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储能系统技术 电池管理系统BMS ★ 5.0

基于多绕组变压器的低成本栅极驱动单元电池均衡系统

Multiwinding Transformer Based Cell Balancing System With Cost-Effective Gate Drivers

作者
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 储能系统技术
技术标签 电池管理系统BMS
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电池均衡 多绕组变压器 有源电池均衡器 门驱动电路 电池储能系统
语言:

中文摘要

电池均衡是电池管理系统的关键要素,用于确保电池单体的电压差处于合适范围内。本文提出了一种基于多绕组变压器(MWT)的有源电池均衡器,并配备了具有成本效益的栅极驱动电路。该均衡器可使所有电池在任何时候同时进行均衡,与传统的基于半桥的多绕组变压器均衡器相比,均衡速度更快。此外,该均衡器中使用的所有金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管(MOSFET)均由基于脉冲变压器隔离或电容隔离的多端口电路驱动,从而降低了成本并减小了尺寸。这些特性使得所提出的电池均衡器更适用于需要快速电池均衡的电池储能系统和电动汽车。

English Abstract

Cell balancing is a crucial element of battery management systems to ensure that the voltage difference of cells is within an appropriate range. This article presents a multiwinding transformer (MWT) based active cell equalizer with a cost-effective gate driving circuit. It allows all batteries to be balanced simultaneously at any time, resulting in faster balancing speed than the conventional half-bridge-based MWT equalizer. Moreover, all mosfets used in the equalizer are driven by a multiport circuit based on pulse-transformer isolation or capacitor isolation, resulting in lower cost and smaller size. These features make the proposed cell balancer more suitable for battery energy storage systems and electric vehicles that require fast cell equalization.
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SunView 深度解读

从阳光电源储能系统业务角度看,这项基于多绕组变压器的电池均衡技术具有显著的应用价值。当前我司储能产品线涵盖工商业储能和大型电网侧储能系统,电池管理系统(BMS)的均衡性能直接影响系统效率、寿命和安全性。

该技术的核心优势在于两点:首先,同步均衡能力突破了传统半桥架构的串行限制,可实现所有电芯的并行均衡,这对我司大容量储能系统(如PowerTitan系列)意义重大。在MW级储能应用中,数千节电芯的快速均衡直接关系到系统可用率和投资回报率。其次,基于脉冲变压器或电容隔离的低成本驱动方案,能够有效降低BMS物料成本,这在当前储能系统激烈的价格竞争环境下具有明显的商业价值。

从技术成熟度评估,多绕组变压器均衡技术本身已有理论基础,但该方案的创新驱动电路设计需要验证其在高温、高湿等实际工况下的长期可靠性。对于阳光电源而言,技术集成的挑战在于:如何将该均衡拓扑与现有BMS架构兼容,如何在保证均衡速度的同时控制变压器的体积和损耗,以及如何通过算法优化实现与我司PowerStack等产品的深度融合。

应用前景方面,该技术不仅适用于储能系统,在我司布局的电动汽车充电业务和氢能系统的电池管理中同样具有潜力。建议技术中心评估样机开发可行性,重点关注成本-性能平衡点,并结合我司全球化部署需求进行可靠性测试,为下一代储能产品的差异化竞争力提供技术储备。