CN105552982A - 一种基于igbt的电池切换电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于IGBT的电池切换电路，包括：n个串联连接的电池；与相应电池并联连接的n个短接开关；与相应电池并联耦接的n个短接控制电路，其中所述每个短接控制电路接收相应电池两端电压，并根据相应电池两端电压提供控制信号，用以将相应短接开关导通或断开；所述短接控制电路包括：比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端；偏置电路，具有正端和负端，其正端耦接至比较器的同相输入端；其中所述电池和短接开关并联耦接在比较器的同相输入端和偏置电路的负端之间，所述短接开关包括耦接至所述比较器输出端的控制端。本发明的基于IGBT的电池切换电路，短接电池组中电量耗尽或损坏的电池，延长了电池组的使用时间。

Description

一种基于IGBT的电池切换电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种电池。

背景技术

电池(Battery)指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置，具有正极、负极之分。随着科技的进步，电池泛指能产生电能的小型装置，如燃料电池、干电池、铅蓄电池、太阳能电池。利用电池作为能量来源，可以得到具有稳定电压，稳定电流，长时间稳定供电，受外界影响很小的电流，并且电池结构简单，携带方便，充放电操作简便易行，不受外界气候和温度的影响，性能稳定可靠，在现代社会生活中的各个方面发挥有很大作用。

燃料电池是一种将燃料的化学能透过电化学反应直接转化成电能的装置。燃料电池是利用氢气在阳极进行的是氧化反应，将氢气氧化成氢离子，而氧气在阴极进行还原反应，与由阳极传来的氢离子结合生成水，氧化还原反应过程中就可以产生电流。燃料电池包括碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固态氧化物燃料电池(SOFC)，以及直接甲醇燃料电池(DMFC)等。

常用的一种干电池是碳－锌干电池，负极是锌做的圆筒，内有氯化铵作为电解质，少量氯化锌、惰性填料及水调成的糊状电解质，正极是四周裹以掺有二氧化锰的糊状电解质的一根碳棒。电极反应是：负极处锌原子成为锌离子(Zn++)，释出电子，正极处铵离子(NH4+)得到电子而成为氨气与氢气，用二氧化锰驱除氢气以消除极化，电动势约为1.5伏。

燃料电池是一种把燃料在燃烧过程中释放的化学能直接转换成电能的装置。与蓄电池不同之处，是它可以从外部分别向两个电极区域连续地补充燃料和氧化剂而不需要充电。燃料电池由燃料(例如氢、甲烷等)、氧化剂(例如氧和空气等)、电极和电解液等四部分构成，其电极具有催化性能，且是多孔结构的，以保证较大的活性面积。工作时将燃料通入负极，氧化剂通入正极，它们各自在电极的催化下进行电化学反应以获得电能。

铅蓄电池最为常用，其极板是用铅合金制成的格栅，电解液为稀硫酸，两极板均覆盖有硫酸铅，但充电后，正极处极板上硫酸铅转变成二氧化铅，负极处硫酸铅转变成金属铅，放电时，则发生反方向的化学反应。

铅蓄电池的工作电压平稳、使用温度及使用电流范围宽、能充放电数百个循环、贮存性能好(尤其适于干式荷电贮存)、造价较低，因而应用广泛。采用新型铅合金和电解液添加纳米碳溶胶，可改进铅蓄电池的性能。如用铅钙合金作板栅，能保证铅蓄电池最小的浮充电流、减少添水量和延长其使用寿命；采用铅锂合金铸造正板栅，则可减少自放电和满足密封的需要。此外，开口式铅蓄电池要逐步改为密封式，并发展防酸、防爆式和消氢式铅蓄电池。

铅蓄电池的电动势约为2伏，常用串联方式组成6伏或12伏的蓄电池组。电池放电时硫酸浓度减小，可用测电解液比重的方法来判断蓄电池是否需要充电或者充电过程是否可以结束。铅蓄电池的优点是放电时电动势较稳定，缺点是比能量(单位重量所蓄电能)小，对环境腐蚀性强。

电池组一般包括多节串联连接的电池，但当电池组中的某一节或者某几节电池电源耗尽或者损坏时，该电池的电阻将变得很大。如果继续与其他正常电池串联连接给系统供电，该电池将消耗大量能量，从而降低了效率，缩短了电池组的使用时间。

发明内容

本发明提出一种基于IGBT的电池切换电路，解决了现有的电池组中的某一节或者某几节电池电源耗尽或者损坏时，该电池的电阻将变得很大的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于IGBT的电池切换电路，包括：n个串联连接的电池，其中n为自然数；与相应电池并联连接的n个短接开关；以及，与相应电池并联耦接的n个短接控制电路，其中所述每个短接控制电路接收相应电池两端电压，并根据相应电池两端电压提供控制信号，用以将相应短接开关导通或断开；所述短接控制电路包括：比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端；偏置电路，具有正端和负端，其正端耦接至比较器的同相输入端；其中所述电池和短接开关并联耦接在比较器的同相输入端和偏置电路的负端之间，所述短接开关包括耦接至所述比较器输出端的控制端；所述短接开关为IGBT晶体管。

本发明的有益效果是：

短接电池组中电量耗尽或损坏的电池，延长了电池组的使用时间。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于IGBT的电池切换电路的电路控制框图。

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1所示，本发明一种基于IGBT的电池切换电路，电池组117包括n个串联连接的电池(211、221、……、2n1)，其中n为自然数；与相应电池并联连接的n个短接开关(212、222、……、2n2)；以及与相应电池并联耦接的n个短接控制电路(213、223、……、2n3)，所述每个短接控制电路接收相应电池两端电压，并根据相应电池两端电压提供控制信号，用以将相应短接开关导通或断开，从而在相应电池两端电压很低时将该电池短接。

图1中的短接控制电路(213、223、……、2n3)结构相同。

短接控制电路213包括：比较器2101，具有同相输入端、反相输入端和输出端；偏置电路2102，具有正端和负端，其正端耦接至比较器2101的同相输入端；其中电池211和短接开关212并联耦接在比较器2101的同相输入端和偏置电路102的负端之间，所述短接开关212包括耦接至所述比较器2101输出端的控制端。

在所述电池组电压短接控制电路213运行时，比较器2101比较其电池211两端电压与偏置电路2102提供的电压。

当电池211的电源耗尽或损坏，使得其两端电压低于偏置电路2102提供的电压水平时，比较器2101将短接开关212导通，以电池211，从而最小化该电池通路的电阻。

优选地，所述短接开关为IGBT晶体管。

IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

本发明的基于IGBT的电池切换电路，短接电池组中电量耗尽或损坏的电池，延长了电池组的使用时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于IGBT的电池切换电路，其特征在于，包括：n个串联连接的电池，其中n为自然数；

与相应电池并联连接的n个短接开关，所述短接开关为IGBT晶体管；

以及，与相应电池并联耦接的n个短接控制电路，其中所述每个短接控制电路接收相应电池两端电压，并根据相应电池两端电压提供控制信号，用以将相应短接开关导通或断开；

所述短接控制电路包括：比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端；

偏置电路，具有正端和负端，其正端耦接至比较器的同相输入端；

其中，所述电池和短接开关并联耦接在比较器的同相输入端和偏置电路的负端之间，所述短接开关包括耦接至所述比较器输出端的控制端。