一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐芳捌淇刂品椒?br>
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐芳捌淇刂品椒?，屬于蓄電池組充放電【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括功率開關(guān)組Ⅰ、功率開關(guān)組Ⅱ、電感L、一個(gè)功率開關(guān)M、電壓源E、續(xù)流二極管D1和續(xù)流二極管D2；當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從電池組中具有最高荷電狀態(tài)或最高端電壓的第i個(gè)電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從均衡電路向電池組中具有最低荷電狀態(tài)或最低端電壓的第j個(gè)電池Cellj轉(zhuǎn)移。本發(fā)明拓?fù)潆娐吩砗?jiǎn)單；既降低了開關(guān)損耗又使功率開關(guān)器件的控制電路簡(jiǎn)單化。
【專利說(shuō)明】一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐芳捌淇刂品椒?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐芳捌淇刂品椒?，屬于蓄電池組充放電【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境污染和能源危機(jī)的加劇，以蓄電池為動(dòng)力源或輔助能源的各種電動(dòng)車的發(fā)展成為必然。下面以鋰電池為例進(jìn)行說(shuō)明。單體鋰離子電池的標(biāo)稱電壓最高為3.6v，使用中需要多個(gè)單體電池串聯(lián)。單體電池的過(guò)充電或過(guò)放電都將影響電池單體及電池組的使用壽命，甚至發(fā)生爆炸事故，因此在多個(gè)單體電池串聯(lián)使用時(shí)，不允許任何單體電池出現(xiàn)過(guò)放電和過(guò)充電的狀態(tài)。由于各個(gè)單體電池性能的差異，在使用過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)單體端電壓或單體電池的荷電狀態(tài)(S0C)的不一致，在很大程度上影響到了電池組的性能和使用壽命。為了提高電池組的儲(chǔ)能和有效使用的容量以及延長(zhǎng)電池的使用壽命，必須對(duì)串聯(lián)單體蓄電池采取積極有效的均衡措施。
[0003]均衡的時(shí)效性體現(xiàn)在均衡速度和均衡效率兩方面。均衡速度描述了電池組各單體電池達(dá)到均衡所用的時(shí)間；均衡效率則描述了均衡過(guò)程中能量的有效利用率。目前，電池組均衡有多種設(shè)計(jì)方案，從能量轉(zhuǎn)移時(shí)的能量消耗特性區(qū)分為能耗型均衡和非能耗型均衡兩種。非能耗均衡方案以電容或電感作為儲(chǔ)能元件，通過(guò)開關(guān)器件使能量在單體電池之間或單體電池與電池組之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。由于電池單體電壓只有幾伏,對(duì)電池組中的低壓?jiǎn)误w電池充電時(shí)功率開關(guān)器件壓降帶來(lái)的損耗相對(duì)所占比例明顯?，F(xiàn)階段均衡方案對(duì)均衡電流的控制能力弱，在均衡過(guò)程中大部分能量被開關(guān)器件損耗掉，均衡效率普遍較低，與電阻能耗型均衡方案相比優(yōu)勢(shì)不明顯，且電路復(fù)雜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，為解決非能耗均衡方案均衡效率低的問題，本發(fā)明提供了一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐芳捌淇刂品椒?，該拓?fù)潆娐泛?jiǎn)單，對(duì)均衡電流的控制能力強(qiáng)，均衡效高。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐?，包括功率開關(guān)組1、功率開關(guān)組I1、電感L、一個(gè)功率開關(guān)M、電壓源E、續(xù)流二極管D1和續(xù)流二極管D2 ；其中所述功率開關(guān)組I和功率開關(guān)組II為n+1個(gè)橋的橋式開關(guān)電路且其n+1條引出線接n個(gè)串聯(lián)的單體電池，功率開關(guān)組I為上橋臂，功率開關(guān)組II為下橋臂；功率開關(guān)組I的一端同時(shí)與二極管D2的一端和電感L的一端相連，電感L的另一端同時(shí)與二極管D1的一端和功率開關(guān)Μ的一端相連,二極管D2的另一端和功率開關(guān)Μ的另一端同時(shí)與電壓源Ε的一端相連；所述功率開關(guān)組II的一端同時(shí)與二極管D1的另一端和電壓源Ε的另一端相連。
[0006]所述功率開關(guān)組I采用共漏極連接，所述功率開關(guān)組II采用共源極連接，功率開關(guān)組I的漏極同時(shí)與二極管D2的陽(yáng)極和電感L的一端相連，電感L的另一端同時(shí)與二極管D1的陰極和功率開關(guān)Μ的源極相連,二極管D2的陰極和功率開關(guān)Μ的漏極同時(shí)與電壓源Ε的正極相連；所述功率開關(guān)組II的源極同時(shí)與二極管D1的陽(yáng)極和電壓源E的負(fù)極相連。
[0007]所述功率開關(guān)組I由功率開關(guān)Al, "'An及對(duì)應(yīng)的二極管DAI, "'DAn、一個(gè)功率開關(guān)An+1構(gòu)成，功率開關(guān)組II由一個(gè)功率開關(guān)B1、功率開關(guān)B2，…，Bn+1及對(duì)應(yīng)的二極管DB2,…，DBn+Ι構(gòu)成，η為電池組中單體電池的個(gè)數(shù)。
