕组12中没有电流，电流从端子34流入，经过变压器36的副边40,回到端子 33。能量从端子31和端子32流向端子33和端子34。
当均衡模块3的端子33与端子34之间的电压大于均衡模块3的端子31与端子32之间 的电压，当电流从端子33流入，经过变压器36的副边40，回到端子34时，变压器原边39 就会产生电压，电流从端子32流入，经过二极管15,再经过变压器36的原边39，回到端子 31，半导体开关14开通，磁复位绕组12两端的电压使二极管13截止没有电流流过；当电流 从端子34流入，经过变压器36的副边40，回到端子33时，变压器原边39就会产生电压， 半导体开关14关断时，半导体开关14、 二极管15截止没有电流流过，在磁复位绕组12的
16作用下，二极管13导通，电流从端子32流入，经过二极管13，再经过磁复位绕组12，回到 端子31，能量从端子33和端子34流向端子31和端子32。
图17是一种双向电压变换电路35采用推挽电路的双向DC/AC均衡模块3的电路图。图 17中，电容21为并联在端子31和端子32之间的滤波电容，半导体开关23、半导体开关25 是逆变用的开关管，二极管22、 二极管24是整流或续流用的二极管，变压器36有三个绕组， 原边绕组81、原边绕组82、副边绕组85，原边绕组81和原边绕组82的匝数相同并且串联 连接，原副边绕组的匝数可以相同，也可以不同，根据储能器件4的电压与均衡线1和均衡 线2之间的电压来确定。电容21的正端、原边绕组81和原边绕组82的连接端和端子31连 接，电容21的负端、二极管22的阳极、半导体开关23的2极、二极管24的阳极、半导体 开关25的2极和端子32连接，原边绕组81的另一端和二极管22的阴极、半导体开关23 的1极连接，原边绕组82的另一端和二极管24的阴极、半导体开关25的1极连接，副边绕 组85的一端和端子33连接，副边绕组85的另一端和端子34连接。变压器36中，原边绕组 81的与二极管22的阴极、半导体开关23的1极的连接端，原边绕组82的与原边绕组81的 连接端，副边绕组85的与端子33的连接端为同名端。
半导体开关23、半导体开关25工作在开关状态，半导体开关23和半导体开关25交替 开通和关断。当均衡模块3的端子31与端子32之间的电压大于均衡模块3的端子33与端子 34之间的电压，半导体开关23开通，半导体开关25关断时，电流从端子31流入，经过变 压器36的原边81,再经过半导体开关23，回到端子32， 二极管22、 二极管24和半导体开 关25截止没有电流流过，同时电流从端子33流入，经过变压器36的副边85，回到端子34; 半导体开关23关断，半导体开关25开通时，电流从端子31流入，经过变压器36的原边82， 再经过半导体开关25,回到端子32, 二极管24、 二极管22和半导体开关23截止没有电流 流过，同时电流从端子34流入，经过变压器36的副边85，回到端子33。能量从端子31和 端子32流向端子33和端子34。
当均衡模块3的端子33与端子34之间的电压大于均衡模块3的端子31与端子32之间 的电压，当电流从端子34流入，经过变压器36的副边85，回到端子33时，变压器36的原 边就会产生电压，电流从端子32流入，经过二极管22，再经过变压器36的原边81，回到端 子31，半导体开关23导通，二极管24和半导体开关25截止没有电流流过；当电流从端子 33流入，经过变压器36的副边85，回到端子34时，变压器36的原边就会产生电压，电流 从端子32流入，经过二极管24，再经过变压器36的原边82，回到端子31，半导体开关25 导通，二极管22和半导体开关23截止没有电流流过。能量从端子33和端子34流向端子31 和端子32。
