CN209786851U - 一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路，包括主控模块，可产生具有设定频率和占空比独立可调的多路PWM控制信号；采集模块，可采集电池组中各个电池单体的电压并上传至主控模块进行数据处理为后续均衡提供依据；均衡模块，由三态缓冲门IC、隔离式MOSFET驱动、电阻构成，用于控制MOSFET的开断，决定电池能量和电流的转移方向，另外包括由电池组、高频变压器、MOSFET构成的主回路，用于通过大电流和转移能量。由主控模块产生设定频率和占空比的PWM驱动信号输入均衡模块，由均衡模块接收控制信号，从而可控制均衡电流的大小和方向，实现电池组与组内任意一个单体电池能量的相互转移。本实用新型可以有效的实现串联电池组的容量均衡，提高电池组的使用寿命。

Description

一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路

技术领域

本实用新型涉及一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路，适用于对电池组内部任一电池单体的均衡，使得荷电状态趋于一致。

背景技术

随着大规模电池储能技术的发展，对电池管理系统的要求也日渐增长，其中如何使得大规模电池组中各个单体电池在充放电期间的荷电状态趋于一致的重要性也突显出来。目前，业界普遍采用的均衡方案可分为被动均衡与主动均衡两个大类，被动均衡是在电池组的各个单体电池两端并联合适阻值的电阻或是二极管，通过电阻消耗电池能量或二极管分流来达到均衡的目的，此种方法效率低而且浪费能源。主动均衡则能克服被动均衡的不足，提升效率并且可减少能量的浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路。

本实用新型是采用如下技术方案来实现的：

一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路，包括

主控模块，可根据要求产生多路具有设定频率、每路占空比独立可调的PWM信号；

采集模块，用于采集电池组中各个电池单体的电压，并将数据发送至主控模块的处理器中进行处理，确定哪一个电池单体需要被均衡；

均衡模块，用于为每个电池单体配置一个此均衡模块，可实现接收来自主控模块的信号控制相应的MOSFET的通断，实现电流与能量在单体与电池组间的相互转移，实现组内各个电池单体荷电状态的一致。

本实用新型进一步的改进在于，均衡模块中包括三态缓冲门74HC245，电阻R1、R2、Rg1、Rg2、Rgs1、Rgs2和隔离式的双通道MOSFET驱动芯片UCC2122a，以及隔离式的电源模块B0512S，以上器件用于接收主控板发送的控制信号并进行相应缓冲后控制MOSFET的通断；其中，三态缓冲门74HC245简称为U1，双通道MOSFET驱动芯片UCC2122a简称为U2，电源模块B0512S简称为P1，P1的1引脚接地，P1的2引脚与5V电源VCC相连，U1的1引脚和20引脚接5V电源VCC，U1的2、3引脚接收来自PWM产生模块产生的控制信号，U1的10引脚和19引脚接地，U1的18引脚经过电阻R1与U2的1引脚相连，U1的17引脚经过电阻R2与U2的2引脚相连，U2的4、5引脚接地，U2的3、8引脚接5V电源VCC，U2的15引脚经过电阻Rg1与Qp的栅极相连，U2的10引脚经过电阻Rg2与Qs的栅极相连接，U2的9引脚与P1的3引脚相连再与Qs的源极相连，U2的11引脚与P1的4引脚相连，U2的14引脚与电池组的总负极相连再与Qp的源极相连，U2的16引脚与5V电源VCC相连，Qp和Qs的栅极和源极之间并接大阻值电阻Rgs1，Rgs2。

本实用新型进一步的改进在于，均衡模块还包括高频变压器，与高频变压器的原边串联的N沟道MOSFET管Qp，与高频变压器的副边串联的N沟道MOSFET管Qs，用以流通均衡电流；在高频变压器原副边同名端相反引脚处分别串联一个N沟道的MOSFET，Qp的漏极与T原边其中一个引脚相连，记此引脚为P，Qp的源极与电池组总负极相连，T原边另一个引脚与电池组总正极相连；Qs的源极和T副边中与P的异名端引脚相连，Qs漏极与电池单体正极相连，T副边的另一引脚与电池单体负极相连。

