CN101345431A - 串联蓄电池组充电均衡装置 - Google Patents

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本发明提供一种串联蓄电池组充电均衡装置,包括与每一单体电池并联的独立的旁路泄放电路H1~Hn,其特征在于:旁路泄放电路是直流—交流—直流能量转换电路;能量转换电路的输出正极与作为与串联电池组总的正极的连接端;能量转换电路的负极输出作为与串联电池组总的负极的连接端。能量转换电路包括依次连接的单体电池电压检测电路、脉宽调制电路、变压器T1、整流二极管D2,整流二极管D2的输出作为与整体充电设备正极的连接端,变压器T1的负极作为与整体充电设备负极的连接端。脉宽调制电路包括运算放大器、比较器、放大电路、驱动电路。驱动电路是功率器件Q1,Q1间歇性导通。

Description

串联蓄电池组充电均衡装置
技术领域
本发明涉及一种串联蓄电池组充电均衡装置,是对串联蓄电池组充电过程进行均衡保护的装置。属于开关电源技术及蓄电池组充电技术领域。
背景技术
串联蓄电池组由两个以上的单体电池组成,充电机一般采用单一电源对整组电池进行充电,充电结束的判断依据为整组蓄电池的总电压达到预定值。由于各单体的容量不一致,在总体充电电压达到预定值前,容量小的电池提前充满后,仍会有充电电流流过,从而发生过充现象,影响其性能和使用寿命。当整体充电电压达到预定值后,由于部分单体电池过充导致电压升高,从而使容量大的电池充电电压较低,整体充电虽然结束但部分单体电池仍未充满,单体电池欠充的情况也会影响电池组的性能。所以在串联蓄电池组充电过程中,需要合适的装置使所有单体电池达到较合适的充电状态,以使整组电池的使用性能得到优化。
现有的一种均衡充电技术,主充电机先给整组电池充电,当充电状态达到预定的结束条件之后,主充电机停止工作并断开,然后连接上与单体电池数量相同的均衡充电机,为各单体电池分别充电,从而使整组电池组内所有单体均达到饱和状态。附加的均衡充电机是将普通交流220V或者交流380V市电转换为适应于单体电池充电的较低电压,这种情况下属于高压转低压,由于充电机单体数量多,每一单独的充电机容量不容易做得太大,小功率高压转低压电路转换效率相对较低,热损耗较大,体积也相对较大,不适合与电池组组装在同一空间内。
另一种现有技术,主充电机给整组电池充电时,每一单体电池上并联一个可控的能量旁路泄放装置,当任一单体电池达到预定电压后,多余的充电电流被旁路装置泄放,所泄放的能量转换为热量散发到外部环境中,一定程度上保证单体电池的电压不超过设定范围,从而使每一单体电池达到良好的充电状态。这种技术在能量利用率方面很差,当单体电池数量较多,电池容量较大时,总体的发热量是一个可观的数值,由于受到散热条件的限制,电阻耗能装置的热功率不能做的太大,旁路分流的容量相对较小,不适用于大容量的电池组。当整组内各单体电池容量差别较大时,这种装置的使用效果有限,无法发挥相应的平衡功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种串联蓄电池组充电均衡装置,一种新的充电均衡电路,其能量处理效率相对于现有技术大幅度提高,结构更加紧凑,可以与电池组封装于同一空间、其平衡处理能力强,更适合于大容量的串联蓄电池组。
本发明是这样实现的:本发明包括与每一单体电池并联的独立的旁路泄放电路H1~Hn,其特征在于:旁路泄放电路是直流-交流-直流能量转换电路;能量转换电路的输出正极与作为与串联电池组总的正极的连接端;能量转换电路的负极输出作为与串联电池组总的负极的连接端。
所述的串联蓄电池组充电均衡装置,能量转换电路包括依次连接的单体电池电压检测电路、脉宽调制电路、变压器T1、整流二极管D2,整流二极管D2的输出作为与整体充电设备正极的连接端,变压器T1的负极作为与整体充电设备负极的连接端。
所述的串联蓄电池组充电均衡装置,脉宽调制电路包括运算放大器、比较器、放大电路、驱动电路,运算放大器一个输入端连接基准电压,运算放大器的另一个输入端连接单体电池电压检测电路,运算放大器的输出连接到PWM比较器,PWM比较器产生脉宽调制信号,PWM比较器输出连接到放大电路,放大电路连接到驱动电路。
所述的串联蓄电池组充电均衡装置,驱动电路是功率器件Q1,Q1间歇性导通。
本发明的有益效果:这种对单体电池充电电流旁路的装置,由于将能量转移,比单纯通过电阻消耗多余的能量获得更好的节能效果。
现有的为各单体电池单独配置的多个分充电机的技术,为了达到较好的均衡效果,分充电机不宜和主充电机同时工作。本装置是在主充电机工作期间发挥其功能,避免了操作过程的繁琐。相对于将高压转低压的分充电机技术,本装置由于是将低压转换成高压,电路结构结构相对简单,具有更高的能量转换传递效率,更小的空间需求,减小了能量损失,同时由于减小了发热,本装置可以提高功率密度和处理容量,可以在线处理更大容量的电池组,当整组电池内各单体容量差别较大时,本装置仍能有效地发挥平衡功能。
附图说明:
图1是本发明的串联蓄电池组充电均衡装置电原理图。
图2是本发明的具体实施方式。在这种实施方式中,单元电路能量转换部分称为反激变换模式。
图3是本发明的第二实施方式,单元电路能量转换部分采用正激变换模式。
图4是本发明的第三实施方式,单元电路能量转换部分采用推挽变换模式。
