CN119834402A - 一种串联锂离子电池组soc自均衡变换器 - Google Patents

Abstract

一种串联锂离子电池组SOC自均衡变换器，该变换器包括：一个n路输出隔离型Sepic变换器、n‑1个跨接电容、n个锂离子电池，其中；所述n路输出隔离型Sepic变换器包括功率开关S₁、电感L_p1、电容C_p1、励磁电感L_m、变压器T以及第一路输出二极管D₁、输出电容C₁，第二路输出二极管D₂、输出电容C₂,……依次类推，第n路输出二极管D_n、输出电容C_n。本发明以变压器式均衡为基础，提出了一种串联电池组SOC自均衡变换器，该电路包含一个n绕组输出SEPIC变换器、n‑1个跨接电容以及n个锂离子电池，通过在各绕组之间增加一个跨接电容实现了变压器副边的一致性。与其他变压器均衡结构相比，不需要另设复位电路或复位绕组，降低了电路的控制难度以及成本。

Description

一种串联锂离子电池组SOC自均衡变换器

技术领域

本发明涉及电池组均衡电路，具体涉及一种串联锂离子电池组SOC自均衡变换器。

背景技术

锂离子电池因其自放电率低、循环寿命长、无记忆效应以及高能效无污染等优点而被广泛应用为电动汽车的动力电池。但是单节锂离子电池的电压和容量小，无法满足电动汽车所需的容量和功率，因此需要将多个锂离子电池串并连接成电池组。然而，锂电池在制造和使用过程中所处的环境、充放电模式以及化学特性等因素的差异将会导致单体电池出现容量、电压、内阻等性能的不一致，这些单体电池之间的不一致性会引起电池组的耐久性、可靠性以及安全性等问题。因此，为了维持锂离子电池组中单体电池的均衡，研究人员提出了许多均衡电路、装置及方法。

当前电池均衡技术主要分为被动均衡和主动均衡，被动均衡是将多余的能量通过电阻以热量的形式消耗，但是这种方式会造成电池组能量损耗，并且因散热处理不当而引起的高温环境会对电池组的性能造成损害。主动均衡技术是将能量从较高的电池单元转移到较低的电池单元，例如申请公布号为CN117525631A的专利公开了一种主动式锂离子电池电芯平衡控制方法，该方法将锂离子电池中电池单体按照一个为一组和/或两个相邻电池单体为一组的方式进行分组，并得到若干单电池单元和/或双电池单元；先将两个相邻单电池单元的两个电池单体，或者其中一个双电池单元中两个电池单体进行SOC值平衡，再与其相邻的单电池单元或平衡后的双电池单元再进行平衡直至将锂离子电池中所有的电池单体SOC值平衡完毕。除此之外该发明公布了一种用于锂离子电池电芯平衡的控制电，利用逻辑门限值控制方法来调节锂离子电池平衡电流的大小，减小电池组在对用电设备大功率充放电时的平衡电流和平衡时间，进一步减少电池产生的热量。防止过度充放电损坏电芯，从而延长电池寿命。然而该控制方法所采用的均衡电路包含多个控制开关，逻辑控制非常复杂。

发明内容

为解决现有锂离子电池组均衡技术的不足，本发明提出一种串联锂离子电池组SOC自均衡变换器，该变换器由多绕组SEPIC变换器以及多个跨接电容组成。该变换器以变压器式均衡为基础，采用多绕组变压器均衡拓扑结构，通过在各绕组之间增加一个跨接电容实现了串联锂离子电池自均衡。与传统多绕组变压器均衡结构相比，变压器储能有释放回路，不需要另设复位电路或复位绕组；并且避免了变压器在多绕组输出时因交叉调整率造成的端电压不均衡问题，有效减小电压偏差，提高锂离子电池均衡精度。