图18是一种双向电压变换电路35采用半桥电路的双向DC/AC均衡模块3的电路图。图 18中，电容51和电容52串联连接后并联在端子31和端子32之间，半导体开关53、半导体 开关55是逆变用的开关管，二极管54、 二极管56是整流或续流用的二极管，变压器36有二个绕组，原边绕组47和副边绕组48，原副边绕组的匝数可以相同，也可以不同，根据储 能器件4的电压与均衡线1和均衡线2之间的电压来确定。电容51的正端、半导体开关53 的1极、二极管54的阴极和端子31连接，电容52的负端、半导体开关55的2极、二极管 56的阳极和端子32连接，原边绕组47的一端和电容51的负端、电容52的正端连接，原边 绕组47的另一端和二极管54的阳极、半导体开关53的2极、二极管56的阴极、半导体开 关55的1极连接，副边绕组48的一端和端子33连接，副边绕组48的另一端和端子34连接。 变压器36中，原边绕组47的和电容51和电容52的连接端，与副边绕组48的和端子33的 连接端为同名端。
半导体开关53、半导体开关55工作在开关状态，半导体开关53和半导体开关55交替 开通和关断。当均衡模块3的端子31与端子32之间的电压大于均衡模块3的端子33与端子 34之间的电压，半导体开关53开通，半导体开关55关断时，电流从端子31流入，经过半 导体开关53，再经过变压器36的原边47，回到电容51的负端和电容52的正端的连接点， 二极管54、 二极管56和半导体开关55截止没有电流流过，同时电流从端子33流入，经过 变压器36的副边48，回到端子34;半导体开关53关断，半导体开关55开通时，电流从电 容51的负端和电容52的正端的连接点流入，经过变压器36的原边47,再经过半导体开关 55，回到端子32， 二极管56、 二极管54和半导体开关53截止没有电流流过，同时电流从端 子34流入，经过变压器36的副边48，回到端子33。能量从端子31和端子32流向端子33 和端子34。
当均衡模块3的端子33与端子34之间的电压大于均衡模块3的端子31与端子32之间 的电压，当电流从端子34流入，经过变压器36的副边48，回到端子33时，变压器36的原 边就会产生电压，电流从电容51的负端和电容52的正端的连接点流入，经过变压器36的原 边47，再经过二极管54,回到端子31，半导体开关53导通，二极管56和半导体开关55截 止没有电流流过；当电流从端子33流入，经过变压器36的副边48，回到端子34时，变压 器36的原边就会产生电压，电流从端子32流入，经过二极管56，再经过变压器36的原边 47，回到电容51的负端和电容52的正端的连接点，半导体开关55导通，二极管54和半导 体开关53截止没有电流流过。能量从端子33和端子34流向端子31和端子32。
图19是一种双向电压变换电路35采用全桥电路的双向DC/AC均衡模块3的电路图。图 19中，电容69为并联在端子31和端子32之间的滤波电容，半导体开关61、半导体开关63、 半导体开关65、半导体开关67是逆变用的开关管，二极管62、 二极管64、 二极管66、 二极 管68是整流或续流用的二极管。变压器36有二个绕组，原边绕组70和副边绕组80，原副 边绕组的匝数可以相同，也可以不同，根据储能器件4的电压与均衡线1和均衡线2之间的 电压来确定。电容69的正端、半导体开关61的1极、二极管62的阴极、半导体开关63的 l极、二极管64的阴极和端子31连接，电容69的负端、半导体开关65的2极、二极管66 的阳极、半导体开关67的2极、二极管68的阳极和端子32连接，原边绕组70的一端和二极管62的阳极、半导体开关61的2极、二极管66的阴极、半导体开关65的1极连接，原 边绕组70的另一端和二极管64的阳极、半导体开关63的2极、二极管68的阴极、半导体 开关67的1极连接，副边绕组80的一端和端子33连接，副边绕组80的另一端和端子34 连接。变压器36中，原边绕组70的和二极管62的阳极、半导体开关61的2极、二极管66 的阴极、半导体开关65的1极的连接端，与副边绕组80的和端子33的连接端为同名端。
