CN109245242A - 一种用于储能装置的平衡设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于储能系统的技术领域，公开了一种用于储能装置的平衡设备，包括监测电路，耦接到储能单元的两端，用于监测所述储能单元的电压；平衡电路，耦接到储能单元的两端，并且与监测电路相连，用于消耗来自所述储能单元的负电压能量，并且所述电压超过正阈值电压时，通过使放电电流通过所述平衡电路进行传导而消耗所述储能单元的正电压能量；报警电路，与所述平衡电路相连，用于所述电压超过正阈值电压时，产生报警。本发明既降低了成本，又简化了电路结构，同时，可以采用多个平衡电路和监测电路配合，分级消耗储能单元的能量，更有效地进行电压耗散，延长储能单元的使用寿命，从而提高储能装置的整体性能。
Description
技术领域
本发明属于的储能系统的技术领域，具体涉及一种用于储能装置的平衡设备。
背景技术
随着电动汽车的发展，各种通过对处于不均衡状态的单元电压进行放电而使储能系统中的单个单元的电压平衡的系统和技术也应运而生，传统的均衡电路不能完全且有效地消耗处于不均衡状态的单元电压并且需要昂贵的部件，基本上可以分为主动均衡和被动均衡两大类，但是对于超级电容的应用来说，由于受到成本和体积的限制，基本上都是以被动均衡电路为主，而且在超级电容的应用中，电容在放电的过程中有可能会出现负压，因此就要求被动均衡电路能够适应这一新的需求。
发明内容
本发明提供了一种用于储能装置的平衡设备，解决了现有均衡电路仅能对储能单元的正电压进行放电、所需器件价格昂贵等问题。
本发明可通过以下技术方案实现：
一种用于储能装置的平衡设备，包括
监测电路，耦接到储能单元的两端，用于监测所述储能单元的电压；
平衡电路，耦接到储能单元的两端，并且与监测电路相连，用于消耗来自所述储能单元的负电压能量，并且所述电压超过正阈值电压时，通过使放电电流通过所述平衡电路进行传导而消耗所述储能单元的正电压能量；
报警电路，与所述平衡电路相连，用于所述电压超过正阈值电压时，产生报警。
进一步，所述平衡电路包括串联在一起的有源耗散部件和无源耗散部件，当所述电压超过正阈值电压时，通过使放电电流通过所述有源耗散部件和无源耗散部件，消耗所述储能单元的正电压能量；当所述储能单元处于负电压时，通过使放电电流通过所述有源耗散部件和无源耗散部件，消耗所述储能单元的负电压能量。
进一步，所述有源耗散部件包括单个MOSFET管，所述无源耗散部件包括电阻器，当所述电压超过正阈值电压时，通过使放电电流通过所述电阻器和单个MOSFET管，消耗所述储能单元的正能量；当所述储能单元处于负电压时，通过使放电电流通过所述单个MOSFET管中的体二极管和电阻器，消耗所述储能单元的负电压能量，所述单个MOSFET管中的体二极管的导通方向和储能单元的正负极连通的电流方向相反。
进一步，所述监测电路包括电压检测芯片，所述电压检测芯片的输入端连接在串联的两个分压电阻之间，所述串联的两个分压电阻耦接到储能单元的两端，所述平衡电路还包括与单个MOSFET管相连的电压放大电路，所述电压检测芯片的输出端与电压放大电路相连，所述电压放大电路用于提供单个MOSFET管的导通电压。
进一步，所述电压放大电路包括多个三极管，设置为两级放大电路。
进一步，所述报警电路包括二极管。
进一步，所述监测电路设置有多个，分别监测储能单元不同等级的正阈值电压，所述平衡电路与监测电路一一对应设置，如果所述电压超过不同等级的正阈值电压，通过使放电电流通过对应的所述平衡电路进行传导而消耗所述储能单元的正电压能量。
本发明有益的技术效果如下：
利用监测电路对储能单元两端的电压进行监测，若超过正阈值电压，就通过平衡电路进行放电，以消耗其正电压能量，并且当储能单元处于负电压时，平衡电路也可以消耗其负电压能量，该平衡电路采用电阻器与带体二极管的单一MOSFET管串联能够消耗储能单元的正电压能量和负电压能量，既降低了成本，又简化了电路结构，同时，可以采用多个平衡电路和监测电路配合，分级消耗储能单元的能量，更有效地进行电压耗散，延长储能单元的使用寿命，从而提高储能装置的整体性能。
