CN114123395B - 一种自耦合式双向恒流电源 - Google Patents

一种自耦合式双向恒流电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自耦合式双向恒流电源，所述自耦合式双向恒流电源包括：A组电池、B组电池、第一N沟道增强型场效应管、第二N沟道增强型场效应管、第三N沟道增强型场效应管、第四N沟道增强型场效应管、第一单向放电二极管、第二单向放电二极管、第三单向放电二极管、第四单向放电二极管、电感器以及驱动控制单元。自耦合式双向恒流电源是一种利用同一电感器件与4个N沟道增强型场效应型功率管组合，形成高压电池组向低压电池组充电条件和低压电池组向高压电池组充电条件；在不改变连接状态的条件下，实现逆向互充电条件。实现对两组同规格的电池组进行相互充电，实现环循化成及维护功能。

Description

一种自耦合式双向恒流电源
技术领域
本发明属于蓄电池行业的充电技术领域，尤其涉及一种自耦合式双向恒流电源。
背景技术
目前蓄电池行业均为能耗大的产业，规模大的蓄电池厂家每年电耗有2亿多度电，有上亿电费支出；其原因是蓄电池在制成后需要充电化成，有此工艺需要多次充放电循环才能完成。
目前蓄电池行业的化成设备多为电阻放电设备，这种设备在电池充满电后通过专用电阻器对电池放电，放电完成后再次充电；这种充电和放电方式都是耗能模式，是造成用电量大的主要成因；
为改善目前蓄电池行业均为能耗问题，亟需一种能够实现电能再利用的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，提供了一种自耦合式双向恒流电源，通过本发明自耦合式双向恒流电源的结构及连接关系设置，实现了A组电池在与B组电池的相互充电，实现环循化成及维护功能。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种自耦合式双向恒流电源，所述自耦合式双向恒流电源包括：A组电池、B组电池、第一N沟道增强型场效应管、第二N沟道增强型场效应管、第三N沟道增强型场效应管、第四N沟道增强型场效应管、第一单向放电二极管、第二单向放电二极管、第三单向放电二极管、第四单向放电二极管、电感器以及驱动控制单元，A组电池正极端与第一N沟道增强型场效应管的漏极和第二单向放电二极管的负极相连，所述第一N沟道增强型场效应管的源极和第二单向放电二极管正极经电感器分别与第三N沟道增强型场效应管的源极、第四单向放电二极管的正极、所述第四N沟道增强型场效应管的漏极和第三单向放电二极管的负极相连，所述第三N沟道增强型场效应管的漏极和第四单向放电二极管的负极与B组电池正极端电性相连，所述第四N沟道增强型场效应管的源极和第三单向放电二极管的正极与B组电池负极端电性连接；所述第二N沟道增强型场效应管的漏极和第一单向放电二极管的负极与所述第一N沟道增强型场效应管的源极相连，所述第二N沟道增强型场效应管的源极和第一单向放电二极管的正极与A组电池负极端相连；A组电池负极端与B组电池负极端电性连接；所述第一N沟道增强型场效应管、第二N沟道增强型场效应管、第三N沟道增强型场效应管和第四N沟道增强型场效应管的栅极与驱动控制单元电性连接。
根据一个优选的实施方式当A组电池的工作电压V1大于B组电池的工作电压V2，A组电池向B组电池的充电时，所述第一N沟道增强型场效应管被配置为脉冲输出条件，电感器为阻流状态，完成A组电池向B组电池的充电。
根据一个优选的实施方式当A组电池的工作电压V1小于B组电池的工作电压V2，A组电池向B组电池的充电时，所述第一N沟道增强型场效应管被配置为完全导通条件，第四N沟道增强型场效应管被配置为脉冲输出条件，电感器为蓄能状态，完成A组电池向B组电池的充电。
根据一个优选的实施方式当B组电池的工作电压V2高于A组电池的工作电压V1，B组电池向A组电池充电时，所述第三N沟道增强型场效应管被配置为脉冲输出条件，电感器为阻流状态，完成B组电池向A组电池的充电。
