CN204258367U - 基于外部控制反激电路的电池组双向主动均衡电路 - Google Patents
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Abstract
基于外部控制反激电路的电池组双向主动均衡电路，包括多个串联连接的电池组，每个电池组与其相邻的电池组之间均设有可主动双向均衡能量的均衡电路，所述均衡电路包括对与其相连的电池组进行电压采样比较后输出控制信号的控制电路，所述控制电路上连接有能量上传电路和能量下传电路，所述能量上传电路和能量下传电路均是反激电路。本实用新型采用阶梯式均衡结构，实现同一时间同时对多个电池组进行均衡，有效提升了整体的均衡效率，适用于电压较高的储能技术以及大型电动设备的高电压动力电池组。采用反激拓扑结构，虽然不能将功率做的很高，但该均衡方式电路简单，成本低，无论在电池充放电过程中还是在静置状态下都在起正作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于外部控制反激电路的电池组双向主动均衡电路。
背景技术
对于现有的均衡方案，主要有下面三种类型。
首先第一种是被动均衡，被动均衡是通过给电池组中每只单体电池并联一个电阻进行放电分流，如图1所示，从而实现均衡的。这种电路结构比较简单，只是将容量高的单体电池的能量消耗，但是存在能量浪费和热管理的问题。如果将被动均衡应用在高电压高容量的电池组上，那么需要更大功率的电阻，同时分流时产生的大量热需要管理。
第二种使用Buck-Boost拓扑，如图2所示，在相邻电池间进行双向传递能量。控制电路检测电池A和B的电量，当电池A的电量大于电池B时，控制电路通过控制MOS管Q1和Q2开关，先将电池A的能量储存在电感中，然后再将能量转移到电池B；当电池B的电量大于电池A时，控制电路通过控制MOS管Q1和Q2开关，先将电池B的能量储存在电感中，然后再将能量转移到电池A；当电池A和电池B容量相当时，MOS管Q1和Q2都关闭，电路不工作。该Buck-Boost拓扑均衡方式有如下缺点：1：该拓扑无法把电压做高，不适合电池组间的均衡；2：对功率有一定的限制。
第三种使用集成反激，该拓扑分两类均衡：组内均衡和组间均衡。组内均衡以第一箱电池为例，如图3所示B1-1单体电压高，B1-3单体电压低，当均衡工作时，闭合功率开关管T1-B1，同时闭合功率开关管T1-A3；B1-1单体的功率开关管工作在高频开关状态，能量通过高频变压器N1感应到B1-3，此时B1-3的功率开关管工作在常闭状态。组间均衡以第一箱和第二箱电池为例，如图4所示。假设B1-1单体电压高，B2-1单体电压低，均衡电路工作时，闭合功率开关管T1-B1，同时闭合功率开关管T2-A1，B1-1的能量通过高频变压器的原边绕组，感应到高频变压器N1副边绕组，与高频变压器N1并联的高频变压器N2将能量感应到B2-1单体的变压器原边绕组，经电感整流给B2-1补电。集成反激电路的均衡方式有如下缺点：1：虽然是双向能量传输，但同一时间，整组最多只能对一节电池进行均衡，均衡速度慢；2：需要专用集成控制芯片，成本高，很难用常用离散元件实现；3：一路损坏，需要整组更换，难以实现模块化，使用不便。
发明内容
本实用新型提供了一种均衡效率高、功耗低、方便维修、稳定可靠的基于外部控制反激电路的电池组双向主动均衡电路。
本实用新型采用的技术方案是：
基于外部控制反激电路的电池组双向主动均衡电路，包括多个串联连接的电池组，其特征在于：每个电池组与与其相邻的电池组之间均设有可主动双向均衡能量的均衡电路，所述均衡电路包括对与其相连的电池组进行电压采样比较后输出控制信号的控制电路，所述控制电路上连接有能量上传电路和能量下传电路，所述能量上传电路和能量下传电路均是反激电路，当所述控制电路检测到电池组的容量大于其正端的相邻电池组或小于其负端的相邻电池组时，相应均衡电路的控制电路输出能量上传信号给相应的能量上传电路，能量上传电路将能量高的电池组往能量低的电池组转移能量，当所述控制电路检测到电池组的容量大于其负端的相邻电池组或小于其正端的相邻电池组时，相应均衡电路的控制电路输出能量下传信号给相应的能量下传电路，能量下传电路将能量高的电池组往能量低的电池组转移能量，当控制电路检测到相邻的电池组之间的容量趋向均衡，则输出停止信号给能量上传电路或能量下传电路。本实用新型采用一种阶梯式的均衡结构，在同一时间所有的均衡电路一起工作，实现同一时间同时对多个电池组进行均衡，有效提升了整体的均衡效率，适用于电压较高的储能技术以及大型电动设备的高电压动力电池组。而且采用反激拓扑结构的能量上传和能量下传电路，虽然不能将功率做的很高，但该均衡方式电路简单，成本低，无论在电池充放电过程中还是在静置状态下都在起正作用。