本发明采取的技术方案为：

一种串联锂离子电池组SOC自均衡变换器，该变换器包括：一个n路输出隔离型Sepic变换器、n-1个跨接电容、n个锂离子电池，其中；

所述n路输出隔离型Sepic变换器包括功率开关S₁、电感L_p1、电容C_p1、励磁电感L_m、变压器T以及：

第一路输出二极管D₁、输出电容C₁，

第二路输出二极管D₂、输出电容C₂,

……依次类推，

第n路输出二极管D_n、输出电容C_n；

n路输出隔离型Sepic变换器中：

电感L_p1另一端分别连接功率开关S₁漏极、电容C_p1一端，电容C_p1另一端分别连接励磁电感L_m一端、变压器T的初级绕组L_p输入端，变压器T的初级绕组L_p输出端分别连接励磁电感L_m另一端、功率开关S₁源极；

变压器T的次级绕组L_s1一端连接第一路输出二极管D₁阳极，第一路输出二极管D₁阴极连接输出电容C₁一端，输出电容C₁另一端连接变压器T的次级绕组L_s1另一端；

变压器T的次级绕组L_s2一端连接第二路输出二极管D₂阳极，第二路输出二极管D₂阴极连接输出电容C₂一端，输出电容C₂另一端连接变压器T的次级绕组L_s2另一端；

变压器T的次级绕组L_s3一端连接第三路输出二极管D₃阳极，第三路输出二极管D₃阴极连接输出电容C₃一端，输出电容C₃另一端连接变压器T的次级绕组L_s3另一端；

......依次类推；

变压器T的次级绕组L_s(n-1)一端连接第n-1路输出二极管D₃阳极，第n-1路输出二极管D_n-1阴极连接输出电容C_n-1一端，输出电容C_n-1另一端连接变压器T的次级绕组L_s(n-1)另一端；

变压器T的次级绕组L_sn一端连接第n路输出二极管D_n阳极，第n路输出二极管D_n阴极连接输出电容C_n一端，输出电容C_n另一端连接变压器T的次级绕组L_sn另一端；

n-1个跨接电容中：

跨接电容C_p1一端连接第一路输出二极管D₁阳极，跨接电容C_p1另一端连接第二路输出二极管D₂阳极；

跨接电容C_p2一端连接第二路输出二极管D₂阳极，跨接电容C_p2另一端连接第三路输出二极管D₃阳极；

跨接电容C_p3一端连接第三路输出二极管D₃阳极，跨接电容C_p3另一端连接第四路输出二极管D₄阳极；

......依次类推；

跨接电容C_p(n-2)一端连接第n-2路输出二极管D_n-2阳极，跨接电容C_p(n-2)另一端连接第n-1路输出二极管D_n-1阳极；

跨接电容C_p(n-1)一端连接第n-1路输出二极管D_n-1阳极，跨接电容C_p(n-1)另一端连接第n路输出二极管D_n阳极；

n个锂离子电池连接形式如下：

锂离子电池B₁正极连接输出电容C₁一端，锂离子电池B₁负极连接输出电容C₁另一端；

锂离子电池B₂正极连接输出电容C₂一端，锂离子电池B₂负极连接输出电容C₂另一端；

锂离子电池B₃正极连接输出电容C₃一端，锂离子电池B₃负极连接输出电容C₃另一端；

......依次类推；

锂离子电池B_n-1正极连接输出电容C_n-1一端，锂离子电池B_n-1负极连接输出电容C_n-1另一端；

锂离子电池B_n正极连接输出电容C_n一端，锂离子电池B_n负极连接输出电容C_n另一端；

锂离子电池B₁负极连接锂离子电池B₂正极，锂离子电池B₂负极连接锂离子电池B₃正极，锂离子电池B₃负极连接锂离子电池B₄正极，......依次类推，锂离子电池B_n-1负极连接锂离子电池B_n正极；

