CN103346605B - 一种蓄电池组电压均衡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓄电池组电压均衡装置，包括蓄电池组、用于采集所述蓄电池组、所述充电单元和所述能量收集单元的数据信息，并向所述充电单元和所述能量回馈单元发送控制信号的主控制器；用于接受所述控制器发出的控制信号，为所述蓄电池组充电的充电单元；用于为所对应的蓄电池提供能量回馈通道，接受主控制器的指令，按设定电流输出给所述能量收集单元的能量回馈单元；用于将所述能量回馈单元的电流汇总，然后汇入直流母线为蓄电池组补充电能的能量收集单元；用于接受所述蓄电池组与所述能量收集单元输出的电流的负荷。本发明所提供的蓄电池组电压均衡装置，无需单独的电压均衡时间，且放电过程中可以进行均衡操作，充电效率高，过放风险低。

Description

一种蓄电池组电压均衡装置
技术领域
本发明属于蓄电池领域，特别涉及一种蓄电池组电压均衡装置。
背景技术
蓄电池广泛应用于军事、航天、通信、UPS、电动汽车等诸多领域。单体电池电压、容量有限，一般将多只串联以满足要求。由于生产工艺、工作环境的差异，电池单体之间总有一定的差异，电池组放电过程中，端电压（蓄电池单体正负之间的电压）最低的单体送出的电能最多；而电池组充电过程中，端电压最低的单体获得电能补充最少。伴随蓄电池组多次充放电使用，蓄电池组端电压不平衡性效应不断累计，端电压最低的单体电池极易发生过放电现象，导致其内阻增加，进而影响整个电池组的正常使用。串联蓄电池的数量增加，加剧了这一现象。
目前，处于同一封装壳体内蓄电池串联单体，内部电解液共享，工作环境基本一致，各单体的差异得到了有效地抑制。然而，受制于现有工艺水平，同一封装壳体的蓄电池端电压（由内部串联单体电压累加而得），以及输出容量，在众多场合，尚不能很好的满足要求。故此，需将多个相同规格的蓄电池（可有多个单体串联而成）串联使用，以得到更高的输出电压和足够的容量。此时，蓄电池之间的差异性，会导致蓄电池之间的端电压不平衡，进而影响蓄电池组的使用寿命。
电动汽车作为以石化燃料为动力的传统汽车替代品，在解决空气污染方面具有独特的优势。蓄电池组作为电动汽车主要动力来源，处于高频次、大电流的充放电状态。当前，常规充电器采用集中模式，蓄电池组作为一个整体，接受充电器送出的电能，充电机可以按照蓄电池充电特性要求，实现蓄电池组整体的技术要求，却无法实现蓄电池组每节蓄电池的均衡充电，即对于蓄电池组内部的差异性，没有采取必要的手段和措施进行处理。这样，很容易导致蓄电池组中某节蓄电池的过充电或欠充电，过充电的蓄电池容量将迅速下降，欠充电的蓄电池将长期充电不足内阻升高，降低蓄电池组的使用寿命，影响了电动汽车整体的经济性。
常规的电压均衡装置有电阻消耗式端电压均衡装置、电容式端电压均衡装置和独立变换器式端电压均衡装置。电阻消耗式端电压均衡装置通过电阻对端电压较高的蓄电池进行放电，从而达到整个电池组电压的均衡，其电路原理如图1所示；电容式端电压均衡装置由端电压较高的蓄电池给电容充电，再转移到端电压较低的蓄电池上来实现电压均衡，其电路原理如图2所示；独立变换器式端电压均衡装置其电路原理如图3所示。上述常规的电压均衡装置通常是在蓄电池组充电完成后或中间某一阶段实现电压的均衡，蓄电池组部分个体可能已经发生过充电。现有的均衡装置均衡电压都需要额外的均衡时间，降低了充电的时效比，且在蓄电池放电过程中，难以实现电压的均衡。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种蓄电池组电压均衡装置，无需单独的电压均衡时间且放电过程中可以进行均衡操作，提高了充电效率，降低了过放风险。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种蓄电池组电压均衡装置，包括蓄电池组、主控制器、充电单元、能量回馈单元、能量收集单元和负荷，其中，