具体实施方式:
本发明包括与每一单体电池并联的独立的旁路泄放电路H1~Hn,旁路泄放电路是直流-交流-直流能量转换电路。
如图1,M1为主充电机,B1~Bn为各单体电池,H1~Hn为对应于各单体电池的独立旁路泄放电路。
直流-交流-直流能量转换电路H1为对应于电池组中第一个单体电池的充电均衡模块,能量转换电路包括依次连接的单体电池电压检测电路A、脉宽调制电路Z、高频功率元件Q1、变压器T1、整流二极管D2,整流二极管D2的输出VH+作为与整体充电设备正极的连接端;变压器T1的负极VH-作为与整体充电设备负极的连接端。
过充的相应能量通过旁路泄放电路的变压器T1初级线圈,开关管Q1,变压器T1次级线圈和整流二极管D2,传送到主充电回路与主充电机并联。
如图2,脉宽调制电路包括运算放大器、比较器、驱动电路,运算放大器OP1的一个输入端连接基准电压Vref,运算放大器的另一个输入端连接单体电池电压检测电路,单体电池电压检测电路由电阻R2、R3分压组成。R2、R3的分压比例乘以基准电压所得到的电压值,就是此电路开始启动能量转移传送的分界点,通过此电路的能量转移功能,将单体电池的电压限制在分界点附近。运算放大器OP1的输出连接到PWM比较器,PWM比较器产生脉宽调制信号,PWM比较器输出连接到放大电路DRV。放大电路DRV的输出连接到高频功率元件Q1。
当单体电池电压检测电路判断单体电池端电压达到充电电压上限时而认为单体电池充满后,PWM控制电路开启,主充电回路流向相应电池的电流全部通过此装置旁路,B1~Bn每一个单体电池对应于H1~Hn每一个直流-交流-直流能量转换电路。H1~Hn每一个模块内部结构完全相同,但完全独立工作。可以多个模块组装成一个较大的模块,以使结构更紧凑,散热结构简化。
在串联蓄电池组整体充电的过程中,当任一单体电池充满后,本装置将流向此单体电池的旁路泄放电路,相应的能量经过本装置转换成较高的电压回送到主充电机输出端口。
驱动电路的功率器件可以是场效应管,也可以是三体管,或者是IGBT。
本图中,能量转换电路,包含功率管Q1、变压器T1、二极管D2被称为反激变换电路。除这种结构外,能量转换电路还可以采用正激变换电路、推挽变换电路。
图3是本发明的第二实施方式,和前述实施方式相比,只是单元电路的一部分有所变化,变压器能量传递方式采用正激变换模式,其它控制电路仍和前述实施方式相同。功率管Q1间歇性导通,在Q1导通过程中,二极管D2就开通,变压器输出电流通过D2、L1流向电池组总的正负端,电感L1上电流增加而使其储存的能量增加;当Q1关闭时,二极管D3导通,电感L1上的电流减小,L1上能量通过D3释放到电池组总的正负端。
图4是本发明的第三实施方式,和前述实施方式相比,只是单元电路的一部分有所变化,变压器能量传递方式采用推挽变换模式,其它控制电路仍和前述实施方式相同。变压器初级连接电池的线圈有两组,两组线圈的公共点连接到电池正端,另外两头分别连接到功率管Q1、Q2,控制电路的作用下,一只功率管导通后隔一段时间,另一只功率管导通。两只功率管始终是交替开通并且中间有一段间隔时间。当任一功率管导通时,二极管D2就开通,变压器输出电流通过D2、L1流向电池组总的正负端,电感L1上电流增加而使其储存的能量增加;当Q1、Q2均关闭时,二极管D3导通,电感L1上的电流减小,L1上能量通过D3释放到电池组总的正负端。
本发明使用时,主体充电设备仍采用传统方法,对一组电池配备一个充电机,此充电机的正负端连接到电池组的正负端。本发明的串联蓄电池组充电均衡装置是增加的装置,即为每一个单体电池并联配备一个能量转换装置,将在充电过程中,任何单体电池电压上升到充满判定电压后,此装置吸收原本应流入相应单体电池的电流,使单体电池的电压不继续升高以避免过度充电。同时也避免了这样的情况:常规充电设备对电池组进行充电时,部分单体提前充满,相应端电压升高,使总的充电电压升高,总电压达到设定的最高电压后,仍有部分单体未达到充满电压。这个装置的存在使得每一单体均能达到设定的充满电电压。这个装置吸收了充电电流后,并没有将这一部分能量消耗掉,而是转换成较高电压输送到总电池组的正负连接端。

Claims (3)

1.一种串联蓄电池组充电均衡装置,包括与每一单体电池并联的独立的旁路泄放电路H1~Hn,其特征在于:旁路泄放电路是直流-交流-直流能量转换电路;能量转换电路的输出正极与作为与串联电池组总的正极的连接端;能量转换电路的负极输出作为与串联电池组总的负极的连接端。
2.根据权利要求1所述的串联蓄电池组充电均衡装置,其特征在于:能量转换电路包括依次连接的单体电池电压检测电路、脉宽调制电路、变压器T1、整流二极管D2,整流二极管D2的输出作为与整体充电设备正极的连接端,变压器T1的负极作为与整体充电设备负极的连接端。
3.根据权利要求2所述的串联蓄电池组充电均衡装置,其特征在于:脉宽调制电路包括运算放大器、比较器、放大电路、驱动电路,运算放大器一个输入端连接基准电压,运算放大器的另一个输入端连接单体电池电压检测电路,运算放大器的输出连接到PWM比较器,PWM比较器产生脉宽调制信号,PWM比较器输出连接到放大电路,放大电路连接到驱动电路;驱动电路是功率器件Q1,Q1间歇性导通。
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