基于Maxwell2D_3D的多线圈磁模型建模与仿真

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1、18机电技术2011年8月基于Maxwell2D/3D的多线圈磁模型建模与仿真1211廖乐平朱文龙马智杰陈文芗(1.厦门大学，福建厦门361005；2.华侨大学，福建厦门361005)摘要:多线圈变压器可以实现多对多电池间电荷均衡，实现快速、安全、低损耗的电池充放电均衡，是一种智能控制的串联电池组双向均衡方式。根据动力锂电池均衡控制策略的需求，分析了多线圈变压器的等效电路以及磁交叉耦合问题，并通过有限元电磁场分析软件AnsoftMaxwell进行了验证，为均衡充电控制系统的设计提供了准确的理论和设计依据。关键词：动力锂电池组；充电均衡控制；多线圈变压器；有限元中

2、图分类号:TM402TP391.9文献标识码：A文章编号：1672-4801(2011)04-018-04基于多线圈变压器的均衡模式是一种能实现认识，有不少的文献对多线圈变压器的电磁分析，多对多电池间电荷均衡的控制模式，属于能量变换但大多仅仅对单输入多输出的变压器的讨论，对多的方式均衡处理，它能快速、安全、低能耗的方式线圈变压器的磁交叉耦合现象，以及在预测变压器实现串联电池组的电池充放电的均衡，是一种智能线圈的状况如线圈电流纹波和各种输出模式下的控制的串联电池组的双向均衡方式，如图1所示。输出电压交叉调整，以及磁激励等方面，还没有较均衡控制单元由一个共享变压器的

3、带中间抽完整的理论分析和设计方法。为了在均衡充电中合头的线圈、一个开关MOSFET管、一个电感、一理地设计多线圈变压器，必须对多线圈变压器有较个二极管组成。能量的变换是双向的，变换的方向为合理的理论模型和分析方法。本文首先给出多线由电池的电压或SOC决定，由开关管开/关控制。圈变压器的理论模型，推导出磁耦合系数、电感和开关管Q由PWM脉冲驱动，而PWM则由电池漏感值等重要设计参数，并采用有限元分析软件验的智能控制器输出。例如，当控制器检测到某电池证理论模型。的电压或SOC高于预先设定的参考值时，控制器1多线圈变压器的理论模型输出PWM脉冲信号去驱动相应的开关管Q

4、，此时对该电池而言，电能输出到共享变压器中，相当于1.1等效电路分析反激变换器的变压器初级，其它没有低于参考值的忽略线圈间的电容效应，把具有n个线圈的电池的开关不加驱动，相应的均衡单元相当于整流变压器看成是具有有n个线性回路的电路，每一器件，从变压器输出电能到电池中，这样就完成一个线圈回路与其它回路间有电磁耦合。n个线圈次从高电能的电池能量到低电池能量的变换，变换的变压器可用如下方程表示：的进程直到所有电池平衡时结束。V=ZI+ZI+?+ZI+ZI+?ZI(1)jj11j22jjjjkkjnnWWW其中，Zjj表示每个线圈的自感；Zjk表示线圈j和12nTRk间

5、的互感。D21方程中的所有的阻抗都是在其它线圈开路的l1lD2Dl11D12Dn1nD22n2情况下所测量得到。从式(1)可见，只要线圈的自Q1Q2Qn感和对其它线圈的互感的有略小变化都会产生线I0圈的小电压降，影响线圈的电压。对n个线圈来B1BBn2说，上式的电压方程组不好计算，因此，有必要控制器进行适当的转换，若把n个线圈的变压器看成是由n个节点组成，则式(1)电压方程可以转化为：图1多线圈变压器的均衡充电模式I=YV+YV+?+YV+YV+?+YV(2)近年来，对多线圈变压器的电磁分析有一定的jj11j22jjjjkkjnn作者简介：廖乐平(1986-)，

6、男，硕士，研究方向：电子技术。第4期廖乐平等：基于Maxwell2D/3D的多线圈磁模型建模与仿真19式中，Y是短路激励电导；而Y是短路转移电导。表示磁交叉耦合的阻抗电压降方向，受控电流源jjjk可见，这些参数的测量可以转化为短路测量，也类似。用阻抗Zjj表示第j线圈自感Ljj与内阻这些电导在短路下测得。其等效电路图如图2(a)R之和，磁交叉耦合电压V可以表示为互感阻jjcjk所示，图为4个线圈的变压器。从图2可见，多抗Z与电流i之积，则有：cjkk线图变压器的等效电路包含nn(1+)2个电导和Z=R+L(4)nn(1−)2个互感电导。而电导Y，Y，Y，Yjjj

7、jjj10203040相当于变压器的激励电导，Yjk,(j≠k)为相当于Vcjk=Zi(5)cjkk线圈的内阻与漏感。通常激励电导很小，可以忽略，从而等效电路还可进一步简化为图2(b)所示。对于n个线圈的变压器，任意第j级与第k级间Y的阻抗可通过在第j级加激励，第k级短路，其Y141411YYY它线圈都开路的方式测得。假设Z(jk)表示10Y13Y24YY40Y1324Y34Y123412j、k,j≠k间的磁交叉耦合阻抗。对于j、k线22YY23Y23Y圈间的测试中，加激励源的线圈两端的电压有：2030002V⎛2N⎞⎛N⎞(a)简化前(b)简化后j⎜j⎟⎜j⎟

8、Z==Z−Z+Z(6)(