CN103607004A - 蓄电池组双向无损均衡与脉冲活化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓄电池组双向无损均衡与脉冲活化系统，包括数字电源控制器、正激同步整流电路、反激同步整流电路。本发明充分考虑了电路运行可行性以及可靠性，设计出一种组成简单、控制方便、工作灵活的电路系统，此系统功能全面，能够确保蓄电池组内的各个个体电池均保持在同样的充放电深度，有效地延长电池组的使用寿命。

Description

蓄电池组双向无损均衡与脉冲活化系统
技术领域
本发明属于蓄电池组充放电的设计领域，具体涉及一种蓄电池组双向无损均衡与脉冲活化系统。
背景技术
蓄电池组作为直流备用电源系统的重要组成部分，是保证不间断供电的重要设备和应急使用。在市电异常时，直流电源系统直接将蓄电池的化学能转变成直流电能输送出去，使用电设备得以连续运行下去，为设备提供了动力保障，同时保证了供电系统的安全可靠性。蓄电池要给动力能源提供足够的保障，往往需要将多个蓄电池串连起来才能达到所需的电压值, 该电压值要比单个电池的电压值要高出许多。为了使用方便, 电池组在充电时是将其作为一个整体采用一个电源进行充电的。
在目前制造工艺水平及应用条件下，单体电池在长期使用中性能差异是不可避免的。因此在充电过程中各电池的电压不尽相同, 从而导致有的电池已经完全满充而有的电池则还没有充满电。在充电过程中, 如果有一个电池发生过充电, 输入的多余电量不仅不会储存在电池里, 而是消耗在电解液中并致使电池发生过热, 同时, 由于电解作用产生的气泡会附着在电极上, 从而减少电极与电解液的接触面积, 降低充电的效率。另一方面, 当充电终止时, 各电池荷电未达均衡, 又会导致放电的不均衡, 甚至使得个别电池因深度放电引起极性颠倒, 缩短了电池组的寿命。为了延长电池组的使用寿命, 必须使所有的电池均保持在同样的充放电深度,即需对电池组进行均衡充放电。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种延长蓄电池组使用寿命的双向无损均衡与脉冲活化系统。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
蓄电池组双向无损均衡与脉冲活化系统，包括：数字电源控制器；正激同步整流电路，包括正激主开关管Q1、正激变压器T1、正激同步整流管Q3、续流管Q4、储能电感L、滤波电容C2，正激变压器T1的原边与正激主开关管Q1串接后并接于串联而成的蓄电池组的两端，正激主开关管Q1的控制端与数字电源控制器连接，储能电感L、滤波电容C2与正激同步续流管Q3串接后并接于正激变压器T1的副边两端，正激同步续流管Q3的控制端接于储能电感L与正激变压器T1之间的通路上，续流管Q4的一端接于储能电感L与正激变压器T1之间的通路上，另一端接于储能电感L与正激同步续流管Q3的通路上，控制端接于正激同步续流管Q3与正激变压器T1之间的通路上，滤波电容C2的两端设有第一输出端口和第二输出端口，用于接到蓄电池组中的单个目标电池两端；反激同步整流电路，包括反激主开关管Q5、反激整流管Q6以及反激变压器T3，反激主开关管Q5与反激变压器T3的原边串接后接于第一输出端口和第二输出端口之间，反激整流管Q6与反激变压器T3的副边串接扣接于蓄电池组的两端，反激主开关管Q5与反激整流管Q6的控制端与数字电源控制器连接。
正激主开关管Q1的两端并接由钳位电容C1和钳位开关管Q2串接而成的钳位回路，钳位开关管Q2的控制端与数字电源控制器连接。
第一输出端口和第二输出端口之间并接由第一检测电阻R1和第二检测电阻R2串接而成的电压检测回路，第一检测电阻R1和第二检测电阻R2之间的连接线上设有第一取样点，第一取样点通过一偏差放大隔离模块向数字电源控制器输出取样信号。