电感L_p1一端连接锂离子电池B₁正极，锂离子电池B_n负极连接功率开关S₁源极。

所述功率开关S₁栅极连接控制器，其占空比能够在0至1之间变化。

一种含有4个锂离子电池单元的串联锂离子电池组SOC自均衡变换器，该变换器包括：一个4路输出隔离型Sepic变换器、3个跨接电容、4个锂离子电池，其中：

所述4路输出隔离型Sepic变换器包括功率开关S₁、电感L_p1、电容C_p1、励磁电感L_m、变压器T以及：

第一路输出二极管D₁、输出电容C₁，

第二路输出二极管D₂、输出电容C₂,

第三路输出二极管D₃、输出电容C₃,

第四路输出二极管D₄、输出电容C₄,

4路输出隔离型Sepic变换器中：

电感L_p1另一端分别连接功率开关S₁漏极、电容C_p1一端，电容C_p1另一端分别连接励磁电感L_m一端、变压器T的初级绕组L_p输入端，变压器T的初级绕组L_p输出端分别连接励磁电感L_m另一端、功率开关S₁源极；

变压器T的次级绕组L_s1一端连接第一路输出二极管D₁阳极，第一路输出二极管D₁阴极连接输出电容C₁一端，输出电容C₁另一端连接变压器T的次级绕组L_s1另一端；

变压器T的次级绕组L_s2一端连接第二路输出二极管D₂阳极，第二路输出二极管D₂阴极连接输出电容C₂一端，输出电容C₂另一端连接变压器T的次级绕组L_s2另一端；

变压器T的次级绕组L_s3一端连接第三路输出二极管D₃阳极，第三路输出二极管D₃阴极连接输出电容C₃一端，输出电容C₃另一端连接变压器T的次级绕组L_s3另一端；

变压器T的次级绕组L_s4一端连接第四路输出二极管D₄阳极，第四路输出二极管D₄阴极连接输出电容C₄一端，输出电容C₄另一端连接变压器T的次级绕组L_s4另一端；

3个跨接电容中：

跨接电容C_p1一端连接第一路输出二极管D₁阳极，跨接电容C_p1另一端连接第二路输出二极管D₂阳极；

跨接电容C_p2一端连接第二路输出二极管D₂阳极，跨接电容C_p2另一端连接第三路输出二极管D₃阳极；

跨接电容C_p3一端连接第三路输出二极管D₃阳极，跨接电容C_p3另一端连接第四路输出二极管D₄阳极；

4个锂离子电池连接形式如下：

锂离子电池B₁正极连接输出电容C₁一端，锂离子电池B₁负极连接输出电容C₁另一端；

锂离子电池B₂正极连接输出电容C₂一端，锂离子电池B₂负极连接输出电容C₂另一端；

锂离子电池B₃正极连接输出电容C₃一端，锂离子电池B₃负极连接输出电容C₃另一端；

锂离子电池B₄正极连接输出电容C₄一端，锂离子电池B₄负极连接输出电容C₄另一端；

锂离子电池B₁负极连接锂离子电池B₂正极，锂离子电池B₂负极连接锂离子电池B₃正极，锂离子电池B₃负极连接锂离子电池B₄正极；

电感L_p1一端连接锂离子电池B₁正极，锂离子电池B₄负极连接功率开关S₁源极。

在功率开关S₁导通时，第一路输出二极管D₁、第二路输出二极管D₂、第三路输出二极管D₃和第四路输出二极管D₄关断；电池组通过串联将能量加到电感L_p1上，励磁电感L_m放电，同时变压器T的初级绕组L_p将能量传输到变压器T的次级绕组L_s1、L_s2、L_s3和L_s4上，第一路输出二极管D1、第二路输出二极管D2、第三路输出二极管D3、第四路输出二极管承受反向电压截止；变压器T的次级绕组L_s1、L_s2、L_s3和L_s4为跨接电容C_p1、C_p2和C_p3充电，输出电容C₁、C₂、C₃和C₄为锂离子电池组提供能量。

