CN106911167B - 储能用单向主动均衡电路 - Google Patents

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Abstract

一种储能用单向主动均衡电路，用于管理电池的充电过程，其特征在于，包括若干基本均衡单元；所述基本均衡单元包括双端正激电路、连接所述双端正激电路的高频变压器及若干连接所述高频变压器的后级模块；所述后级模块包括调节电路、连接所述调节电路的反馈电路、连接所述反馈电路的控制电路、及二极管D5；所述储能用单向主动均衡电路设有正电源端及负电源端及若干输出端。本发明的储能用单向主动均衡电路通过多个所述基本均衡电路的并联，使所述储能用单向主动均衡电路能兼容由各种类型电池形成的串联电池组，实现为该类型串联电池组的均衡充电，且提供较大的均衡能力，并减少串联电池组充电的管理成本。

Description

储能用单向主动均衡电路
技术领域
本发明涉及电池管理，特别是涉及一种储能用单向主动均衡电路。
背景技术
在储能领域中，电池在输出时一般被串联以获得相对较大的总电压来驱动负载。而在电池的充电过程中，需确保对串联的每个电池进行均衡完全地充电，而不能使在充电完成后其中个别电池的充电状态与整体水平间存在过大差异，如果充电完成在串联中个别电池上的充电状态远低于整体充电状态水平，则串联电池的可输出容量会被减少到具有低充电状态的电池的容量，目前一般使用均衡电路令串联的电池在充电的过程中保持相近的充电状态。
储能应用所使用的电池类型较多，例如有铅酸蓄电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池、镍氢电池、超级电容等，而传统的均衡电路的工作电压范围较窄，致使均衡电路一般只能适应某一类电池。且电池组的电池单元的容量较大，传统的均衡电路无法提供足够的均衡电流。
发明内容
基于此，本发明提供一种能支持多种蓄电池类型且具有较大均衡能力的储能用单向主动均衡电路。
为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：
一种储能用单向主动均衡电路，其特征在于，包括若干基本均衡单元；所述基本均衡单元包括双端正激电路、连接所述双端正激电路的高频变压器及若干连接所述高频变压器的后级模块；所述后级模块包括调节电路、连接所述调节电路的反馈电路、连接所述反馈电路的控制电路、及二极管D5；所述储能用单向主动均衡电路设有正电源端、负电源端及若干输出端。
本发明的储能用单向主动均衡电路通过多个所述基本均衡电路的并联，使所述储能用单向主动均衡电路能适应不同电芯串联数量的电池组，实现为该类型串联电池组的均衡充电，且提供较大的均衡能力，减少了串联电池组充电的管理成本。因为采用了用单向主动均衡电路以及磁放大器后级调整电路，整个均衡电路的工作点很宽，因此能兼容多种类型的电池。
在其中一个实施例中，所述双端正激电路包括电容C1、二极管D1、二极管D2、及开关管Q1、开关管Q2；所述双端正激电路设有正极连接端、负极连接端、同名原边连接端及异名原边连接端；全部所述基本均衡单元的双端正激电路的正极连接端汇合形成所述储能用单向主动均衡电路的正电源端；全部所述基本均衡单元的双端正激电路的负极连接端线汇合形成所述储能用单向主动均衡电路的负电源端。
在其中一个实施例中，所述开关管Q1及开关管Q2分别设有第一开关端、第二开关端及第三开关端；所述电容C1的一端作为所述双端正激电路的正极连接端；所述电容C1的一端与所述二极管D1的阴极连接；所述电容C1的一端还与所述开关管Q1的第一连接端连接；所述开关管Q1的第三开关端作为所述双端正激电路的同名原边连接端，并与所述高频变压器连接；所述开关管Q1的第三开关端还与所述二极管D2的阴极连接；所述开关管Q2的第一开关端作为所述双端正激电路的异名原边连接端，与所述高频变压器连接；所述开关管Q2的第一开关端还与所述二极管D1的阳极连接；所述开关管Q2的第三开关端与所述电容C1的另一端连接；所述开关管Q2的第三开关端还与所述二极管D2的阳极连接。
在其中一个实施例中，所述开关管Q1、开关管Q2为绝缘栅双极晶体管；所述开关管Q1、开关管Q2的第一开关端、第二开关端及第三开关端分别为集电极、栅极及发射极。
在其中一个实施例中，所述高频变压器包括原边绕组Np及若干副边绕组Ns；所述高频变压器的原边绕组Np的同名端与所述双端正激电路的同名原边连接端连接；所述高频变压器的原边绕组Np的异名端与所述双端正激电路的异名原边连接端连接。
