CN112104036A - 一种非接触式动力电池充电和耗散均衡装置 - Google Patents

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Abstract

一种非接触式动力电池充电和耗散均衡装置，其利用非接触式动力电池充电装置中的接收线圈作为均衡拓扑结构的一部分，创新性地实现了一种充电线圈与功率电阻组合的均衡结构，使得无增加外部设备的情况下通过将瞬时大电流及时转化为热能释放，从而解决了现有技术中单体性能不一致所导致的的技术问题，具有成本低、功率大的有益效果好。

Description

一种非接触式动力电池充电和耗散均衡装置
技术领域
本发明涉及动力电池非接触式充电技术领域，尤其涉及一种非接触式动力电池充电与耗散均衡技术。
背景技术
对于目前常见的动力电池来说，由于使用过程中产生的容量个体差异及自放电率产生的电压差异，使得电池组整体的性能稳定性不良，缺乏有效的解决办法。虽然在一些接触式的充电方式中已有采用主动均衡和被动均衡的手段解决此问题，但在这两种手段中，被动均衡存在功率低，整体能量利用率低、均衡电流较小，不适用于容量较大的串联式系统等缺点，而主动均衡电路则由于结构复杂、成本高昂因而被限制了应用，同时可靠性也较差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种非接触式动力电池充电和耗散均衡装置，其具体包括：
安装于电动载运工具的电动载运工具端和安装于固定充电位的供电端；所述电动载运工具包括但不限于：电动车辆、电动飞行器、电动船舶；
所述供电端包括发射线圈装置、外部电源和主控制器；
所述电动载运工具端包括第一整流滤波器、多个电池单体、接收线圈装置、均衡继电器、功率电阻、第一无线收发装置、多个电池单体选择开关、充电继电器以及从控制器；
其中，所述发射线圈装置用于产生高频交变磁场；所述接收线圈装置用于将感应到的发射线圈装置发出的高频交变磁场转变为高频交流电；
所述多个电池单体选择开关与各电池单体一一对应进行控制；
所述多个电池单体、多个电池选择开关、第一整流滤波器、充电继电器以及接收线圈装置线圈依次串联；
所述充电继电器与所述电池单体选择开关相互配合，进行选通为特定电池单体或电池模组充电；
所述多个电池选择开关、均衡继电器、功率电阻、接收线圈装置依次串联；均衡器继电器与电池单体选择开关配合，用于使特定单体的瞬时大电流放电，并通过功率电阻将电能转化为热能耗散掉，从而实现各电池单体之间能够实时保持一致性以及电池组整体的均衡；
所述从控制器用于控制均衡器继电器、充电继电器的通断，以及控制多个电池单体选择开关的通断与选通；
主控制器与从控制器通信交换测得的电池单体电压、温度或者更新的电池SOC或SOH信息。
进一步地，在电动载运工具端接收线圈装置与充电继电器之间还串联有第一拓扑补偿电路，用于减小接收线圈装置的漏感，提高能量的传输效率，补偿结构可以采取S/S、LS、PS、PP、LCC等多种形式。
进一步地，所述供电端具有第二整流滤波装置、逆变器以及第二拓扑补偿电路，串联于外部电源与发射线圈装置之间，并根据主控制器的控制产生高频交变磁场。
进一步地，所述电动载运工具端设有第一无线收发装置，供电端设有第二无线收发装置，用于实现主、从控制器之间的无线通信。
进一步地，所述发射线圈装置采用利兹线缠绕的线圈，将高频交流电转变为高频交变磁场。
上述本发明所提供的非接触式动力电池充电和耗散均衡装置中，克服了现有技术中缺乏利用非接触式动力电池充电装置中线圈结构作为均衡的拓扑结构的手段、在非接触充电装置中不知如何利用均衡装置的技术偏见；利用非接触式动力电池充电装置中的接收线圈作为均衡拓扑结构的一部分，创新性地实现了一种充电线圈与功率电阻组合的均衡结构，使得无增加外部设备的情况下通过将瞬时大电流及时转化为热能释放，从而解决了现有技术中单体性能不一致所导致的的技术问题，具有成本低、功率大的有益效果好。
附图说明
图1为本发明所提供的非接触式动力电池充电和耗散均衡装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
动力电池包括多个电池模组，每个模组由串联单体构成；
本发明所提供的一种非接触式动力电池充电和耗散均衡装置，如图1所示，包括安装于电动载运工具的电动载运工具端和安装于固定充电位的供电端；
所述供电端包括发射线圈装置15、第二拓扑补偿电路14、逆变器13、第二整流滤波器12、第二无线收发装置11、主控制器10；
第二整流滤波器12将外部电源输入的直流电或者交流电转变为直流电；
逆变器13在第二拓扑补偿电路14和第二整流滤波电路12之间；用于将整流滤波后的直流电转变为高频交流电；
第二拓扑补偿电路14在逆变器13和发射线圈装置15之间；用于减小发射线圈装置的漏感，提高能量的传输效率，补偿结构可以采取S/S、LS、PS、PP、LCC等多种形式。
发射线圈装置15，为一个用利兹线缠绕的线圈，将高频交流电转变为高频交变磁场；
主控制器获取电池电压、电流、温度、SOC，计算电池所需最优充电电流、最优充电电压和充电功率，从而控制逆变器13来控制发射线圈装置15，实现动力电池的最优充电电流、最优充电电压和充电功率；