在功率开关S₁关断时，第一路输出二极管D₁、第二路输出二极管D₂、第三路输出二极管D₃和第四路输出二极管D₄导通；电感L_p1放电，变压器励磁电感L_m充电，能量加在变压器T的初级绕组L_p上，同时将能量传输到变压器T的次级绕组L_s1、L_s2、L_s3和L_s4上，跨接电容C_p1、C_p2和C_p3放电，输出电容C₁、C₂、C₃和C₄充电。

在整个开关周期内，变压器T的次级绕组L_s1、L_s2、L_s3和L_s4的平均电压为0，由L_s1→C_p1→L_s2→C₂→L_s1回路KVL原理可得跨接电容C_p1的电压U_cp1等于锂离子电池B₂电压U_B2；同理，跨接电容C_p2的电压U_cp2等于锂离子电池B₃电压U_B3，跨接电容C_p3的电压U_cp3等于锂离子电池B₄电压U_B4；

当功率开关S₁关断时，二极管D₁、D₂、D₃、D₄导通，变压器T的次级绕组L_s1通过回路L_s1(C_p1)→D₁→C₁→L_s1(C_p1)向电容C₁充电；电容C_p1通过二极管D₁和输出电容C₁并联，故跨接电容C_p1的电压U_cp1等于锂离子电池B₁的电压U_B1；同理，跨接电容C_p2的电压U_cp2等于锂离子电池B₂的电压U_B2；跨接电容C_p3的电压U_cp3等于锂离子电池B₃的电压U_B3；当电容C_p1、C_p2、C_p3足够大时，各个锂离子电池单元电压相等，如果有相对低电压的锂离子电池单元存在，那么首先将功率开关闭合，锂离子电池组的部分能量存储到变压原边的电感L_p1中，当功率开关断开后，这些能量又转移到电压较低的锂离子电池单体中，从而串联锂离子电池组的部分能量能够传到能量较低的锂离子电池单体中，实现了锂离子电池组的均衡。

本发明一种串联锂离子电池组SOC自均衡变换器，技术效果如下：

1)、本发明通过在隔离型Speic变换器相邻输出绕组之间连接跨接电容，实现了多路输出隔离型SPEIC变换器输出电压自动均压的效果，提高电池均衡度；

2)、本发明变换器避免了变压器在多绕组输出时因交叉调整率造成的端电压不均衡问题，有效减小电压偏差，提高电池均衡精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明电路原理图；

图2为本发明实现四个单电池串联电池组SOC自均衡的电路原理图。

图3为本发明实现四个电池单元串联电池组均衡的仿真图。

具体实施方式

如图2所示，一种含有4个锂离子电池单元的串联锂离子电池组SOC自均衡变换器，该变换器包括：一个4路输出隔离型Sepic变换器、3个跨接电容、4个锂离子电池，其中：

所述4路输出隔离型Sepic变换器包括功率开关S₁、电感L_p1、电容C_p1、励磁电感L_m、变压器T以及：

第一路输出二极管D₁、输出电容C₁，

第二路输出二极管D₂、输出电容C₂,

第三路输出二极管D₃、输出电容C₃,

第四路输出二极管D₄、输出电容C₄,

4路输出隔离型Sepic变换器中：

电感L_p1另一端分别连接功率开关S₁漏极、电容C_p1一端，电容C_p1另一端分别连接励磁电感L_m一端、变压器T的初级绕组L_p输入端，变压器T的初级绕组L_p输出端分别连接励磁电感L_m另一端、功率开关S₁源极；

变压器T的次级绕组L_s1一端连接第一路输出二极管D₁阳极，第一路输出二极管D₁阴极连接输出电容C₁一端，输出电容C₁另一端连接变压器T的次级绕组L_s1另一端；

变压器T的次级绕组L_s2一端连接第二路输出二极管D₂阳极，第二路输出二极管D₂阴极连接输出电容C₂一端，输出电容C₂另一端连接变压器T的次级绕组L_s2另一端；