根据一个优选的实施方式当B组电池的工作电压V2低于A组电池的工作电压V1，B组电池向A组电池充电时，所述第三N沟道增强型场效应管被配置为完全导通条件，第二N沟道增强型场效应管被配置为脉冲输出条件，电感器为蓄能状态，完成B组电池向A组电池的充电。
根据一个优选的实施方式，所述A组电池负极端与所述B组电池负极端之间还设有分流器，所述分流器两端分别与驱动控制单元相连，完成分流器两端电压信号采集。
根据一个优选的实施方式，所述分流器为电阻。
根据一个优选的实施方式，A组电池正极端与A组电池负极端之间设有第一滤波电容；B组电池正极端与B组电池负极端之间设有第二滤波电容。
根据一个优选的实施方式，A组电池正极端与A组电池负极端之间设有第一电压表。
根据一个优选的实施方式，A组电池正极端与A组电池负极端之间设有第一电压采样器，所述第一电压采样器与驱动控制单元电性连接。
根据一个优选的实施方式，B组电池正极端与B组电池负极端之间设有第二电压表。
根据一个优选的实施方式，B组电池正极端与B组电池负极端之间设有第二电压采样器，所述第二电压采样器与驱动控制单元电性连接。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：通过本发明自耦合式双向恒流电源的结构及连接关系设置，用电感器12与四个N沟道增强型场效应型功率管组合，组合成升压和降压的工作条件，实现对两组同规格的A\B电池组进行相互充电的功能。可以在不改变连接状态的条件下，实现逆向互充电条件。实现对两组同规格的电池组进行相互充电，实现环循化成及维护功能；通过两组或多组储能器进行内部能量转移，把现有电池化成工艺中的电阻放电的耗能的工作方式改变成电池之间互相充电方式，实现循环化成工艺，大幅降低电池行业的能耗成本，降幅度可达30％。
附图说明
图1是本发明的自耦合式双向恒流电源的原理示意图；
其中，1-A组电池正极端，2-A组电池负极端，3-B组电池正极端，4-B组电池负极端，5-第一滤波电容，6-第一电压表，7-第一电压采样器，8-第一N沟道增强型场效应管，9-第二N沟道增强型场效应管，10-第一单向放电二极管，11-第二单向放电二极管，12-电感器，13-第三N沟道增强型场效应管，14-第四N沟道增强型场效应管，15-第三单向放电二极管，16-第四单向放电二极管，17-第二电压采样器，18-第二滤波电容，19-分流器，20-驱动控制单元，21-第二电压表。
具体实施方式
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
参考图1所示，图中示出了一种自耦合式双向恒流电源，所述自耦合式双向恒流电源包括：A组电池、B组电池、第一N沟道增强型场效应管8、第二N沟道增强型场效应管9、第三N沟道增强型场效应管13、第四N沟道增强型场效应管14、第一单向放电二极管10、第二单向放电二极管11、第三单向放电二极管15、第四单向放电二极管16、电感器12以及驱动控制单元20，驱动控制单元20为系统驱动控制总成，用于驱动功率器件(N沟道增强型场效应管)并完成设定的逻辑控制。
本发明自耦合式双向恒流电源中A组电池正极端1与第一N沟道增强型场效应管8的漏极和第二单向放电二极管11的负极相连。所述第一N沟道增强型场效应管8的源极和第二单向放电二极管11正极经电感器12分别与第三N沟道增强型场效应管13的源极、第四单向放电二极管16的正极、所述第四N沟道增强型场效应管14的漏极和第三单向放电二极管15的负极相连。
第三N沟道增强型场效应管13的漏极和第四单向放电二极管16的负极与B组电池正极端3电性相连。第四N沟道增强型场效应管14的源极和第三单向放电二极管15的正极与B组电池负极端4电性连接。
第二N沟道增强型场效应管9的漏极和第一单向放电二极管10的负极与所述第一N沟道增强型场效应管8的源极相连，所述第二N沟道增强型场效应管9的源极和第一单向放电二极管10的正极与A组电池负极端2相连。
A组电池负极端2与B组电池负极端4电性连接。
第一N沟道增强型场效应管8、第二N沟道增强型场效应管9、第三N沟道增强型场效应管13和第四N沟道增强型场效应管14的栅极与驱动控制单元20电性连接。