半导体开关61、半导体开关63、半导体开关65、半导体开关67工作在开关状态，半导 体开关61、半导体开关67同时开通或同时关断，半导体开关63、半导体开关65同时开通或 同时关断，半导体开关61和半导体开关65交替开通和关断，半导体开关63和半导体开关 67交替开通和关断。当均衡模块3的端子31与端子32之间的电压大于均衡模块3的端子33 与端子34之间的电压，半导体开关61、半导体开关67同时开通，半导体开关63、半导体开 关65同时关断时，电流从端子31流入，经过半导体开关61，再经过变压器36的原边70、 半导体开关67，回到端子32， 二极管62、 二极管64、 二极管66、 二极管68和半导体开关 63、半导体开关65截止没有电流流过，同时电流从端子34流入，经过变压器36的副边80， 回到端子33;半导体开关61、半导体开关67同时关断，半导体开关63、半导体开关65同 时开通时，电流从端子31流入，经过半导体开关63，再经过变压器36的原边70、半导体开 关65，回到端子32， 二极管62、 二极管64、 二极管66、 二极管68和半导体开关61、半导 体开关67截止没有电流流过，同时电流从端子33流入，经过变压器36的副边80,回到端 子34。能量从端子31和端子32流向端子33和端子34。
当均衡模块3的端子33与端子34之间的电压大于均衡模块3的端子31与端子32之间 的电压，当电流从端子33流入，经过变压器36的副边80，回到端子34时，变压器36的原 边就会产生电压，电流从端子32流入，经过二极管68，再经过变压器36的原边70，再经过 二极管62，回到端子31,半导体开关61和半导体开关67导通，二极管64、 二极管66和半 导体开关63、半导体开关65截止没有电流流过。当电流从端子34流入，经过变压器36的 副边80,回到端子33时，变压器36的原边就会产生电压，电流从端子32流入，经过二极 管66,再经过变压器36的原边70，再经过二极管64，回到端子31,半导体开关63和半导 体开关65导通，二极管62、 二极管68和半导体开关61、半导体开关67截止没有电流流过。 能量从端子33和端子34流向端子31和端子32。
均衡模块3采用其他结构的双向DC/AC变换器电路图，这里不再画出。本发明的图16、 图17、图18、图19或其他电路的双向DC/AC均衡模块3的电路图，都是开关电源的变换电 路，电路可以是自激方式工作，也可以是他激方式工作，采用开关电源技术中的软开关技术 和同步整流技术，可提高双向DC/AC变换器的效率。将图16、图17、图18、图19或其他电 路的双向DC/AC均衡模块3的电路图代入图9中，可以得到本发明的多种第二类具体实施电 路。
在本发明的第二类具体实施电路中，由于均衡模块3的端子33和端子34之间是交流电，所有的均衡模块3的端子33都和交流均衡线1连接，所有的均衡模块3的端子34都和交流 均衡线2连接，因此，各个均衡模块3的端子33和端子34之间的交流电必须是频率相同， 相位相同，所有的端子33上的交流电的相位相同，所有的端子34上的交流电的相位相同， 这就要求双向DC/AC均衡模块3工作时同步，均衡模块3的同步，可以采用外加同步信号同 步，如图8所示，所有的均衡模块3通过同步线5中的同步信号同步，均衡模块3具有同步 端子38;也可以采用均衡线1和均衡线2来传递同步信号，利用各个均衡模块中的变压器36 来实现同步，比如下面的图20所示电路。