变压器T的次级绕组L_s3一端连接第三路输出二极管D₃阳极，第三路输出二极管D₃阴极连接输出电容C₃一端，输出电容C₃另一端连接变压器T的次级绕组L_s3另一端；

变压器T的次级绕组L_s4一端连接第四路输出二极管D₄阳极，第四路输出二极管D₄阴极连接输出电容C₄一端，输出电容C₄另一端连接变压器T的次级绕组L_s4另一端；

3个跨接电容中：

跨接电容C_p1一端连接第一路输出二极管D₁阳极，跨接电容C_p1另一端连接第二路输出二极管D₂阳极；

跨接电容C_p2一端连接第二路输出二极管D₂阳极，跨接电容C_p2另一端连接第三路输出二极管D₃阳极；

跨接电容C_p3一端连接第三路输出二极管D₃阳极，跨接电容C_p3另一端连接第四路输出二极管D₄阳极；

4个锂离子电池连接形式如下：

锂离子电池B₁正极连接输出电容C₁一端，锂离子电池B₁负极连接输出电容C₁另一端；

锂离子电池B₂正极连接输出电容C₂一端，锂离子电池B₂负极连接输出电容C₂另一端；锂离子电池B₃正极连接输出电容C₃一端，锂离子电池B₃负极连接输出电容C₃另一端；

锂离子电池B₄正极连接输出电容C₄一端，锂离子电池B₄负极连接输出电容C₄另一端；

锂离子电池B₁负极连接锂离子电池B₂正极，锂离子电池B₂负极连接锂离子电池B₃正极，锂离子电池B₃负极连接锂离子电池B₄正极；

电感L_p1一端连接锂离子电池B₁正极，锂离子电池B₄负极连接功率开关S₁源极。

在功率开关S₁导通时，第一路输出二极管D₁、第二路输出二极管D₂、第三路输出二极管D₃和第四路输出二极管D₄关断；电池组通过串联将能量加到电感L_p1上，励磁电感L_m放电，同时变压器T的初级绕组L_p将能量传输到变压器T的次级绕组L_s1、L_s2、L_s3和L_s4上，第一路输出二极管D1、第二路输出二极管D2、第三路输出二极管D3、第四路输出二极管承受反向电压截止；变压器T的次级绕组L_s1、L_s2、L_s3和L_s4为跨接电容C_p1、C_p2和C_p3充电，输出电容C₁、C₂、C₃和C₄为锂离子电池组提供能量。

在功率开关S₁关断时，第一路输出二极管D₁、第二路输出二极管D₂、第三路输出二极管D₃和第四路输出二极管D₄导通；电感L_p1放电，变压器励磁电感L_m充电，能量加在变压器T的初级绕组L_p上，同时将能量传输到变压器T的次级绕组L_s1、L_s2、L_s3和L_s4上，跨接电容C_p1、C_p2和C_p3放电，输出电容C₁、C₂、C₃和C₄充电。

在整个开关周期内，变压器T的次级绕组L_s1、L_s2、L_s3和L_s4的平均电压为0，由L_s1→C_p1→L_s2→C₂→L_s1回路KVL原理可得跨接电容C_p1的电压U_cp1等于锂离子电池B₂电压U_B2；同理，跨接电容C_p2的电压U_cp2等于锂离子电池B₃电压U_B3，跨接电容C_p3的电压U_cp3等于锂离子电池B₄电压U_B4；