[0008]所述功率開關(guān)組I采用共源極連接，所述功率開關(guān)組II采用共漏極連接，功率開關(guān)組I的源極同時(shí)與二極管D2的陰極和電感L的一端相連，電感L的另一端同時(shí)與二極管D1的陽(yáng)極和功率開關(guān)Μ的漏極相連，二極管D2的陽(yáng)極和功率開關(guān)Μ的源極同時(shí)與電壓源Ε的負(fù)極相連；所述功率開關(guān)組II的漏極同時(shí)與二極管D1的陰極和電壓源Ε的正極相連。
[0009]所述功率開關(guān)組I由一個(gè)功率開關(guān)Α1、功率開關(guān)Α2，...，Αη+1及對(duì)應(yīng)的二極管DA2,...，DAn+l構(gòu)成，功率開關(guān)組II由功率開關(guān)B1，…，Bn及對(duì)應(yīng)的二極管DB1，...，DBn、一個(gè)功率開關(guān)Bn+1構(gòu)成，η為電池組中單體電池的個(gè)數(shù)。
[0010]所述電壓源Ε由電池組經(jīng)DC/DC提供或者電池組以外的蓄電池組提供。
[0011]一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐返目刂品椒ǎ?br>
當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從電池組中具有最高荷電狀態(tài)或最高端電壓的第i個(gè)電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從均衡電路向電池組中具有最低荷電狀態(tài)或最低端電壓的第j個(gè)電池Cell j轉(zhuǎn)移；
當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Celli的上下兩個(gè)放電功率開關(guān)Ai+1和Bi，使其中一個(gè)功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)另一個(gè)功率開關(guān)進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由單體電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的升降壓斬波電路；
當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Cellj的上下兩個(gè)充電功率開關(guān)Aj和Bj+Ι以及功率開關(guān)M，使功率開關(guān)A j和B j+1處于導(dǎo)通狀態(tài)，而對(duì)功率開關(guān)Μ進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由均衡電路向單體電池Cellj轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的降壓斬波電路。
[0012]一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐返目刂品椒ǎ?br>
當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從電池組中具有最高荷電狀態(tài)或最高端電壓的第i個(gè)電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從均衡電路向電池組中具有最低荷電狀態(tài)或最低端電壓的第j個(gè)電池Cellj轉(zhuǎn)移；
當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Celli的上下兩個(gè)放電功率開關(guān)Ai和Bi+Ι，使其中一個(gè)功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)另一個(gè)功率開關(guān)進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由單體電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的升降壓斬波電路；
當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Cellj的上下兩個(gè)充電功率開關(guān)Aj+1和Bj以及功率開關(guān)M，使功率開關(guān)Aj+Ι和Bj處于導(dǎo)通狀態(tài)，而對(duì)功率開關(guān)Μ進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由均衡電路向單體電池Cellj轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的降壓斬波電路。
[0013]本發(fā)明的工作原理是:
本發(fā)明中以電感L為儲(chǔ)能元件，通過(guò)開關(guān)的PWM控制使均衡能量在單體電池與均衡電路之間轉(zhuǎn)移。均衡電路中的功率開關(guān)均采用功率M0SFET開關(guān)，基于典型的升降壓斬波電路工作原理和降壓斬波電路工作原理，電池組充電時(shí)通過(guò)降低電池組中電壓最高的單體電池的充電電流來(lái)提高整個(gè)電池組的充電容量，而電池組放電時(shí)通過(guò)降低電池組中電壓最低的單體電池的放電電流來(lái)提高整個(gè)電池組的放電容量。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以根據(jù)所用各單體電池的荷電狀態(tài)不一致程度，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比來(lái)調(diào)節(jié)均衡電流的大小。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:拓?fù)潆娐吩砗?jiǎn)單，基于典型的斬波電路原理，均衡電流值可靈活調(diào)整，均衡效率高。使用時(shí)，只需設(shè)定PWM的頻率和合適的占空比，均衡過(guò)程中只需對(duì)一個(gè)開關(guān)進(jìn)行PWM控制，其他相關(guān)開關(guān)一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，這樣既降低了開關(guān)損耗又使功率開關(guān)器件的控制電路簡(jiǎn)單化。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐吩韴D一；