采用本发明的第二类实施例电路对io节串联锂电池组中各个单体锂电池电压进行均衡， 均衡模块3采用图17所示双向DC/AC推挽电路，电路以自激方式工作，各个均衡模块3的同 步通过均衡线1和均衡线2和变压器36来实现，具体电路如图20所示。图20中，均衡模块 3为图17所示电路中增加自激驱动电路，电路中增加了电阻43、电阻44、电阻45、电阻46 和变压器36的绕组86、变压器36的绕组87，电阻43和电阻44串联连接后并接在端子31 和端子32之间，电阻43和电阻44的连接端和绕组86的一端、绕组87的一端连接，电阻 45的一端和半导体开关23的3极连接，电阻45的另一端和绕组86的另一端连接，电阻46 的一端和半导体开关25的3极连接，电阻46的另一端和绕组87的另一端连接，变压器36 中，绕组86的与电阻43和电阻44的连接端、绕组87的和电阻46的连接端、原边绕组81 的与二极管22的阴极、半导体开关23的l极的连接端，原边绕组82的与原边绕组81的连 接端，副边绕组85的与端子33的连接端为同名端。变压器36中，绕组81、绕组82和绕组 85的匝数相同，均衡模块3的变比k为l。
根据上面对图17所示的推挽电路双向DC/AC均衡模块3的电路分析，由于均衡模块3 的变比为1，当某节锂电池的电压大于均衡线电压时，能量从该节锂电池流向均衡线1和均 衡线2，当某节锂电池的电压小于均衡线电压时，能量从均衡线1和均衡线2流向该节锂电 池，最终使10节锂电池的电压达到均衡。
图20中的均衡模块3，是一种自激推挽双向DC/AC电压变换电路，当其中任何一个均衡 模块3接入电路开始工作时，锂电池电压经过电阻43和电阻44分压后，在电阻44上产生一 个电压，通过绕组86和电阻45加在半导体开关23的3极，同时通过绕组87和电阻46加在 半导体开关25的3极。由于电路元件不可能完全对称，所以总会使其中某一个半导体开关先 导通，假定半导体开关23先导通，半导体开关23的1极电流流过变压器36的绕组81，使 变压器36的铁芯磁化，同时使其他的绕组产生感应电势。在绕组87上产生的感应电势，使 半导体开关25的3极处于负电位而保持截止状态。在线圈86上产生的电势使半导体开关23 的1极电流进一步增加，使半导体开关23很快达到饱和导通状态。这时几乎全部的电池电压 都加在变压器绕组81两端，绕组81中的电流以及由此电流所产生的磁通也会线性的增加， 当变压器36的铁芯磁通接近或达到饱和值时，半导体开关23的1极电流就会急剧地增大， 形成一个尖峰，这时磁通量的变化率接近于零，所以变压器36的所有绕组的感应电势也接近
20于零。由于绕组86两端的感应电势接近于零，于是半导体开关23的3极电流减小，半导体 开关23的l极电流开始下降，从而使变压器36的所有绕组的感应电势反向，紧接着变压器 36的铁芯脱离饱和，促使半导体开关23很快进入截止状态，半导体25很快进入饱和导通状 态。这时几乎全部的电池电压加到变压器36的绕组82两端，使变压器铁芯中的磁通直线下 降，很快就达到反向饱和，此时变压器绕组87的感应电势下降，使半导体25脱离饱和状态， 然后转换到截止状态，而半导体开关23又转换到饱和导通状态。上述过程周而复始，这样就 在两个半导体开关的l极形成了方波电压，从而在绕组85的两端形成方波电压，也就是在均 衡线1和均衡线2之间形成方波电压。