在其中一个实施例中，所述高频变压器包括原边绕组Np及若干副边绕组Ns；所述调节电路设有正二次连接端及负二次连接端；所述调节电路的正二次连接端及负二次连接端分别与一所述副边绕组Ns的同名端及异名端连接。
在其中一个实施例中，所述调节电路设有正充电端及负充电端；所述调节电路包括磁放大器Nm，二极管D3、D4，电感L1及电容C2；所述磁放大器Nm的一端作为所述调节电路的正二次连接端；所述磁放大器Nm的另一端与所述二极管D3的阳极连接；所述二极管D3的阴极与所述电感L1的一端连接；所述二极管D3的阴极还与所述二极管D4的阴极连接；所述二极管D4的阳极作为所述调节电路的负二次连接端；所述电感L1的另一端作为所述调节电路的正充电端；所述电感L1的另一端与所述电容C2的一端连接；所述电容C2的另一端与所述二极管D4的阳极连接；所述电容C2的另一端作为所述调节电路的负充电端；所述磁放大器Nm的一端及所述二极管D4的阳极分别与所述高频变压器的一所述副边绕组Ns的同名端及异名端连接；所述调节电路的正充电端及负充电端作为所述储能用单向主动均衡电路的输出端；
所述电容C2的正极连接所述电感L1的另一端；所述电容C2的负极连接所述二极管D4的阳极。
在其中一个实施例中，所述反馈电路设有第一输入端、第二输入端及反馈端；所述反馈电路的第一输入端及第二输入端分别与所述电容C2的两端连接。
在其中一个实施例中，所述控制电路设有信号输入端及开关件控制端；所述控制电路的信号输入端与所述反馈电路的反馈端连接；所述控制电路的开关件控制端与所述二极管D5的阳极连接；所述二极管D5的阴极与所述磁放大器Nm的另一端连接。
附图说明
图1为本发明的一较佳实施例的储能用单向主动均衡电路的整体结构示意图；
图2为图1所示的储能用单向主动均衡电路中的基本均衡单元的电路图；
图3为图2所示的基本均衡单元中的后级模块的电路图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图1至图3，为本发明一较佳实施方式的储能用单向主动均衡电路10，用于管理电池的充电过程，所述储能用单向主动均衡电路10利用外接电源的电能为由各种电池串联形成的串联电池组充电；所述储能用单向主动均衡电路10可使串联电池组在充电的过程中，各节电池保持相近的充电状态。该储能用单向主动均衡电路10包括若干基本均衡单元20；所述基本均衡单元20包括双端正激电路30、连接所述双端正激电路30的高频变压器40及若干连接所述高频变压器40的后级模块50；所述后级模块50包括调节电路60、连接所述调节电路60的反馈电路70、连接所述反馈电路60的控制电路80、及二极管D5；所述储能用单向主动均衡电路10一侧与电源连接；所述储能用单向主动均衡电路10的另一侧与所述串联电池组连接。
所述储能用单向主动均衡电路10设有正电源端及负电源端；所述储能用单向主动均衡电路10的正电源端及负电源端连接至外接电源；所述储能用单向主动均衡电路10设有若干输出端；所述储能用单向主动均衡电路10的输出端与所述串联电池组连接。
请参阅图2，所述双端正激电路30包括电容C1，二极管D1、D2，及开关管Q1、Q2；所述双端正激电路30设有正极连接端、负极连接端、同名原边连接端及异名原边连接端；全部所述基本均衡单元20的双端正激电路30的正极连接端通过汇合形成所述储能用单向主动均衡电路10的正电源端；全部所述基本均衡单元20的双端正激电路30的负极连接端汇合形成所述储能用单向主动均衡电路10的负电源端；所述开关管Q1、Q2分别设有第一开关端、第二开关端及第三开关端；所述电容C1的一端作为所述双端正激电路30的正极连接端；所述电容C1的一端与所述二极管D1的阴极连接；所述电容C1的一端还与所述开关管Q1的第一连接端连接；所述开关管Q1的第三开关端作为所述双端正激电路30的同名原边连接端，并所述与高频变压器40连接；所述开关管Q1的第三开关端还与所述二极管D2的阴极连接；所述开关管Q2的第一开关端作为所述双端正激电路30的异名原边连接端，与所述高频变压器40连接；所述开关管Q2的第一开关端还与所述二极管D1的阳极连接；所述开关管Q2的第三开关端与所述电容C1的另一端连接；所述开关管Q2的第三开关端还与所述二极管D2的阳极连接。
在其中一种实施方式中，所述储能用单向主动均衡电路内设有第一母线及第二母线；所述基本均衡单元20的双端正激电路30的正极连接端连接第一母线；所述第一母线延伸出所述储能用单向主动均衡电路的正电源端；所述基本均衡单元20的双端正激电路30的负极连接端连接第二母线；所述第二母线延伸出所述储能用单向主动均衡电路的负电源端。