所述控制器，用于采集所述蓄电池组、所述充电单元和所述能量收集单元的数据信息，并向所述充电单元和所述能量回馈单元发送控制信号；
所述充电单元，用于接受所述控制器发出的控制信号，为所述蓄电池组充电；
所述能量回馈单元，用于为所对应的蓄电池提供能量回馈通道，接受主控制器的指令，按设定电流输出给所述能量收集单元；
所述能量收集单元，用于将所述能量回馈单元的电流汇总，然后汇入直流母线为蓄电池组补充电能。
所述负荷，用于接受所述蓄电池组输出的电流。
优选的，所述充电单元包括整流器、MOS管、变压器、电容和电感，所述主控制器通过MOS管上开关的通断调节所述充电单元的输出电压和输出电流。
优选的，所述能量回馈单元包括MOS管、变压器、二极管和电容，所述主控制器通过调节所述MOS管的通断，调节由蓄电池流向所述能量回馈单元的电流，从而调节蓄电池的电压。
优选的，所述能量收集单元包括二极管，所述二极管连接在所述能量回馈单元的电流输出端。
优选的，所述蓄电池组为串联蓄电池组。
优选的，所述主控制器采集的数据信息为所述蓄电池组中蓄电池、所述充电单元和所述能量收集单元的输出电流；
或者为所述蓄电池组中蓄电池与所述充电单元的输出电压；
或者为所述蓄电池组中蓄电池的温度。
优选的，所述蓄电池组中每一节蓄电池对应一个所述能量回馈单元，所述每一能量回馈单元对应一个二极管。
本发明所提供的蓄电池组电压均衡装置，与现有技术相比较，在蓄电池组充电时，主控制器通过能量回馈单元采集蓄电池组中蓄电池电压、电流信号，主控制器根据电压、电流信号通过调节能量回馈单元中MOS管的通断来调节蓄电池的电压，从而使各蓄电池电压趋于相等，由于电压均衡过程在蓄电池组充电的同时进行，无需单独的电压均衡时间，因此提高了充电效率；在蓄电池组放电时，充电单元关闭，主控制器根据各蓄电池端电压，对各能量回馈单元发送与端电压相匹配的电流控制指令，进而使得各蓄电池端电压趋于相等。由于蓄电池组电压均衡在蓄电池组放电的同时进行，提高了放电的容量，减小了过放风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是电阻消耗式电压均衡的电路原理图；
图2是电容式电压均衡的电路原理图；
图3是独立变换器式电压均衡的电路原理图；
图4是本蓄电池组电压在线均衡装置的电路原理图；
图5是本蓄电池组电压均衡装置中的充电单元的电路原理图；
图6是本蓄电池组电压均衡装置中的能量回馈单元的电路原理图；
图7是本蓄电池组电压均衡装置中的能量收集单元的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图4所示，本发明提供一种蓄电池组电压均衡装置，包括主控制器401、充电单元402、能量回馈单元403、能量收集单元404、负荷405以及均衡对象。
其中，
均衡对象为蓄电池组B1～B4，当然也可以为蓄电池单体，还可以为处于同一封装体的蓄电池，数量可以为4个，也可以更多的数量。
主控制器401以智能化控制芯片为基础，例如CPU、MCU、DSP或者可以起相同作用的其他类型，主控制器401用于采集蓄电池组内各蓄电池的端电压、电流和温度，用于采集充电单元402的输出电压、输出电流，用于采集能量收集单元404的输出电流等；主控制器根据采集的数据信息，然后向充电单元402和能量回馈单元403发送控制信号。
充电单元402，如图5所示，充电单元402采用全桥拓扑电路，包括整流器501、MOS管502、变压器503、电容505和电感506。整流器501变换交流输入为直流，MOS管502，其开通和关断受主控制器401控制，于桥臂中点P、Q处得到高频方波；变压器503对高频方波进行隔离、降压；高频整流器504将高频方波整流为直流电；电感505和电容506构成低通滤波器，平滑直流输出。主控制器401调节MOS管502上Sa、Sb、Sc和Sd的通断，调节充电单元402输出电压和输出电流。充电单元402输出经由直流母线406正、负和蓄电池组、负荷405以及能量收集单元404相连接。