由于所有的均衡模块3的33端都连接在均衡线1上，所有的均衡模块3的34端都连接 在均衡线2上，这样，就使所有的均衡模块3中的变压器36的绕组85并联连接在一起，使 所有均衡模块3中的绕组85两端的电压同时变化。任何一个均衡模块3中的半导体开关23 的率先导通，会使其中的半导体开关25截止，通过均衡线1和均衡线2的传递和相应变压器 36的耦合，使其他均衡模块中的半导体开关23导通、半导体开关25截止，从而使所有的半 导体开关23几乎同时导通、半导体开关25几乎同时截止。任何一个均衡模块3中的变压器 36的铁芯磁通饱和，通过均衡线1和均衡线2的传递，会使其他均衡模块3中的变压器36 的铁芯磁通饱和，从而使所有的半导体开关23几乎同时截止、半导体开关25几乎同时开通。 这样，就使所有的均衡模块中的半导体开关23几乎同时导通和关断、半导体开关25几乎同 时导通和关断，从而实现所有的均衡模块3的同步工作。
权利要求
1.一种比例均衡储能器件(4)电压的方法，用来使储能器件(4)两端的电压比例均衡，其特征是首先将每个储能器件(4)与相应的均衡模块(3)连接，将储能器件(4)的电压通过均衡模块(3)按照一定的变比k进行双向隔离变换，然后将所有的通过均衡模块(3)变换后的电压用均衡线(1)和另一条均衡线(2)并联连接，从而使所有的均衡模块(3)变换后的电压相等，所有的储能器件(4)与均衡线(1)以及另一条均衡线(2)之间通过均衡模块(3)双向传递能量，当储能器件(4)的电压与均衡线(1)和另一条均衡线(2)之间的电压的比大于均衡模块(3)的变比k时，能量从储能器件(4)流向均衡线(1)和另一条均衡线(2)，当储能器件(4)的电压与均衡线(1)和另一条均衡线(2)之间的电压的比小于均衡模块(3)的变比k时，能量从均衡线(1)和另一条均衡线(2)流向储能器件(4)，最终使各个储能器件(4)的电压与均衡线(1)和另一条均衡线(2)之间的电压的比接近或等于均衡模块(3)的变比k，从而使各个储能器件(4)的端电压保持一定的比例。
2. —种比例均衡储能器件(4)电压的电路，用来使储能器件(4)两端的电压比例均衡，其 特征是电路由两个或两个以上的储能器件(4)，与储能器件(4)相配的均衡模块(3)， 均衡线(1)和另一条均衡线(2)组成，储能器件(4)是能够汲取和释放直流电能的器 件，包括蓄电池，电容器和超级电容器，可以是单体，也可以是单体的组合，具有正端子(41)和负端子(42),均衡模块(3)是一种双向电压变换电路，主要有四个端子，一 个是正端子(31)，另一个是负端子(32)，第三个端子(33)和第四个端子(34)，均 衡线(1)和另一条均衡线(2)是两条导线；各个储能器件(4)之间的连接没有限制， 可以不连接，可以串联连接，每个储能器件(4)的正端子(41)和与其相应的均衡模块(3)的正端子(31)连接，每个储能器件(4)的负端子(42)和与其相应的均衡模块(3) 的负端子(32)连接，所有的均衡模块(3)的第三端子(33)与均衡线(1)连接，所有 的均衡模块(3)的第四端子(34)与另一条均衡线(2)连接，各个均衡模块(3)之间 需要同步时，可以都与同步线(5)连接，通过同步线(5)同步，也可以没有同步线(5)， 通过均衡线(1)和另一条均衡线(2)同步。
3. 根据权利要求l、 2所述的比例均衡储能器件(4)电压的方法和电路，均衡模块(3)是 一种双向电压变换电路，其特征是均衡模块(3)是一种内部有变压器的双向DC/DC 电压变换电路，电路将两种直流电压相互隔离变换，均衡模块(3)的正端子(31)和负 端子(32)之间的电压与第三端子(33)和第四端子(34)之间的电压的比值为均衡模块(3)的变比k,其能量流动方向，由其正端子(31)和负端子(32)之间的电压与第三 端子(33)和第四端子(34)之间的电压大小来决定，如果正端子(31)和负端子(32) 之间的电压大于第三端子(33)和第四端子(34)之间的电压的k倍，能量自动从正端子(31)和负端子(32)之间流向第三端子(33)和第四端子(34),如果正端子(31)和 