所述电动载运工具端包括第一无线收发装置22、从控制器23、均衡继电器21、功率电阻20、充电继电器18、第一整流滤波器19、第一拓扑补偿电路17、接收线圈装置16和电池组24；
接收线圈装置16，为一个用利兹线缠绕的线圈，将感应到的发射线圈装置15发出的高频交变磁场转变为高频交流电；
第一拓扑补偿电路17在充电继电器18与均衡继电器21之间，用于减小接收线圈装置16的漏感，提高能量的传输效率，补偿结构可以采取S/S、LS、PS、PP、LCC等多种形式。
充电继电器18通断及特定的电池单体选择开关的通断，决定是否为所述的特定的电池单体或模组充电。
充电继电器18两端分别与第一整流滤波器19和第一拓扑补偿电路17串联，与第一拓扑补偿电路17串联后的第一端连接接收线圈16，另一第二端连接到多个电池组选择开关Q1、Q2、Q3、Q4……Qn；
第一整流滤波19连接在充电继电器18和多个电池端控制开关之间，将接收线圈装置16产生的高频交流电转变为直流电；
均衡继电器21连接在均衡线圈装置21和多个电池单体端控制开关之间，均衡A继电器的通断及特定的电池单体选择开关的通断，决定是否为特定电池单体放电均衡。
多个电池单体正极选择开关Q1、Q2、Q3、Q4……Qn，电池单体正极选择开关与电池单体一一对应，每个所述的电池选择开关分别连接一个电池单体正极，控制各电池单体是否与均衡继电器21断开/闭合，即是否进行均衡；控制电池单体是否与充电继电器18断开/闭合，即是否为电池单体或模组进行充电。
多个电池单体负极选择开关Q1A、Q2A、Q3A、Q4A……QnA，电池单体负极选择开关与电池单体一一对应，每个所述的电池选择开关分别连接一个电池单体负极，控制各电池单体是否与均衡继电器21断开/闭合，即是否进行均衡；
从控制器23控制均衡继电器21、充电继电器18的通断，控制多个电池单体正极选择开关Q1、Q2、Q3、Q4……Qn和电池负极单体选择开关Q1A、Q2A、Q3A、Q4A……QnA的通断，进而控制执行充电或均衡的一种或多种。
第一无线收发装置22与从控制器23连接，第二无线收发装置11与主控制器相10连接，第一无线收发装置22与第二无线收发装置11之间进行无线通讯数据传输，交换电池电压、电流、温度或者更新的SOC、SOH等信息。
下文对均衡和充电部分的工作原理进行描述：
a、充电
从控制器闭合充电继电器，并打开需要充电的电池单体或模组选择开关，发射线圈装置产生高频交变磁场，接收线圈装置感应高频交变磁场从而产生高频交流电，通过充电继电器和整流滤波器，高频交流电转化为直流电，加载到需要充电的电池单体或模组两端，实现为电池充电功能。
b、均衡
从控制器闭合均衡继电器，并打开需要均衡的电池单体正极和负极选择开关，相应电池单体瞬时大电流放电，电流经过功率电阻和接收线圈装置形成闭合回路，功率电阻将电能转化为热能耗散掉，实现单体均衡功能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种非接触式动力电池充电和耗散均衡装置，其特征在于：
该装置具体包括：
安装于电动载运工具的电动载运工具端和安装于固定充电位的供电端；
所述供电端包括发射线圈装置、外部电源和主控制器；
所述电动载运工具端包括第一整流滤波器、多个电池单体、接收线圈装置、均衡继电器、功率电阻、均衡线圈装置、多个电池单体选择开关、充电继电器以及从控制器；
其中，所述发射线圈装置用于产生高频交变磁场；所述接收线圈装置用于将感应到的发射线圈装置发出的高频交变磁场转变为高频交流电，并实现对电流的均衡作用；
所述多个电池单体选择开关与各电池单体一一对应进行控制；
所述多个电池单体、多个电池选择开关、第一整流滤波器、充电继电器以及接收线圈装置线圈依次串联；
所述充电继电器与所述电池单体选择开关相互配合，进行选通为特定电池单体或电池模组充电；
所述多个电池选择开关、均衡继电器、功率电阻、接收线圈装置依次串联；均衡器继电器与电池单体选择开关配合，用于使特定单体放电，并通过功率电阻将电能转化为热能耗散掉；
所述从控制器用于控制均衡器继电器、充电继电器的通断，以及控制多个电池单体选择开关的通断与选通；
主控制器与从控制器通信交换测得的电池单体电压、电流或者更新的电池SOC或SOH信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在电动载运工具端接收线圈装置与充电继电器之间还串联有第一拓扑补偿电路，用于减小接收线圈装置的漏感。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述供电端具有第二整流滤波装置、逆变器以及第二拓扑补偿电路，串联于外部电源与发射线圈装置之间，并根据主控制器的控制产生高频交变磁场。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电动载运工具端设有第一无线收发装置，供电端设有第二无线收发装置，用于实现主、从控制器之间的无线通信。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述发射线圈装置采用利兹线缠绕的线圈，将高频交流电转变为高频交变磁场。
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