本发明的有益效果是：本发明利用正激同步整流电路与反激同步整流电路配合工作实现蓄电池组中目标电池的充电、放电以及活化功能。其中，当发现目标电池剩余电量高于蓄电池组平均剩余电量时，利用反激同步整流电路执行放电模式，目标电池中的电量通过反激同步整流电路变换输送到整组蓄电池组内；当发现目标电池剩余电量低于蓄电池组平均剩余电量时，利用正激同步整流电路执行充电模式，向目标电池进行充电；当需要对目标电池进行均衡活化时，正激同步整流电路与反激同步整流电路交替工作，使得目标电池循环重复充放电，实现均衡活化功能。本发明充分考虑了电路运行可行性以及可靠性，设计出一种组成简单、控制方便、工作灵活的电路系统，此系统功能全面，能够确保蓄电池组内的各个个体电池均保持在同样的充放电深度，有效地延长电池组的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式进行进一步的说明：
图1为本发明一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
参照图1，本发明主要由三个部分组成，包括位于蓄电池组1下方的数字电源控制器2、位于左侧的正激同步整流电路3以及位于右侧的反激同步整流电路4。
蓄电池组1由若干个单体电池CE1、CE2……CEn-1、CEn组成，这些电池串联后使用，具体使用时，蓄电池组1的两端接于充电正负母线上（图中未示出）。
数字电源控制器2用于控制电路中的开关管的通断从而实现变换功能，并对电路中的参数进行取样，基于参数对控制策略进行调整，实现闭环控制。
正激同步整流电路3的主要作用是将与蓄电池组两端电压大小相同的直流电压转换为针对目标电池所需的充电直流电压，对电量不足的目标电池进行补充。正激同步整流电路3包括正激主开关管Q1、正激变压器T1、正激同步整流管Q3、续流管Q4、储能电感L、滤波电容C2。正激变压器T1的原边与正激主开关管Q1串接后并接于蓄电池组1的两端，正激主开关管Q1的控制端与数字电源控制器2连接，储能电感L、滤波电容C2与正激同步续流管Q3串接后并接于正激变压器T1的副边两端，正激同步续流管Q3的控制端接于储能电感L与正激变压器T1之间的通路上，续流管Q4的一端接于储能电感L与正激变压器T1之间的通路上，另一端接于储能电感L与正激同步续流管Q3的通路上，控制端接于正激同步续流管Q3与正激变压器T1之间的通路上，滤波电容C2的两端设有第一输出端口和第二输出端口，用于接到蓄电池组1中的单个目标电池两端，在图1中，第一输出端口和第二输出端口接于目标电池CEn-1的两端。如图所示，正激同步整流电路3还可以进一步设置一钳位回路，即正激主开关管Q1的两端并接由钳位电容C1和钳位开关管Q2串接而成的钳位回路，钳位开关管Q2的控制端与数字电源控制器2连接。
具体工作时，当主开关管Q1 导通时，箝位开关管Q2关断；反之，当主开关管Q1关断时，箝位开关管Q2导通。因此箝位开关管Q2的栅极驱动信号和主开关管Q1驱动信号是互补的，并且两者之间有一定的延迟，以防止主开关管Q1和箝位开关管Q2同时导通。其工作原理是，主开关管Q1导通时，向目标电池传输能量；主开关管Q1 关断时，箝位开关管Q2的体内二极管导通，钳位电容C1迅速充电，箝位开关管Q2在驱动信号的作用下导通。变压器的励磁能量向电源释放，实现了磁复位。
反激同步整流电路4的作用主要是以剩余电量过高的目标电池提供的直流电压为供电端通过转换转化成与蓄电池组1两端电压大小相同的电压，并供给蓄电池组，实现能量返回。反激同步整流电路4包括反激主开关管Q5、反激整流管Q6以及反激变压器T3，反激主开关管Q5与反激变压器T3的原边串接后接于第一输出端口和第二输出端口之间，反激整流管Q6与反激变压器T3的副边串接扣接于蓄电池组1的两端，反激主开关管Q5与反激整流管Q6的控制端与数字电源控制器2连接。具体工作时，能量通过变压器T3耦合到副边，整流管Q6导通，完成整流，并将能量返还给整个电池组。