负端子(32)之间的电压小于第三端子(33)和第四端子(34)之间的电压k倍，能量自动从第三端子(33)和第四端子(34)之间流向正端子(31)和负端子(32)，最终使正 端子(31)和负端子(32)之间的电压值与第三端子(33)和第四端子(34)之间的电压 值的比保持为k，电路可以采用多种开关电源变换电路，包括正激(Forward)电路，反 激(Flyback)电路，推挽(Push Pull)电路，半桥(Half Bridge)电路，全桥(Full Bridge) 电路，电路可以是自激方式工作，也可以是他激方式工作，电路也可以采用开关电源中的 软开关技术和同步整流技术来提高变换效率。
4. 根据权利要求1、 2所述的比例均衡储能器件(4)电压的方法和电路，均衡模块(3)是 一种双向电压变换电路，其特征是均衡模块(3)是一种内部有变压器的双向DC/AC 电压变换电路，电路将直流电变换成与之隔离的交流电，反向将交流电变换成与之隔离的 直流电，均衡模块(3)的正端子(31)和负端子(32)之间是直流电，均衡模块的第三 端子(33)和第四端子(34)之间的电压是交流电，均衡模块(3)的正端子(31)和负 端子(32)之间的直流电压值与第三端子(33)和第四端子(34)之间的交流电压的等效 直流电压值的比为均衡模块(3)的变比k，其能量流动方向，由其正端子(31)和负端 子(32)之间的电压与第三端子(33)和第四端子(34)之间的电压大小来决定，如果正 端子(31)和负端子(32)之间的电压大于第三端子(33)和第四端子(34)之间的交流 电压的等效直流电压的k倍，能量自动从正端子(31)和负端子(32)之间流向第三端子(33)和第四端子(34)，如果正端子(31)和负端子(32)之间的电压小于第三端子(33) 和第四端子(34)之间的交流电压的等效直流电压的k倍，能量自动从第三端子(33)和 第四端子(34)之间流向正端子(31)和负端子(32)，最终使正端子(31)和负端子(32) 之间的电压值与第三端子(33)和第四端子(34)之间的交流电压的等效直流电压的值的 比保持为k，电路可以采用多种开关电源变换电路，包括正激(Forward)电路，反激(Flyback)电路，推挽(Push Pull)电路，半桥(Half Bridge)电路，全桥(Full Bridge) 电路，电路可以是自激方式工作，也可以是他激方式工作，电路也可以采用开关电源中的 软开关技术和同步整流技术来提高变换效率，在工作时，各个均衡模块(3)的第三端子(33)和第四段子(34)之间的电压是同步的，电压的频率和相位是一样的，各个均衡模 块(3)的同步可以通过釆用同步线(5)来同步，也可以不需要同步线(5)，通过均衡 线(1)和另一条均衡线(2)同步。
5. —种电源管理系统，其特征在于采用权利要求l所述的比例均衡储能器件(4)电压的方 法和权利要求2所述的比例均衡储能器件(4)电压的电路。
全文摘要
一种比例均衡储能器件(4)电压的方法及电路，用来使储能器件(4)两端的电压比例均衡，首先将储能器件(4)的电压通过均衡模块(3)按照一定的变比k进行双向隔离变换，然后将所有的通过均衡模块(3)变换后的电压用均衡线并联连接，从而使所有的均衡模块(3)变换后的电压相等，当储能器件(4)与均衡线电压的比大于均衡模块(3)的变比k时，能量从储能器件(4)流向均衡线，当储能器件(4)与均衡线电压的比小于均衡模块(3)的变比k时，能量从均衡线流向储能器件(4)，最终使各个储能器件(4)与均衡线电压的比接近或等于均衡模块(3)的变比k，从而使各个储能器件(4)的端电压保持一定的比例。
文档编号H02M7/757GK101567574SQ20091010764
公开日2009年10月28日 申请日期2009年6月3日 优先权日2009年6月3日
发明者王创社 申请人:王创社