所述基本均衡单元20还包括触发电路；所述触发电路分别与所述开关管Q1的第二开关端及所述开关管Q2的第二开关端连接。
具体地，所述开关管Q1、Q2为绝缘栅双极晶体管；所述开关管Q1、Q2的第一开关端、第二开关端及第三开关端分别为集电极、栅极及发射极。
所述高频变压器40包括原边绕组Np及若干副边绕组Ns；所述高频变压器40的原边绕组Np的同名端与所述双端正激电路30的同名原边连接端连接；所述高频变压器40的原边绕组Np的异名端与所述双端正激电路30的异名原边连接端连接；所述高频变压器40的各副边绕组Ns分别与单个所述后级模块50连接。
请参阅图3，所述调节电路60包括磁放大器Nm，二极管D3、D4，电感L1及电容C2；所述调节电路60设有正二次连接端、负二次连接端、正充电端及负充电端；所述磁放大器Nm的一端作为所述调节电路60的正二次连接端；所述磁放大器Nm的另一端与所述二极管D3的阳极连接；所述二极管D3的阴极与所述电感L1的一端连接；所述二极管D3的阴极还与所述二极管D4的阴极连接；所述二极管D4的阳极作为所述调节电路60的负二次连接端；所述电感L1的另一端作为所述调节电路60的正充电端；所述电感L1的另一端与所述电容C2的一端连接；所述电容C2的另一端与所述二极管D4的阳极连接；所述电容C2的另一端作为所述调节电路60的负充电端；所述磁放大器Nm的一端及所述二极管D4的阳极分别与所述高频变压器40的一所述副边绕组Ns的同名端及异名端连接。
所述调节电路60的正充电端及负充电端作为所述储能用单向主动均衡电路10的输出端；所述调节电路60的正充电端及负充电端分别连接串联电池组中一电池的正极和负极。
所述反馈电路70设有第一输入端、第二输入端及反馈端；所述反馈电路70的第一输入端及第二输入端分别与所述电容C2的两端连接。
所述控制电路80设有信号输入端及开关件控制端；所述控制电路80的信号输入端与所述反馈电路70的反馈端连接；所述控制电路80的开关件控制端与所述二极管D5的阳极连接；所述二极管D5的阴极与所述磁放大器Nm的另一端连接。
在其中一种实施方式中，为加强滤波效果，所述电容C2为电解电容；所述电容C2的正极连接所述电感L1的另一端；所述电容C2的负极连接所述二极管D4的阳极。
在所述储能用单向主动均衡电路10工作时，所述储能用单向主动均衡电路10从外接电源获得电能输入；所述储能用单向主动均衡电路10采用所述双端正激电路30开环及所述后级模块50闭环的控制方式。
所述储能用单向主动均衡电路10的各个所述基本均衡单元20可与多种类型的电池连接；所述储能用单向主动均衡电路10的各个所述基本均衡单元20在同一时间仅连接同一种类型的电池；所述触发电路根据与所述基本均衡单元20连接的电池类型调整开关管Q1、Q2通断的占空比，使所述基本均衡单元20中的所述双端正激电路30工作于适应相应类型电池特性的开环工作点上。
同一所述基本均衡单元20中的各所述调节电路60间可处于同步工作状态、异步工作状态及不工作状态；所述基本均衡单元20可为与其连接的各节电池实现相互独立的均衡管理，以满足各种不同的工作状态需要。
所述反馈电路70可检测与所述调节电路60连接的电池的电压电流信息并判断电池的状态，并向所述控制电路80反馈电池的状态信息；当需要令所述基本均衡单元20中的部分调节电路60停止工作时，则可通过相应所述控制电路80令相应的所述磁放大器Nm处于关断状态，即可使相应的调节电路60停止工作，停止工作的所述调节电路60不影响同一所述基本均衡单元20中的其他所述调整电路的正常工作；当需要令所述基本均衡单元20中的部分调节电路60对与其连接的电池进行均衡充电时，则相应的所述控制电路80根据反馈电路70的反馈信号及其它调整信号，通过所述二极管D5向所述磁放大器Nm发出给定信号，使所述磁放大器Nm的通过电流根据给定信号的幅值而调整，该过程利用所述磁放大器Nm实现了对均衡电流的闭环调节。
所述储能用单向主动均衡电路10的单向能量流动仅用于电池电量较低的情况，使所述储能用单向主动均衡电路10结构简单可靠、成本低廉、且效率高、无二次均衡问题；所述磁放大器Nm能为电池提供较大的均衡电流。