附图说明
图1为本发明的总体电路连接框图；
图2为本发明的监测电路、平衡电路和报警电路的具体电路连接图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施案例详细说明本发明的具体实施方式。
储能系统可以包括串联布置的多个单独的电池或超级电容器单元，以形成具有比单个单元更高的电压输出的储能模块或组。模块进而可以与其它模块串联连接，以输出更高的组合电压。模块的单个电容器或电池有时分别被称为电容器单元或电池单元，或更通常地被称为单元。
处于不均衡状态的电池电压可以损坏单个单元、单元所位于的模块或两者。平衡电路可以用于对电池或超级电容器单元进行放电以均衡单元电压，并防止或最小化由处于不均衡状态的单元电压状况所引起的损坏。这样的处于不均衡状态的单元电压可以通过平衡电路中的无源部件(例如一个或多个电阻器)和有源部件(例如一个或多个晶体管或稳压器)中的一个或多个进行放电。
无源耗散部件不能单独地控制电流的流动，而有源耗散部件能够控制电流流动。有源耗散部件和无源耗散部件两者都可以消耗能量。在一些实施方式中，无源耗散部件可以通过恒定电流放电或通过电阻放电来对电压进行放电。在恒定电流放电电路的情况下，不依赖于单元电压或放电的电压，从单元中提取恒定的放电电流。电阻放电电路提取与单元电压成比例的放电电流。随着单元的电压增加，放电电流也增加，并且反之亦然。无源耗散部件的实例可以包括固定电阻器、可变电阻器、热敏电阻器、无源衰减器、电位计等。有源耗散部件的实例可以包括晶体管、调节器、有源衰减器、有源二极管等。
参照附图1，本发明提供了一种用于储能装置的平衡设备，包括监测电路，耦接到储能单元的两端，用于监测该储能单元的电压；平衡电路，耦接到储能单元的两端，并且与监测电路相连，用于消耗来自所述储能单元的负电压能量，并且当监测电路监测到储能单元的电压超过正阈值电压时，通过使放电电流通过该平衡电路进行传导而消耗储能单元的正电压能量；报警电路，与平衡电路相连，用于上述电压超过正阈值电压时，产生报警。当然，该监测电路可设置有多个，分别监测储能单元不同等级的正阈值电压，平衡电路与监测电路一一对应设置，如果储能单元的电压超过不同等级的正阈值电压，通过使放电电流通过对应的平衡电路进行传导而消耗储能单元的正电压能量。这样，通过多个监测电路与平衡电路的配合，分级消耗储能单元的过度的正电压能量，从而可以有效地改善储能单元的电压消耗效率，延长储能单元的使用寿命，提高储能装置的整体性能。
该平衡电路包括串联在一起的有源耗散部件和无源耗散部件，参见附图2，该有源耗散部件可以设置为单个MOSFET管Q4，无源耗散部件可以设置为电阻器R4，当监测电路监测的电压超过正阈值电压时，通过使放电电流通过电阻器R4和单个MOSFET管Q4，消耗储能单元的正电压能量；而当储能单元处于负电压时，由于单个MOSFET管中的体二极管的导通方向和储能单元的正负极连通的电流方向相反，就可以通过使放电电流通过单个MOSFET管中的体二极管和电阻器R4，消耗该储能单元的负电压能量。一般情况下，由于生产工艺的原因，单个MOSFET管的漏极和源极之间会有一个寄生二极管即体二极管，其主要作用是当电路中产生很大的瞬间反向电流时，可以通过这个体二极管导出，而不会损坏MOSFET管本身，当然，该体二极管还可以作为其他用途，本发明主要利用带有体二极管的单个MOSFET管作为平衡电路的有源耗散部件，既可以通过其自身的体二极管将储能单元的负电压导出，又可以通过MOSFET管将储能单元的正电压能量导出，以达到整个储能装置电压平衡的目的，同时，减少器件数量，简化电路结构，降低生产成本。