当功率开关S₁关断时，二极管D₁、D₂、D₃、D₄导通，变压器T的次级绕组L_s1通过回路L_s1(C_p1)→D₁→C₁→L_s1(C_p1)向电容C₁充电；电容C_p1通过二极管D₁和输出电容C₁并联，故跨接电容C_p1的电压U_cp1等于锂离子电池B₁的电压U_B1；同理，跨接电容C_p2的电压U_cp2等于锂离子电池B₂的电压U_B2；跨接电容C_p3的电压U_cp3等于锂离子电池B₃的电压U_B3；当电容C_p1、C_p2、C_p3足够大时，各个锂离子电池单元电压相等，如果有相对低电压的锂离子电池单元存在，那么首先将功率开关闭合，锂离子电池组的部分能量存储到变压原边的电感L_p1中，当功率开关断开后，这些能量又转移到电压较低的锂离子电池单体中，从而串联锂离子电池组的部分能量能够传到能量较低的锂离子电池单体中，实现了锂离子电池组的均衡。

图3为本发明实现四个电池单元串联电池组均衡的仿真图。由图3可以看出，四个电池组所设置的初始SOC不相同，其他参数均相同，其中电池B1为95，电池B2为90，电池B3为85，电池B4为75，通过本发明所提的变换器能够实现SOC较高的电池单元向SOC较低的电池单元移动，SOC较低的电池单元的SOC逐渐升高，最终四个电池单元的SOC达到均衡。

本发明以变压器式均衡为基础，提出了一种串联电池组SOC自均衡变换器，该电路包含一个n绕组输出SEPIC变换器、n-1个跨接电容以及n个锂离子电池，通过在各绕组之间增加一个跨接电容实现了变压器副边的一致性。与其他变压器均衡结构相比，不需要另设复位电路或复位绕组，降低了电路的控制难度以及成本。

Claims (5)

1.一种串联锂离子电池组SOC自均衡变换器，其特征在于：该变换器包括：一个n路输出隔离型Sepic变换器、n-1个跨接电容、n个锂离子电池，其中；

所述n路输出隔离型Sepic变换器包括功率开关S₁、电感L_p1、电容C_p1、励磁电感L_m、变压器T以及：

第一路输出二极管D₁、输出电容C₁，

第二路输出二极管D₂、输出电容C₂,

……依次类推，

第n路输出二极管D_n、输出电容C_n,

n路输出隔离型Sepic变换器中：

电感L_p1另一端分别连接功率开关S₁漏极、电容C_p1一端，电容C_p1另一端分别连接励磁电感L_m一端、变压器T的初级绕组L_p输入端，变压器T的初级绕组L_p输出端分别连接励磁电感L_m另一端、功率开关S₁源极；

变压器T的次级绕组L_s1一端连接第一路输出二极管D₁阳极，第一路输出二极管D₁阴极连接输出电容C₁一端，输出电容C₁另一端连接变压器T的次级绕组L_s1另一端；

变压器T的次级绕组L_s2一端连接第二路输出二极管D₂阳极，第二路输出二极管D₂阴极连接输出电容C₂一端，输出电容C₂另一端连接变压器T的次级绕组L_s2另一端；

变压器T的次级绕组L_s3一端连接第三路输出二极管D₃阳极，第三路输出二极管D₃阴极连接输出电容C₃一端，输出电容C₃另一端连接变压器T的次级绕组L_s3另一端；

......依次类推；

变压器T的次级绕组L_s(n-1)一端连接第n-1路输出二极管D₃阳极，第n-1路输出二极管D_n-1阴极连接输出电容C_n-1一端，输出电容C_n-1另一端连接变压器T的次级绕组L_s(n-1)另一端；

变压器T的次级绕组L_sn一端连接第n路输出二极管D_n阳极，第n路输出二极管D_n阴极连接输出电容C_n一端，输出电容C_n另一端连接变压器T的次级绕组L_sn另一端；