进一步，所述反激电路包括与控制电路连接的反激控制器，所述反激控制器的输出端连接有由其控制开断实现能量转移的MOS开关管。能量上传电路或能量下传电路在接收到控制电路发送的能量传输信号时，通过反激控制器，输出GATE驱动信号给MOS开关管，使其导通开始能量传输转移。
进一步，所述电池组是一个电池或是一个以上电池串联形成的电池组串。
本实用新型的有益效果：适用于电压较高的电池组，电池组可以达到24串甚至48串；属于能量转移式均衡，不会产生大量的热同时也不会浪费能量；阶梯式均衡结构保证整体的均衡效果；均衡电路外部结构简单，便于调试；无需专用集成控制芯片，都是常用元件，容易实现，成本低。模块化设计，更新维护升级方便。
附图说明
图1是电阻放电型被动均衡电路。
图2是Buck-Boost拓扑结构的均衡电路。
图3是组内均衡的集成反激拓扑均衡电路。
图4是组间均衡的集成反激拓扑均衡电路。
图5是本实用新型的结构示意图。
图6是本实用新型的均衡电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本实用新型进行进一步说明，但并不将本实用新型局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本实用新型涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
参照图5、图6，基于外部控制反激电路的电池组双向主动均衡电路，包括多个串联连接的电池组10，每个电池组10与与其相邻的电池组10之间均设有可主动双向均衡能量的均衡电路20，所述均衡电路20包括对与其相连的电池组10进行电压采样比较后输出控制信号的控制电路201，所述控制电路201上连接有能量上传电路202和能量下传电路203，所述能量上传电路202和能量下传电路203均是反激电路，当所述控制电路201检测到电池组10的容量大于其正端的相邻电池组10或小于其负端的相邻电池组10时，相应均衡电路20的控制电路201输出能量上传信号给相应的能量上传电路20，能量上传电路202将能量高的电池组往能量低的电池组转移能量，当所述控制电路201检测到电池组10的容量大于其负端的相邻电池组10或小于其正端的相邻电池组10时，相应均衡电路20的控制电路201输出能量下传信号给相应的能量下传电路203，能量下传电路203将能量高的电池组往能量低的电池组转移能量，当控制电路201检测到相邻的电池组10之间的容量趋向均衡，则输出停止信号给能量上传电路202或能量下传电路203。本实用新型采用一种阶梯式的均衡结构，在同一时间所有的均衡电路一起工作，实现同一时间同时对多个电池组进行均衡，有效提升了整体的均衡效率，适用于电压较高的储能技术以及大型电动设备的高电压动力电池组。而且采用反激拓扑结构的能量上传和能量下传电路，虽然不能将功率做的很高，但该均衡方式电路简单，成本低，无论在电池充放电过程中还是在静置状态下都在起正作用。
本实施例的所述反激电路采用反激式变压器开关电源，包括与控制电路201连接的反激控制器，所述反激控制器的输出端连接有由其控制开断实现能量转移的MOS开关管。能量上传电路202或能量下传电路203在接收到控制电路201发送的能量传输信号时，通过反激控制器，输出GATE驱动信号给MOS开关管，使其导通开始能量传输转移。本实施例所述电池组10可以是一个电池，也可以是一个以上电池串联形成的电池组串。
本实用新型的工作原理：
参照图5、图6，根据均衡内部的电路拓扑，将电池组10能量转移的两个方向分别称为能量上传态和能量下传。从电池组10总正开始，上电池组向下电池组转移能量称为下传状态，从电池组10总负开始，下电池组向上电池组转移能量称为上传状态。以最下端的两个电池组10均衡为例，均衡电路上电后，经过启动电路分别给反激控制器和控制电路的运放供电，控制电路比较节点GND与A之间的电压值和节点A与B之间的电压值，判断两个电池组电压的大小。若节点GND与A之间的电压较低，控制电路201会输出能量下传信号给能量下传电路203的反激控制器，该反激控制器输出Gate驱动信号控制MOS开关管，使其导通能量开始向下转移；若节点A与B之间的电压较低，控制电路201会输出能量上传信号给能量上传电路202的反激控制器，该反激控制器输出Gate驱动信号控制MOS开关管，使其导通能量开始向上转移。如果两个电池组的电压相近，控制电路输出给两个方向功率电路的都为低电平信号，保证能量上传电路202和能量下传电路203的反激控制器都不处于工作状态。均衡电路20是同时工作的，以最下端的3个电池组10为例，若中间电池组的容量偏低，相应的均衡电路就会将其上电池组和下电池组中的能量向中间电池组中转移，当容量相近时，相应的均衡电路20会自动关掉均衡电流，该均衡电路接线简单易操作，并且模块具有使能功能，大大增加了电路的实用性。