其中，电感器12用于阻流和蓄能。第一N沟道增强型场效应管8、第二N沟道增强型场效应管9、第三N沟道增强型场效应管13、第四N沟道增强型场效应管14为增强型场效应功率管，用于流量控制。第一单向放电二极管10、第二单向放电二极管11、第三单向放电二极管15、第四单向放电二极管16为单向放电用二极管，恢复型。
优选地，A组电池负极端2与所述B组电池负极端4之间还设有分流器19。所述分流器19两端分别与驱动控制单元20相连，完成分流器19两端电压信号采集。
进一步地，所述分流器19为电阻。从而通过分流器19两端的电压信号，及分流器19的电阻信息，完成回路电流信号采样。
优选地，A组电池正极端1与A组电池负极端2之间设有第一滤波电容5；B组电池正极端3与B组电池负极端4之间设有第二滤波电容18。
优选地，A组电池正极端1与A组电池负极端2之间设有第一电压表6。A组电池正极端1与A组电池负极端2之间设有第一电压采样器7，所述第一电压采样器7与驱动控制单元20电性连接。第一电压采样器7为A组电池的直流电源输入端电压采样电路，用于控制A组电池充放电条件。
优选地，B组电池正极端3与B组电池负极端4之间设有第二电压表21。B组电池正极端3与B组电池负极端4之间设有第二电压采样器17，所述第二电压采样器17与驱动控制单元20电性连接。第二电压采样器17为B组电池的直流电源输入端电压采样电路，用于控制B组电池充放电条件。
本发明自耦合式双向恒流电源包括四种工作状态，分别为：
当A组电池的工作电压V1大于B组电池的工作电压V2，A组电池向B组电池的充电时，所述第一N沟道增强型场效应管8被配置为脉冲输出条件，电感器12为阻流状态，完成A组电池向B组电池的充电。具体地，此状态下的充电回路为A组电池正极端1-第一N沟道增强型场效应管8–电感器12-第四单向放电二极管16-B组电池正极端3-B组电池负极端4-分流器19-A组电池负极2。
当A组电池的工作电压V1小于B组电池的工作电压V2，A组电池向B组电池的充电时，所述第一N沟道增强型场效应管8被配置为完全导通条件，第四N沟道增强型场效应管14被配置为脉冲输出条件，电感器12为蓄能状态，完成A组电池向B组电池的充电。此状态下的充电回路为A组电池正极端1-第一N沟道增强型场效应管8-电感器12-第四单向放电二极管16-B组电池正极端3-B组电池负极端4-分流器19-A组电池负极端2。
当B组电池的工作电压V2高于A组电池的工作电压V1，B组电池向A组电池充电时，所述第三N沟道增强型场效应管13被配置为脉冲输出条件，电感器12为阻流状态，完成B组电池向A组电池的充电。此状态下的充电回路为B组电池正极端3-第三N沟道增强型场效应管13-电感器12-第二单向放电二极管11-A组电池正极端1-A组电池负极端2-分流器19-B组电池负极端4。
当B组电池的工作电压V2低于A组电池的工作电压V1，B组电池向A组电池充电时，所述第三N沟道增强型场效应管13被配置为完全导通条件，第二N沟道增强型场效应管9被配置为脉冲输出条件，电感器12为蓄能状态，完成B组电池向A组电池的充电。此状态下的充电回路为B组电池正极端3-第三N沟道增强型场效应管13-电感器12-第二单向放电二极管11-A组电池正极端1-A组电池负极端2-分流器19-B组电池负极端4。
通过本发明自耦合式双向恒流电源的结构及连接关系设置，用电感器12与四个N沟道增强型场效应型功率管组合，组合成升压和降压的工作条件，实现对两组同规格的A\B电池组进行相互充电的功能。可以在不改变连接状态的条件下，实现逆向互充电条件。实现对两组同规格的电池组进行相互充电，实现环循化成及维护功能；通过两组或多组储能器进行内部能量转移，把现有电池化成工艺中的电阻放电的耗能的工作方式改变成电池之间互相充电方式，实现循环化成工艺，大幅降低电池行业的能耗成本，降幅度可达30％。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自耦合式双向恒流电源，其特征在于，所述自耦合式双向恒流电源包括：A组电池、B组电池、第一N沟道增强型场效应管(8)、第二N沟道增强型场效应管(9)、第三N沟道增强型场效应管(13)、第四N沟道增强型场效应管(14)、第一单向放电二极管(10)、第二单向放电二极管(11)、第三单向放电二极管(15)、第四单向放电二极管(16)、电感器(12)以及驱动控制单元(20)，