为了更好地保证MOSFET管的导通和关断，本发明利用两个三极管Q3、Q1组成了两级放大电路，其输入端与监测电路的电压检测芯片的输出端相连，输出端耦接到单个MOSFET管的栅极，该电压检测芯片的输入端连接在串联的两个分压电阻之间，串联的两个分压电阻耦接到储能单元的两端，通过在电压检测芯片内部设置不同等级的正阈值电压，完成对不同等级电压的监测，然后，再利用与之相连的对应的平衡电路，进行储能单元的正电压能量消耗。
报警电路包括与三极管Q2的集电极相连的二极管D1，该三极管Q2的基极通过电阻器R5耦接到电阻器R4和单个MOSFET管Q4之间，该三极管Q2的发射极耦接到电阻器R4的另一端，这样，当储能单元的正电压能量通过电阻器R4和单个MOSFET管Q4进行消耗时，三极管Q2导通，进而使二极管D1导通，从而输出过电压的报警信号。
本发明利用监测电路对储能单元两端的电压进行监测，若超过正阈值电压，就通过平衡电路进行放电，以消耗其正电压能量，并且当储能单元处于负电压时，平衡电路也可以消耗其负电压能量，该平衡电路采用电阻器与带体二极管的单一MOSFET管串联能够消耗储能单元的正电压能量和负电压能量，既降低了成本，又简化了电路结构，同时，可以采用多个平衡电路和监测电路配合，分级消耗储能单元的能量，更有效地进行电压耗散，延长储能单元的使用寿命，从而提高储能装置的整体性能。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。
Claims (7)
1.一种用于储能装置的平衡设备，其特征在于：包括
监测电路，耦接到储能单元的两端，用于监测所述储能单元的电压；
平衡电路，耦接到储能单元的两端，并且与监测电路相连，用于消耗来自所述储能单元的负电压能量，并且所述电压超过正阈值电压时，使放电电流通过所述平衡电路进行传导而消耗所述储能单元的正电压能量；
报警电路，与所述平衡电路相连，用于所述电压超过正阈值电压时，产生报警。
2.根据权利要求1所述的用于储能装置的平衡设备，其特征在于：所述平衡电路包括串联在一起的有源耗散部件和无源耗散部件，当所述电压超过正阈值电压时，通过使放电电流通过所述有源耗散部件和无源耗散部件，消耗所述储能单元的正电压能量；当所述储能单元处于负电压时，通过使放电电流通过所述有源耗散部件和无源耗散部件，消耗所述储能单元的负电压能量。
3.根据权利要求2所述的用于储能装置的平衡设备，其特征在于：所述有源耗散部件包括单个MOSFET管，所述无源耗散部件包括电阻器，当所述电压超过正阈值电压时，通过使放电电流通过所述电阻器和单个MOSFET管，消耗所述储能单元的正电压能量；当所述储能单元处于负电压时，通过使放电电流通过所述单个MOSFET管中的体二极管和电阻器，消耗所述储能单元的负电压能量，所述单个MOSFET管中的体二极管的导通方向和储能单元的正负极连通的电流方向相反。
4.根据权利要求3所述的用于储能装置的平衡设备，其特征在于：所述监测电路包括电压检测芯片，所述电压检测芯片的输入端连接在串联的两个分压电阻之间，所述串联的两个分压电阻耦接到储能单元的两端，所述平衡电路还包括与单个MOSFET管相连的电压放大电路，所述电压检测芯片的输出端与电压放大电路相连，所述电压放大电路用于提供单个MOSFET管的导通电压。
5.根据权利要求4所述的用于储能装置的平衡设备，其特征在于：所述电压放大电路包括多个三极管，设置为两级放大电路。
6.根据权利要求1所述的用于储能装置的平衡设备，其特征在于：所述报警电路包括二极管。
7.根据权利要求1所述的用于储能装置的平衡设备，其特征在于：所述监测电路设置有多个，分别监测储能单元不同等级的正阈值电压，所述平衡电路与监测电路一一对应设置，如果所述电压超过不同等级的正阈值电压，通过使放电电流通过对应的所述平衡电路进行传导而消耗所述储能单元的正电压能量。
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