n-1个跨接电容中：

跨接电容C_p1一端连接第一路输出二极管D₁阳极，跨接电容C_p1另一端连接第二路输出二极管D₂阳极；

跨接电容C_p2一端连接第二路输出二极管D₂阳极，跨接电容C_p2另一端连接第三路输出二极管D₃阳极；

跨接电容C_p3一端连接第三路输出二极管D₃阳极，跨接电容C_p3另一端连接第四路输出二极管D₄阳极；

......依次类推；

跨接电容C_p(n-2)一端连接第n-2路输出二极管D_n-2阳极，跨接电容C_p(n-2)另一端连接第n-1路输出二极管D_n-1阳极；

跨接电容C_p(n-1)一端连接第n-1路输出二极管D_n-1阳极，跨接电容C_p(n-1)另一端连接第n路输出二极管D_n阳极；

n个锂离子电池连接形式如下：

锂离子电池B₁正极连接输出电容C₁一端，锂离子电池B₁负极连接输出电容C₁另一端；

锂离子电池B₂正极连接输出电容C₂一端，锂离子电池B₂负极连接输出电容C₂另一端；

锂离子电池B₃正极连接输出电容C₃一端，锂离子电池B₃负极连接输出电容C₃另一端；

......依次类推；

锂离子电池B_n-1正极连接输出电容C_n-1一端，锂离子电池B_n-1负极连接输出电容C_n-1另一端；

锂离子电池B_n正极连接输出电容C_n一端，锂离子电池B_n负极连接输出电容C_n另一端；

锂离子电池B₁负极连接锂离子电池B₂正极，锂离子电池B₂负极连接锂离子电池B₃正极，锂离子电池B₃负极连接锂离子电池B₄正极，......依次类推，锂离子电池B_n-1负极连接锂离子电池B_n正极；

电感L_p1一端连接锂离子电池B₁正极，锂离子电池B_n负极连接功率开关S₁源极。

2.根据权利要求1所述一种串联锂离子电池组SOC自均衡变换器，其特征在于：所述功率开关S₁栅极连接控制器，其占空比能够在0至1之间变化。

3.一种含有4个锂离子电池单元的串联锂离子电池组SOC自均衡变换器，其特征在于：该变换器包括：一个4路输出隔离型Sepic变换器、3个跨接电容、4个锂离子电池，其中：

所述4路输出隔离型Sepic变换器包括功率开关S₁、电感L_p1、电容C_p1、励磁电感L_m、变压器T以及：

第一路输出二极管D₁、输出电容C₁，

第二路输出二极管D₂、输出电容C₂,

第三路输出二极管D₃、输出电容C₃,

第四路输出二极管D₄、输出电容C₄,

4路输出隔离型Sepic变换器中：

电感L_p1另一端分别连接功率开关S₁漏极、电容C_p1一端，电容C_p1另一端分别连接励磁电感L_m一端、变压器T的初级绕组L_p输入端，变压器T的初级绕组L_p输出端分别连接励磁电感L_m另一端、功率开关S₁源极；

变压器T的次级绕组L_s1一端连接第一路输出二极管D₁阳极，第一路输出二极管D₁阴极连接输出电容C₁一端，输出电容C₁另一端连接变压器T的次级绕组L_s1另一端；

变压器T的次级绕组L_s2一端连接第二路输出二极管D₂阳极，第二路输出二极管D₂阴极连接输出电容C₂一端，输出电容C₂另一端连接变压器T的次级绕组L_s2另一端；

变压器T的次级绕组L_s3一端连接第三路输出二极管D₃阳极，第三路输出二极管D₃阴极连接输出电容C₃一端，输出电容C₃另一端连接变压器T的次级绕组L_s3另一端；

变压器T的次级绕组L_s4一端连接第四路输出二极管D₄阳极，第四路输出二极管D₄阴极连接输出电容C₄一端，输出电容C₄另一端连接变压器T的次级绕组L_s4另一端；