Claims (3)
1.基于外部控制反激电路的电池组双向主动均衡电路，包括多个串联连接的电池组，其特征在于：每个电池组与与其相邻的电池组之间均设有可主动双向均衡能量的均衡电路，所述均衡电路包括对与其相连的电池组进行电压采样比较后输出控制信号的控制电路，所述控制电路上连接有能量上传电路和能量下传电路，所述能量上传电路和能量下传电路均是反激电路，当所述控制电路检测到电池组的容量大于其正端的相邻电池组或小于其负端的相邻电池组时，相应均衡电路的控制电路输出能量上传信号给相应的能量上传电路，能量上传电路将能量高的电池组往能量低的电池组转移能量，当所述控制电路检测到电池组的容量大于其负端的相邻电池组或小于其正端的相邻电池组时，相应均衡电路的控制电路输出能量下传信号给相应的能量下传电路，能量下传电路将能量高的电池组往能量低的电池组转移能量，当控制电路检测到相邻的电池组之间的容量趋向均衡，则输出停止信号给能量上传电路或能量下传电路。
2.如权利要求1所述的基于外部控制反激电路的电池组双向主动均衡电路，其特征在于：所述反激电路包括与控制电路连接的反激控制器，所述反激控制器的输出端连接有由其控制开断实现能量转移的MOS开关管。
3.如权利要求1或2所述的基于外部控制反激电路的电池组双向主动均衡电路，其特征在于：所述电池组是一个电池或是一个以上电池串联形成的电池组串。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201420734211.3U CN204258367U (zh) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 基于外部控制反激电路的电池组双向主动均衡电路 |
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| CN201420734211.3U CN204258367U (zh) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 基于外部控制反激电路的电池组双向主动均衡电路 |
Publications (1)
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ID=52962634
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| CN201420734211.3U Active CN204258367U (zh) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 基于外部控制反激电路的电池组双向主动均衡电路 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN204258367U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018166205A1 (zh) * | 2017-03-16 | 2018-09-20 | 山东大学 | 一种基于多绕组变压器的电池组均衡器模块化系统及方法 |
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2014
- 2014-11-28 CN CN201420734211.3U patent/CN204258367U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| WO2018166205A1 (zh) * | 2017-03-16 | 2018-09-20 | 山东大学 | 一种基于多绕组变压器的电池组均衡器模块化系统及方法 |
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