CN204905927U - 一种串联电池组电压均衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种串联电池组电压均衡装置，其包括：电源、两对反向二极管D1、D2、PWM信号发生器、两个电容C1、C2、电子开关Q1和电感L1。所述电源包括第一电源BT1和第二电池BT2。两对反向二极管D1和D2分别由一个BAV99芯片实现。所述电子开关Q1采用场效应管。与现有技术相比，本实用新型中的串联电池组电压均衡装置有如下优点：1、只须少数元器件，且功率器件仅有一个即可实现电压均衡功能；2、只需要一个控制信号完成控制；3、采用电容换能，减少能量的浪费。

Description

一种串联电池组电压均衡装置

技术领域

本实用新型涉及电子电路领域，具体涉及串联电池组充电过程中的单体电池电压均衡问题。

背景技术

目前，在日常小家电领域的很多应用中需要大电压供电，如5V、9V、12V、24V等，但现有电池一般为1.2V、1.5V、3.7V等，需要通过电池的串联来提高电压。然而由于生产工艺造成单体电池之间存在差异，其初始电压不可能完全相同，在充电过程中将使某一单体电池已满充，其他电池还未满充，或某一单体电池过充，在放电时，又会造成某一单体电池过放，或者其他电池放电不完全，周而复始，最终使电池寿命下降。

目前的电压均衡电路主要为能量转换型或能量消耗型，即将电压较高电池的能量转换到电压较低的电池或将该能量通过电阻消耗掉。前者的控制电路较复杂，且可能产生较大的电压波纹，不利于充电，后者则会产生较大的热量，且会消耗较多的能量。

因此，目前市场上还没有一种比较合适的串联电池组电压均衡装置，能够满足各方面需要并且能量损耗最低。

实用新型内容

为了解决现有的串联电池组电压均衡装置存在的不足，本实用新型希望提供一种结构简单、控制方便、且能量浪费少的串联电池组电压均衡装置。

具体而言，本实用新型提供一种串联电池组电压均衡装置，其特征在于，所述串联电池组电压均衡装置包括：充电电源、两对反向二极管D1、D2、PWM信号发生器、两个电容C1、C2、电子开关Q1和电感L1。

在一种优选实现方式中，所述串联电池组电压均衡装置用于对串联电池组进行均衡，该串联电池组包括第一电池BT1和第二电池BT2，二者彼此串联。

在一种优选实现方式中，两对反向二极管D1和D2分别由一个BAV99芯片实现。

在一种优选实现方式中，所述电子开关Q1采用场效应管。

在一种优选实现方式中，所述PWM信号发生器产生脉宽调制信号，并输出至所述电子开关Q1的第一个端口；

在一种优选实现方式中，所述电感L1的第一端连接至充电电源的正极V+，第二端分别连接至第一电容C1的第一端、第二电容C2的第一端，电子开关Q1的第二个端口，所述充电电源的负极V-连接至所述电子开关的第三个端口。

本实用新型为了解决现有电压均衡装置存在的控制复杂或发热较大的问题，采用BAV99芯片和PWM信号，用较少的元件和控制信号实现电压均衡的目的，且以电容换能的方式减少能量的消耗，降低电池发热量。

与现有技术相比，本实用新型的电压均衡装置有如下优点：

1、只须少数元器件，且功率器件仅有一个即可实现电压均衡功能

2、只需要一个控制信号完成控制

3、采用电容换能，减少能量的浪费

附图说明

图1示出了本实用新型一个实施例中均衡装置的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细描述。

如图1所示，本实施例中，串联电池组电压均衡装置包括：充电电源、两对反向二极管D1、D2、PWM信号发生器(图中以脉冲波表示)、两个电容C1、C2、电子开关Q1和电感L1。

该串联电池组电压均衡装置用于对串联电池组进行均衡，该串联电池组包括第一电池BT1和第二电池BT2，二者彼此串联。BT1、BT2为两个串联的同型号电池。D1、D2为BAV99芯片，其内部等效于两个快速恢复二极管。Q1为快速响应的电子开关，如场效应管，PWM信号为脉宽调制信号，V+、V-为充电电压的正负极，其值大于BTi的最大值与BAV99压降的和。两对反向二极管D1和D2分别由一个BAV99芯片实现。电子开关Q1采用场效应管。PWM信号发生器产生脉宽调制信号，并输出至所述电子开关Q1的第一个端口。