3个跨接电容中：

跨接电容C_p1一端连接第一路输出二极管D₁阳极，跨接电容C_p1另一端连接第二路输出二极管D₂阳极；

跨接电容C_p2一端连接第二路输出二极管D₂阳极，跨接电容C_p2另一端连接第三路输出二极管D₃阳极；

跨接电容C_p3一端连接第三路输出二极管D₃阳极，跨接电容C_p3另一端连接第四路输出二极管D₄阳极；

4个锂离子电池连接形式如下：

锂离子电池B₁正极连接输出电容C₁一端，锂离子电池B₁负极连接输出电容C₁另一端；锂离子电池B₂正极连接输出电容C₂一端，锂离子电池B₂负极连接输出电容C₂另一端；

锂离子电池B₃正极连接输出电容C₃一端，锂离子电池B₃负极连接输出电容C₃另一端；

锂离子电池B₄正极连接输出电容C₄一端，锂离子电池B₄负极连接输出电容C₄另一端；

锂离子电池B₁负极连接锂离子电池B₂正极，锂离子电池B₂负极连接锂离子电池B₃正极，锂离子电池B₃负极连接锂离子电池B₄正极；

电感L_p1一端连接锂离子电池B₁正极，锂离子电池B₄负极连接功率开关S₁源极。

4.根据权利要求3所述一种含有4个锂离子电池单元的串联锂离子电池组SOC自均衡变换器，其特征在于：在功率开关S₁导通时，第一路输出二极管D₁、第二路输出二极管D₂、第三路输出二极管D₃和第四路输出二极管D₄关断；电池组通过串联将能量加到电感L_p1上，励磁电感L_m放电，同时变压器T的初级绕组L_p将能量传输到变压器T的次级绕组L_s1、L_s2、L_s3和L_s4上，第一路输出二极管D1、第二路输出二极管D2、第三路输出二极管D3、第四路输出二极管承受反向电压截止；变压器T的次级绕组L_s1、L_s2、L_s3和L_s4为跨接电容C_p1、C_p2和C_p3充电，输出电容C₁、C₂、C₃和C₄为锂离子电池组提供能量；

在功率开关S₁关断时，第一路输出二极管D₁、第二路输出二极管D₂、第三路输出二极管D₃和第四路输出二极管D₄导通；电感L_p1放电，变压器励磁电感L_m充电，能量加在变压器T的初级绕组L_p上，同时将能量传输到变压器T的次级绕组L_s1、L_s2、L_s3和L_s4上，跨接电容C_p1、C_p2和C_p3放电，输出电容C₁、C₂、C₃和C₄充电。

5.根据权利要求3所述一种含有4个锂离子电池单元的串联锂离子电池组SOC自均衡变换器，其特征在于：在整个开关周期内，变压器T的次级绕组L_s1、L_s2、L_s3和L_s4的平均电压为0，由L_s1→C_p1→L_s2→C₂→L_s1回路KVL原理可得跨接电容C_p1的电压U_cp1等于锂离子电池B₂电压U_B2；同理，跨接电容C_p2的电压U_cp2等于锂离子电池B₃电压U_B3，跨接电容C_p3的电压U_cp3等于锂离子电池B₄电压U_B4；

当功率开关S₁关断时，二极管D₁、D₂、D₃、D₄导通，变压器T的次级绕组L_s1通过回路L_s1(C_p1)→D₁→C₁→L_s1(C_p1)向电容C₁充电；电容C_p1通过二极管D₁和输出电容C₁并联，故跨接电容C_p1的电压U_cp1等于锂离子电池B₁的电压U_B1；同理，跨接电容C_p2的电压U_cp2等于锂离子电池B₂的电压U_B2；跨接电容C_p3的电压U_cp3等于锂离子电池B₃的电压U_B3；当电容C_p1、C_p2、C_p3足够大时，各个锂离子电池单元电压相等，如果有相对低电压的锂离子电池单元存在，那么首先将功率开关闭合，锂离子电池组的部分能量存储到变压原边的电感L_p1中，当功率开关断开后，这些能量又转移到电压较低的锂离子电池单体中，从而串联锂离子电池组的部分能量能够传到能量较低的锂离子电池单体中，实现了锂离子电池组的均衡。