能量回馈单元403，如图6所示，能量回馈单元403包括MOS管502、变压器503、二极管601和电容506。每一个能量回馈单元对应着一个蓄电池，能量回馈单元为所对应的蓄电池提供能量回馈通道，接受主控制器的指令，按设定电流输出给能量收集单元404。主控制器401调节MOS管502上S1的通断，调节由蓄电池组流向能量回馈单元403的电流，从而调节蓄电池组中蓄电池的端电压。
能量收集单元404，用于将各能量回馈单元403的电流汇总，然后汇入直流母线406，为蓄电池补组充电能。如图7所示，能量收集单元404由多个二极管601组成，每一个二极管与一个能量回馈单元403相对应，二极管601连接在能量回馈单元403的电流输出端。
负荷405用于接受蓄电池组与能量收集单元404输出的电流。
当蓄电池组充电时，主控制器401根据蓄电池组充电电压和电流的需求，发送指令到充电单元402，充电单元402按要求输出电压和电流为蓄电池组充电。与此同时，各个能量回馈单元403采集蓄电池电压、电流，并将蓄电池的当前电压和电流发送给主控制器401，主控制器401对于各个蓄电池端电压进行加权分析，根据分析结果调节能量回馈单元403上MOS管开关S1的通断来调节由蓄电池流向能量回馈单元的电流，进而使得各蓄电池端电压趋于相等。能量收集单元404，实现由能量回馈单元403与直流母线406之间能量单相流通，根据能量收集单元404集中的电流和蓄电池组充电电流的综合，主控制器401修正发送到充电单元402的指令，由此既保证了蓄电池组充电特性，又实现了各蓄电池端电压的均衡。
当蓄电池组放电时，充电单元402处于关闭状态，主控制器401对于各蓄电池端电压进行加权分析，根据分析结果对各个能量回馈单元403发送与端电压相匹配的电流控制指令，调节能量回馈单元403上MOS管开关S1的通断来调节由蓄电池流向能量回馈单元403的电流，进而使得各蓄电池端电压趋于相等。
当蓄电池组充电和放电同时进行时，主控制器401将综合流向负荷406的电流、能量收集单元404收集电流和充电单元402充电电流，据此向充电单元402发出指令，充电单元按要求输出电压和电流，为蓄电池组充电。能量回馈单元403和能量收集单元404的工作模态和蓄电池组充电状态一致。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种蓄电池组电压均衡装置，其特征在于，包括蓄电池组、主控制器、充电单元、能量回馈单元、能量收集单元和负荷，其中，
所述蓄电池组，为串联蓄电池组；
所述控制器，用于采集所述蓄电池组、所述充电单元和所述能量收集单元的数据信息，并向所述充电单元和所述能量回馈单元发送控制信号；
所述充电单元，用于接受所述控制器发出的控制信号，为所述蓄电池组充电；
所述能量回馈单元，用于为所对应的蓄电池提供能量回馈通道，接受主控制器的指令，按设定电流输出给所述能量收集单元；
所述能量收集单元，用于将所述能量回馈单元的电流汇总，然后汇入直流母线为蓄电池组补充电能；
所述负荷，用于接受所述蓄电池组输出的电流；
所述蓄电池组中每一节蓄电池对应一个所述能量回馈单元，所述每一能量回馈单元对应一个二极管；所述主控制器采集的数据信息为所述蓄电池组中蓄电池、所述充电单元和所述能量收集单元的输出电流，或者为所述蓄电池组中蓄电池与所述充电单元的输出电压，或者为所述蓄电池组中蓄电池的温度；所述能量回馈单元包括MOS管、变压器、二极管和电容，所述主控制器通过调节所述MOS管上开关的通断，调节由蓄电池流向所述能量回馈单元的电流，从而调节蓄电池的电压；所述能量收集单元包括二极管，所述二极管连接在所述能量回馈单元的电流输出端。
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