电感L1的第一端连接至充电电压的正极V+，第二端分别连接至第一电容C1的第一端、第二电容C2的第一端，电子开关Q1的第二个端口，所述充电电压的负极V-连接至所述电子开关的第三个端口。第二电容C2的第二端连接至第一对反向二极管D1的引脚3，所述第一电容C1的第二端连接至第二对反向二极管D2的引脚6，所述第一对反向二极管D1的引脚1连接至第一电池BT1的负极，所述第一对反向二极管D1的引脚2连接至第一电池BT1的正极和所述第二对反向二极管D2的引脚4；所述第二对反向二极管D2的引脚5连接至所述第二电池BT2的正极。

在充电过程，以PWM信号控制Q1的通断，以PWM占空比控制Q1的通断频率，满足不同容量电池的充电。当Q1断开时，V+通过L1、C1、C2、D1、D2分别给BT1、BT2充电，当Q1闭合时，V+给L1充电，BT1、BT2通过D1、D2给C1、C2充电，当Q1再次断开时，V+、L1先将C1、C2上的电荷中和再给其充电，并通过D1、D2给BT1、BT2通电，通过控制Q1通断，循环上述过程，实现给BT1、BT2充电，在整个充电过程中，V+提供能量，L1为Q闭合时的储能元件，C1、C2为换能元件，BAV99为电流通过，BT1、BT2为获能元件。C1、C2为实现V+与BT1、BT2换能的关键元件。由基尔霍夫定律可得出系列关系式，其中V_x为Ci与L1之间节点电压，V_D为BAV99一个二极管的正向压降。

在Q1导通前的瞬间，C1、C2的电压为V_C1断、V_C2断，其值分别为

V_C1断＝V_D+V_BT1-V_x……①；

V_C2断＝V_D+V_BT1+V_BT2-V_x……②；

在Q1断开前的瞬间，C1、C2的电压为V_C1通、V_C2通，其值分别为

V_C1通＝-V_D……③；

V_C2通＝V_BT1-V_D……④；

由上述4个公式可得到Q1通断过程中Ci的电压变化情况，即为电容的换能情况

δV_C1＝③-①＝V_x-V_BT1-2V_D……⑤；δV_C2＝④-②＝V_x-V_BT2-2V_D……⑥

电容的电量Q＝C·δV……⑦，由⑤、⑥式可知为电容失去能量，充电给BT1、BT2，数值为⑦式决定。

电容失去的能量以电压变化的形式表现，每一时刻电池电压

V_BTi瞬＝V_BTi+δV_Ci＝V_x-2V_D……⑧

由⑧式可知，采用该电路，最终实现了所有电池电压保持相同且为V_x-2V_D。

虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。

Claims (6)

1.一种串联电池组电压均衡装置，其特征在于，所述串联电池组电压均衡装置包括：充电电源、两对反向二极管D1、D2、PWM信号发生器、两个电容C1、C2、电子开关Q1和电感L1。

2.根据权利要求1所述的串联电池组电压均衡装置，其特征在于，所述串联电池组电压均衡装置用于对串联电池组进行均衡，该串联电池组包括第一电池BT1和第二电池BT2，二者彼此串联。

3.根据权利要求1所述的串联电池组电压均衡装置，其特征在于，两对反向二极管D1和D2分别由一个BAV99芯片实现。

4.根据权利要求1所述的串联电池组电压均衡装置，其特征在于，所述电子开关Q1采用场效应管。

5.根据权利要求4所述的串联电池组电压均衡装置，其特征在于，

所述PWM信号发生器产生脉宽调制信号，并输出至所述电子开关Q1的第一个端口。

6.根据权利要求5所述的串联电池组电压均衡装置，其特征在于，

所述电感L1的第一端连接至所述充电电源的正极V+，第二端分别连接至第一电容C1的第一端、第二电容C2的第一端、所述电子开关Q1的第二个端口，所述充电电源的负极V-连接至所述电子开关Q1的第三个端口。