本实施例中，通过多个所述基本均衡电路的并联，使所述储能用单向主动均衡电路能兼容由各种类型电池形成的串联电池组，实现为该类型串联电池组的均衡充电，且提供较大的均衡能力，减少了串联电池组充电的管理成本。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种储能用单向主动均衡电路，其特征在于，包括若干基本均衡单元；所述基本均衡单元包括双端正激电路、连接所述双端正激电路的高频变压器及若干连接所述高频变压器的后级模块；所述后级模块包括调节电路、连接所述调节电路的反馈电路、连接所述反馈电路的控制电路、及二极管D5；所述储能用单向主动均衡电路设有正电源端、负电源端及若干输出端；调节电路包括磁放大器Nm，二极管D3、D4，电感L1及电容C2；磁放大器Nm的一端及所述二极管D4的阳极分别与所述高频变压器的一副边绕组Ns的同名端及异名端连接；所述磁放大器Nm的另一端与所述二极管D3的阳极连接；所述二极管D3的阴极与所述电感L1的一端连接；所述二极管D3的阴极还与所述二极管D4的阴极连接；所述电感L1的另一端作为所述调节电路的正充电端；所述电感L1的另一端与所述电容C2的一端连接；所述电容C2的另一端与所述二极管D4的阳极连接；所述电容C2的另一端作为所述调节电路的负充电端；所述调节电路的正充电端及负充电端分别用于连接串联电池组中一电池的正极和负极；所述双端正激电路包括电容C1、二极管D1、二极管D2、及开关管Q1、开关管Q2；所述储能用单向主动均衡电路的各个所述基本均衡单元可与多种类型的电池连接；所述储能用单向主动均衡电路的各个所述基本均衡单元在同一时间仅连接同一种类型的电池；所述基本均衡单元还包括触发电路，所述触发电路根据与所述基本均衡单元连接的电池类型调整开关管Q1、Q2通断的占空比，使所述基本均衡单元中的所述双端正激电路工作于适应相应类型电池特性的开环工作点上。
2.根据权利要求1所述的储能用单向主动均衡电路，其特征在于，所述双端正激电路设有正极连接端、负极连接端、同名原边连接端及异名原边连接端；全部所述基本均衡单元的双端正激电路的正极连接端汇合形成所述储能用单向主动均衡电路的正电源端；全部所述基本均衡单元的双端正激电路的负极连接端线汇合形成所述储能用单向主动均衡电路的负电源端。
3.根据权利要求2所述的储能用单向主动均衡电路，其特征在于，所述开关管Q1及开关管Q2分别设有第一开关端、第二开关端及第三开关端；所述电容C1的一端作为所述双端正激电路的正极连接端；所述电容C1的一端与所述二极管D1的阴极连接；所述电容C1的一端还与所述开关管Q1的第一连接端连接；所述开关管Q1的第三开关端作为所述双端正激电路的同名原边连接端，并与所述高频变压器连接；所述开关管Q1的第三开关端还与所述二极管D2的阴极连接；所述开关管Q2的第一开关端作为所述双端正激电路的异名原边连接端，与所述高频变压器连接；所述开关管Q2的第一开关端还与所述二极管D1的阳极连接；所述开关管Q2的第三开关端与所述电容C1的另一端连接；所述开关管Q2的第三开关端还与所述二极管D2的阳极连接。
4.根据权利要求3所述的储能用单向主动均衡电路，其特征在于，所述开关管Q1、开关管Q2为绝缘栅双极晶体管；所述开关管Q1、开关管Q2的第一开关端、第二开关端及第三开关端分别为集电极、栅极及发射极。
5.根据权利要求3所述的储能用单向主动均衡电路，其特征在于，所述高频变压器包括原边绕组Np及若干副边绕组Ns；所述高频变压器的原边绕组Np的同名端与所述双端正激电路的同名原边连接端连接；所述高频变压器的原边绕组Np的异名端与所述双端正激电路的异名原边连接端连接。
6.根据权利要求1所述的储能用单向主动均衡电路，其特征在于，所述高频变压器包括原边绕组Np及若干副边绕组Ns；所述调节电路设有正二次连接端及负二次连接端；所述调节电路的正二次连接端及负二次连接端分别与一所述副边绕组Ns的同名端及异名端连接。
7.根据权利要求6所述的储能用单向主动均衡电路，其特征在于，所述磁放大器Nm的一端作为所述调节电路的正二次连接端；所述二极管D4的阳极作为所述调节电路的负二次连接端；所述调节电路的正充电端及负充电端作为所述储能用单向主动均衡电路的输出端；
所述电容C2的正极连接所述电感L1的另一端；所述电容C2的负极连接所述二极管D4的阳极。
8.根据权利要求7所述的储能用单向主动均衡电路，其特征在于，所述反馈电路设有第一输入端、第二输入端及反馈端；所述反馈电路的第一输入端及第二输入端分别与所述电容C2的两端连接。
9.根据权利要求8所述的储能用单向主动均衡电路，其特征在于，所述控制电路设有信号输入端及开关件控制端；所述控制电路的信号输入端与所述反馈电路的反馈端连接；所述控制电路的开关件控制端与所述二极管D5的阳极连接；所述二极管D5的阴极与所述磁放大器Nm的另一端连接。
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