[实用新型]一种新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路，属于蓄电池组充放电技术领域。

背景技术

随着环境污染和能源危机的加剧，以蓄电池为动力源或辅助能源的各种电动车的发展成为必然。下面以锂电池为例进行说明。单体锂离子电池的标称电压最高为3.6v，使用中需要多个单体电池串联。单体电池的过充电或过放电都将影响电池单体及电池组的使用寿命，甚至发生爆炸事故，因此在多个单体电池串联使用时，不允许任何单体电池出现过放电和过充电的状态。由于各个单体电池性能的差异，在使用过程中就会出现单体端电压或单体电池的荷电状态（SOC）的不一致，在很大程度上影响到了电池组的性能和使用寿命。为了提高电池组的储能和有效使用的容量以及延长电池的使用寿命，必须对串联单体蓄电池采取积极有效的均衡措施。

均衡的时效性体现在均衡速度和均衡效率两方面。均衡速度描述了电池组各单体电池达到均衡所用的时间；均衡效率则描述了均衡过程中能量的有效利用率。目前，电池组均衡有多种设计方案，从能量转移时的能量消耗特性区分为能耗型均衡和非能耗型均衡两种。非能耗均衡方案以电容或电感作为储能元件，通过开关器件使能量在单体电池之间或单体电池与电池组之间进行转移。由于电池单体电压只有几伏，对电池组中的低压单体电池充电时功率开关器件压降带来的损耗相对所占比例明显。现阶段均衡方案对均衡电流的控制能力弱，在均衡过程中大部分能量被开关器件损耗掉，均衡效率普遍较低，与电阻能耗型均衡方案相比优势不明显，且电路复杂。

发明内容

针对上述现有技术，为解决非能耗均衡方案均衡效率低的问题，本实用新型提供了一种新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路，该拓扑电路简单，对均衡电流的控制能力强，均衡效高。

本实用新型的技术方案是：一种新型的蓄电池组充放电均衡器拓扑电路，包括功率开关组Ⅰ、功率开关组Ⅱ、电感L、一个功率开关M、电压源E、续流二极管D1和续流二极管D2；其中所述功率开关组Ⅰ和功率开关组Ⅱ为n+1个桥的桥式开关电路且其n+1条引出线接n个串联的单体电池，功率开关组Ⅰ为上桥臂，功率开关组Ⅱ为下桥臂；功率开关组Ⅰ的一端同时与二极管D2的一端和电感L的一端相连，电感L的另一端同时与二极管D1的一端和功率开关M的一端相连，二极管D2的另一端和功率开关M的另一端同时与电压源E的一端相连；所述功率开关组Ⅱ的一端同时与二极管D1的另一端和电压源E的另一端相连。

所述功率开关组Ⅰ采用共漏极连接，所述功率开关组Ⅱ采用共源极连接，功率开关组Ⅰ的漏极同时与二极管D2的阳极和电感L的一端相连，电感L的另一端同时与二极管D1的阴极和功率开关M的源极相连，二极管D2的阴极和功率开关M的漏极同时与电压源E的正极相连；所述功率开关组Ⅱ的源极同时与二极管D1的阳极和电压源E的负极相连。

所述功率开关组Ⅰ由功率开关A1,…,An及对应的二极管DA1,…,DAn、一个功率开关An+1构成，功率开关组Ⅱ由一个功率开关B1、功率开关B2,…,Bn+1及对应的二极管DB2,…,DBn+1构成，n为电池组中单体电池的个数。

所述功率开关组Ⅰ采用共源极连接，所述功率开关组Ⅱ采用共漏极连接，功率开关组Ⅰ的源极同时与二极管D2的阴极和电感L的一端相连，电感L的另一端同时与二极管D1的阳极和功率开关M的漏极相连，二极管D2的阳极和功率开关M的源极同时与电压源E的负极相连；所述功率开关组Ⅱ的漏极同时与二极管D1的阴极和电压源E的正极相连。

所述功率开关组Ⅰ由一个功率开关A1、功率开关A2,…,An+1及对应的二极管DA2,…,DAn+1构成，功率开关组Ⅱ由功率开关B1,…,Bn及对应的二极管DB1,…,DBn、一个功率开关Bn+1构成，n为电池组中单体电池的个数。

所述电压源E由电池组经DC/DC提供或者电池组以外的蓄电池组提供。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型中以电感L为储能元件，通过开关的PWM控制使均衡能量在单体电池与均衡电路之间转移。均衡电路中的功率开关均采用功率MOSFET开关，基于典型的升降压斩波电路工作原理和降压斩波电路工作原理，电池组充电时通过降低电池组中电压最高的单体电池的充电电流来提高整个电池组的充电容量，而电池组放电时通过降低电池组中电压最低的单体电池的放电电流来提高整个电池组的放电容量。在实际应用时，可以根据所用各单体电池的荷电状态不一致程度，通过调节占空比来调节均衡电流的大小。