正激同步整流电路3和反激同步整流电路4中一般会设置若干电压和电流采样电路用于对电路中的相关参数进行检测。如图所示，第一输出端口和第二输出端口之间并接由第一检测电阻R1和第二检测电阻R2串接而成的电压检测回路，第一检测电阻R1和第二检测电阻R2之间的连接线上设有第一取样点，第一取样点通过一偏差放大隔离模块向数字电源控制器2输出取样信号，此取样能够检测第一输出端口和第二输出端口之间的实时电压大小，即目标电池两端的电压大小。另外，储能电感L、滤波电容C2与正激同步续流管Q3的串接回路上串接有电阻R5，此电阻R5的一端与第二输出端口连接，另一端设置取样点，取样点向数字电源控制器2输出取样信号，此取样能够实时检测充电电流大小。反激同步整流电路4的原边和副边上分别串接有检测电阻R3和R4，R3能够检测原边的电流实时值，R4能够检测副边的电流实时值。
本发明有3种工作模式，分别是正电流充电模式、负电流放电模式、正负脉冲电流活化模式。当发现单节电池剩余电量高于整组内单节电池平均剩余电量时，执行负电流放电模式，此时反激同步整流电路动作、正激同步整流电路停止；当发现单节电池剩余电量低于整组内单节电池平均剩余电量时，执行正电流充电模式，此时正激同步整流电路动作、反激同步整流电路停止；当发现某一节电池内阻大于平均值时，执行正负脉冲电流活化模式，此时反激同步整流电路动作和正激同步整流电路交替工作，目标电池不断进行充放电，产生正负向电流用于消除电极结晶，达到所需的活化效果。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，只要其以基本相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.蓄电池组双向无损均衡与脉冲活化系统，其特征在于包括：
数字电源控制器；
正激同步整流电路，包括正激主开关管Q1、正激变压器T1、正激同步整流管Q3、续流管Q4、储能电感L、滤波电容C2，正激变压器T1的原边与正激主开关管Q1串接后并接于串联而成的蓄电池组的两端，正激主开关管Q1的控制端与数字电源控制器连接，储能电感L、滤波电容C2与正激同步续流管Q3串接后并接于正激变压器T1的副边两端，正激同步续流管Q3的控制端接于储能电感L与正激变压器T1之间的通路上，续流管Q4的一端接于储能电感L与正激变压器T1之间的通路上，另一端接于储能电感L与正激同步续流管Q3的通路上，控制端接于正激同步续流管Q3与正激变压器T1之间的通路上，滤波电容C2的两端设有第一输出端口和第二输出端口，用于接到蓄电池组中的单个目标电池两端；
反激同步整流电路，包括反激主开关管Q5、反激整流管Q6以及反激变压器T3，反激主开关管Q5与反激变压器T3的原边串接后接于第一输出端口和第二输出端口之间，反激整流管Q6与反激变压器T3的副边串接扣接于蓄电池组的两端，反激主开关管Q5与反激整流管Q6的控制端与数字电源控制器连接。
2.根据权利要求1所述的蓄电池组双向无损均衡与脉冲活化系统，其特征在于正激主开关管Q1的两端并接由钳位电容C1和钳位开关管Q2串接而成的钳位回路，钳位开关管Q2的控制端与数字电源控制器连接。
3.根据权利要求1所述的蓄电池组双向无损均衡与脉冲活化系统，其特征在于第一输出端口和第二输出端口之间并接由第一检测电阻R1和第二检测电阻R2串接而成的电压检测回路，第一检测电阻R1和第二检测电阻R2之间的连接线上设有第一取样点，第一取样点通过一偏差放大隔离模块向数字电源控制器输出取样信号。
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