本实用新型具有如下有益的技术效果：

本实用新型提供的一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路，可通过控制各个均衡模块中MOSFET开关的频率与占空比控制转移能量的快慢。若电池组中某一单体电池容量过低，需要向其补充能量使其达到平均状态，可控制均衡模块通过电池组向其充电，若某一单体电池容量过高，需要使其释放能量从而达到平均状态，可控制均衡模块使其向电池组放电，而且上述两种操作可在不同均衡模块当中同时进行，从而可加快对电池组的均衡速率。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型的均衡模块驱动部分电路图；

图3是本实用新型的均衡模块主回路部分电路图；

图4是本实用新型的均衡模块与电池组连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型提供的一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路，包括主控模块、采集模块、均衡模块和被均衡的电池组。主控模块可根据要求产生多路具有设定频率、每路占空比独立可调的PWM信号，可实现当控制Qp的信号结束时触发控制Qs的信号，从而实现对于原边副边的两个MOSFET的同步控制以提高效率；采集模块采集电池组中各个电池单体的电压，并将数据发送至主控模块的处理器中进行处理，确定哪一个电池单体需要被均衡，为后续实施均衡提供数据参考；均衡模块为每个电池单体配置一个此均衡模块，可实现接收来自主控模块的信号控制相应的MOSFET的通断，实现电流与能量在单体与电池组间的相互转移，实现组内各个电池单体荷电状态的一致。

本实用新型的工作原理及过程如下：由主控模块产生多路具有设定频率并且每路的占空比独立可调的PWM控制信号，且对于同一均衡模块的两路控制信号，能实现对于反激电路高频变压器原边副边MOSFET的同步控制，即当原边MOSFET控制信号关断的同时能立马触发副边MOSFET控制信号的开通，也能单独控制原边或者副边MOSFET的开通占空比，从而控制均衡模块中均衡电流的大小和方向，实现单体电池与电池组能量的相互转移，采集模块可采集电池组内各个电池单体的电压并通过主控模块上传至上位机进行数据处理。

如图2所示，均衡模块中包括三态缓冲门74HC245(U1)，电阻R1、R2、Rg1、Rg2、Rgs1、Rgs2和隔离式的双通道MOSFET驱动芯片UCC2122a(U2)，以及隔离式的电源模块B0512S(P1)，以上器件用于接收主控板发送的控制信号并进行相应缓冲后控制MOSFET的通断。其中，P1的1引脚接地，P1的2引脚与5V电源VCC相连，U1的1引脚和20引脚接5V电源VCC，U1的2、3引脚接收来自PWM产生模块产生的控制信号，U1的10引脚和19引脚接地，U1的18引脚经过电阻R1与U2的1引脚相连，U1的17引脚经过电阻R2与U2的2引脚相连(串联R1，R2的目的是减小U2产生的控制信号的畸变)，U2的4、5引脚接地，U2的3、8引脚接5V电源VCC，U2的15引脚经过电阻Rg1与Qp的栅极相连，U2的10引脚经过电阻Rg2与Qs的栅极相连接，U2的9引脚与P1的3引脚相连再与Qs的源极相连，U2的11引脚与P1的4引脚相连，U2的14引脚与电池组的总负极相连再与Qp的源极相连，U2的16引脚与5V电源VCC相连，Qp和Qs的栅极和源极之间并接大阻值电阻Rgs1，Rgs2，目的是防止静电干扰导致的MOSFET误导通。

PWM1，PWM2信号分别为第一路均衡模块的高频变压器原副边MOSFET的控制信号，当其为高电平时MOSFET导通，低电平时关断。此控制信号通过三态缓冲门74HC245的缓冲后输出，经过一限流电阻连接至隔离式双通道MOSFET驱动芯片UCC21220a的信号输入INA，INB引脚，分别对应的输出驱动信号OUTA，OUTB连接至Qp，Qs的栅极，VSSA，VSSB分别连接至Qp，Qs的源极，从而使得MOSFET的栅源极之间形成变化的高低电平控制其通断。同时为了达到电平隔离的作用，使用了两个隔离型的电源模块对此驱动芯片的两个通道分别提供电压。