A组电池正极端(1)与第一N沟道增强型场效应管(8)的漏极和第二单向放电二极管(11)的负极相连，所述第一N沟道增强型场效应管(8)的源极和第二单向放电二极管(11)正极经电感器(12)分别与第三N沟道增强型场效应管(13)的源极、第四单向放电二极管(16)的正极、所述第四N沟道增强型场效应管(14)的漏极和第三单向放电二极管(15)的负极相连，
所述第三N沟道增强型场效应管(13)的漏极和第四单向放电二极管(16)的负极与B组电池正极端(3)电性相连，
所述第四N沟道增强型场效应管(14)的源极和第三单向放电二极管(15)的正极与B组电池负极端(4)电性连接；
所述第二N沟道增强型场效应管(9)的漏极和第一单向放电二极管(10)的负极与所述第一N沟道增强型场效应管(8)的源极相连，所述第二N沟道增强型场效应管(9)的源极和第一单向放电二极管(10)的正极与A组电池负极端(2)相连；
A组电池负极端(2)与B组电池负极端(4)电性连接；
所述第一N沟道增强型场效应管(8)、第二N沟道增强型场效应管(9)、第三N沟道增强型场效应管(13)和第四N沟道增强型场效应管(14)的栅极与驱动控制单元电性连接；
A组电池正极端(1)与A组电池负极端(2)之间设有第一滤波电容(5)；B组电池正极端(3)与B组电池负极端(4)之间设有第二滤波电容(18)。
2.如权利要求1所述的自耦合式双向恒流电源，其特征在于，当A组电池的工作电压V1大于B组电池的工作电压V2，A组电池向B组电池的充电时，所述第一N沟道增强型场效应管(8)被配置为脉冲输出条件，电感器(12)为阻流状态，完成A组电池向B组电池的充电。
3.如权利要求1所述的自耦合式双向恒流电源，其特征在于，当A组电池的工作电压V1小于B组电池的工作电压V2，A组电池向B组电池的充电时，
所述第一N沟道增强型场效应管(8)被配置为完全导通条件，第四N沟道增强型场效应管(14)被配置为脉冲输出条件，电感器(12)为蓄能状态，完成A组电池向B组电池的充电。
4.如权利要求1所述的自耦合式双向恒流电源，其特征在于，当B组电池的工作电压V2高于A组电池的工作电压V1，B组电池向A组电池充电时，
所述第三N沟道增强型场效应管(13)被配置为脉冲输出条件，电感器(12)为阻流状态，完成B组电池向A组电池的充电。
5.如权利要求1所述的自耦合式双向恒流电源，其特征在于，当B组电池的工作电压V2低于A组电池的工作电压V1，B组电池向A组电池充电时，
所述第三N沟道增强型场效应管(13)被配置为完全导通条件，第二N沟道增强型场效应管(9)被配置为脉冲输出条件，电感器(12)为蓄能状态，完成B组电池向A组电池的充电。
6.如权利要求1至5任一项所述的自耦合式双向恒流电源，其特征在于，所述A组电池负极端(2)与所述B组电池负极端(4)之间还设有分流器(19)，所述分流器(19)两端分别与驱动控制单元(20)相连，完成分流器(19)两端电压信号采集；所述分流器(19)为电阻。
7.如权利要求1至5任一项所述的自耦合式双向恒流电源，其特征在于，A组电池正极端(1)与A组电池负极端(2)之间设有第一电压表(6)；
A组电池正极端(1)与A组电池负极端(2)之间设有第一电压采样器(7)，所述第一电压采样器(7)与驱动控制单元电性连接。
8.如权利要求1至5任一项所述的自耦合式双向恒流电源，其特征在于，B组电池正极端(3)与B组电池负极端(4)之间设有第二电压表(21)；
B组电池正极端(3)与B组电池负极端(4)之间设有第二电压采样器(17)，所述第二电压采样器(17)与驱动控制单元电性连接。
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