如图3所示为针对电池3的一路均衡模块电路，均衡模块采用典型的反激式电路(图3中变压器左边侧为原边，右边侧为副边)，但是将传统反激电路中高频变压器副边的二极管替换为了MOSFET，目的是为了实现同步控制提升效率并且可实现对电池组的双向控制。通过主控模块的信号控制MOSFET的开关，并且可通过调整控制信号进而控制传递的电流与能量。当检测到电池3的剩余容量较低，欲对其充电时，可控制如下：一个周期中，当Qp接收信号导通时，电池组、高频变压器原边与Qp形成回路，高频变压器原边电感电流上升，上升至一定值之时，Qp接收信号关断，同时其控制信号的下降沿触发Qs控制信号，Qs接收到控制信号后导通，同时高频变压器的原边能量通过磁耦合传递至副边，此时副边、Qs和BT3形成回路续流放电给单体电池充电。

同理，当电池3的剩余容量较高，欲对其放电时，可仅控制Qs，开通Qs，则BT3，Qs与副边电感形成回路，副边电感电流上升。关闭Qs时，副边电感能量通过磁耦合传递至原边，原边电感通过Qp的寄生二极管续流给电池组放电。

如图4所示为均衡模块与电池组的连接方式示意图，其中每一个均衡模块均与图3所示一样。且每一均衡模块可独立工作，从而为电池组提供均衡。

综上所述，本实用新型提供的一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路，可以实现能量在任意电池之间的快速高效转移，可以很方便地切换转移方向，实现能量的均衡。

Claims (3)

1.一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路，其特征在于，包括

主控模块，可根据要求产生多路具有设定频率、每路占空比独立可调的PWM信号；

采集模块，用于采集电池组中各个电池单体的电压，并将数据发送至主控模块的处理器中进行处理，确定哪一个电池单体需要被均衡；

均衡模块，用于为每个电池单体配置一个此均衡模块，可实现接收来自主控模块的信号控制相应的MOSFET的通断，实现电流与能量在单体与电池组间的相互转移，实现组内各个电池单体荷电状态的一致。

2.根据权利要求1所述的一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路，其特征在于，均衡模块中包括三态缓冲门74HC245，电阻R1、R2、Rg1、Rg2、Rgs1、Rgs2和隔离式的双通道MOSFET驱动芯片UCC2122a，以及隔离式的电源模块B0512S，以上器件用于接收主控板发送的控制信号并进行相应缓冲后控制MOSFET的通断；其中，三态缓冲门74HC245简称为U1，双通道MOSFET驱动芯片UCC2122a简称为U2，电源模块B0512S简称为P1，P1的1引脚接地，P1的2引脚与5V电源VCC相连，U1的1引脚和20引脚接5V电源VCC，U1的2、3引脚接收来自PWM产生模块产生的控制信号，U1的10引脚和19引脚接地，U1的18引脚经过电阻R1与U2的1引脚相连，U1的17引脚经过电阻R2与U2的2引脚相连，U2的4、5引脚接地，U2的3、8引脚接5V电源VCC，U2的15引脚经过电阻Rg1与Qp的栅极相连，U2的10引脚经过电阻Rg2与Qs的栅极相连接，U2的9引脚与P1的3引脚相连再与Qs的源极相连，U2的11引脚与P1的4引脚相连，U2的14引脚与电池组的总负极相连再与Qp的源极相连，U2的16引脚与5V电源VCC相连，Qp和Qs的栅极和源极之间并接大阻值电阻Rgs1，Rgs2。

3.根据权利要求2所述的一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路，其特征在于，均衡模块还包括高频变压器，与高频变压器的原边串联的N沟道MOSFET管Qp，与高频变压器的副边串联的N沟道MOSFET管Qs，用以流通均衡电流；在高频变压器原副边同名端相反引脚处分别串联一个N沟道的MOSFET，Qp的漏极与T原边其中一个引脚相连，记此引脚为P，Qp的源极与电池组总负极相连，T原边另一个引脚与电池组总正极相连；Qs的源极和T副边中与P的异名端引脚相连，Qs漏极与电池单体正极相连，T副边的另一引脚与电池单体负极相连。