圖2是圖1對(duì)應(yīng)情況下，電池組充電時(shí)的均衡放電原理圖；
圖3是圖2所示均衡過(guò)程的等效電路；
圖4是圖2所示均衡過(guò)程的相關(guān)波形圖；
圖5是圖1對(duì)應(yīng)情況下，電池組放電時(shí)的均衡充電原理圖；
圖6是圖5所示均衡過(guò)程的等效電路；
圖7是圖5所示均衡過(guò)程的相關(guān)波形圖；
圖8是本發(fā)明一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐吩韴D二；
圖9是圖8對(duì)應(yīng)情況下，電池組充電時(shí)的均衡放電原理圖；
圖10是圖9所示均衡過(guò)程的等效電路；
圖11是圖9所示均衡過(guò)程的相關(guān)波形圖；
圖12是圖8對(duì)應(yīng)情況下，電池組放電時(shí)的均衡充電原理圖；
圖13是圖12所示均衡過(guò)程的等效電路；
圖14是圖12所示均衡過(guò)程的相關(guān)波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1:如圖1-7所示，一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐罚üβ书_關(guān)組1、功率開關(guān)組I1、電感L、一個(gè)功率開關(guān)M、電壓源E、續(xù)流二極管D1和續(xù)流二極管D2 ;其中所述功率開關(guān)組I和功率開關(guān)組II為n+1個(gè)橋的橋式開關(guān)電路且其n+1條引出線接η個(gè)串聯(lián)的單體電池，功率開關(guān)組I為上橋臂，功率開關(guān)組II為下橋臂；功率開關(guān)組I的一端同時(shí)與二極管D2的一端和電感L的一端相連，電感L的另一端同時(shí)與二極管D1的一端和功率開關(guān)Μ的一端相連，二極管D2的另一端和功率開關(guān)Μ的另一端同時(shí)與電壓源Ε的一端相連；所述功率開關(guān)組II的一端同時(shí)與二極管D1的另一端和電壓源Ε的另一端相連。
[0017]所述功率開關(guān)組I采用共漏極連接，所述功率開關(guān)組II采用共源極連接，功率開關(guān)組I的漏極同時(shí)與二極管D2的陽(yáng)極和電感L的一端相連，電感L的另一端同時(shí)與二極管D1的陰極和功率開關(guān)Μ的源極相連,二極管D2的陰極和功率開關(guān)Μ的漏極同時(shí)與電壓源Ε的正極相連；所述功率開關(guān)組II的源極同時(shí)與二極管D1的陽(yáng)極和電壓源Ε的負(fù)極相連。
[0018]所述功率開關(guān)組I由功率開關(guān)Al, "'An及對(duì)應(yīng)的二極管DAI, "'DAn、一個(gè)功率開關(guān)An+1構(gòu)成，功率開關(guān)組II由一個(gè)功率開關(guān)B1、功率開關(guān)B2，…，Bn+1及對(duì)應(yīng)的二極管DB2,…，DBn+Ι構(gòu)成，η為電池組中單體電池的個(gè)數(shù)。
[0019]所述電壓源Ε由電池組經(jīng)DC/DC提供或者電池組以外的蓄電池組提供。
[0020]一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐返目刂品椒ǎ?br>
當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從電池組中具有最高荷電狀態(tài)或最高端電壓的第i個(gè)電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從均衡電路向電池組中具有最低荷電狀態(tài)或最低端電壓的第j個(gè)電池Cellj轉(zhuǎn)移；
當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Celli的上下兩個(gè)放電功率開關(guān)Ai+1和Bi，使其中一個(gè)功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)另一個(gè)功率開關(guān)進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由單體電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的升降壓斬波電路；
當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Cellj的上下兩個(gè)充電功率開關(guān)Aj和B j+Ι以及功率開關(guān)M，使功率開關(guān)A j和B j+1處于導(dǎo)通狀態(tài)，而對(duì)功率開關(guān)Μ進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由均衡電路向單體電池Cellj轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的降壓斬波電路。
[0021]如圖2所示，電池組處于充電狀態(tài)時(shí)，假設(shè)電池組中單體電池Celli的端電壓或S0C最高，均衡時(shí):通過(guò)回路①，單體電池Cell 1釋放能量，而電感L儲(chǔ)能；通過(guò)回路②，能量由電感L向電壓源E轉(zhuǎn)移。即均衡時(shí)通過(guò)回路①和回路②，能量由高電壓?jiǎn)误w電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移。
[0022]如圖3、4所示，為圖2的等效均衡電路和相關(guān)波形，其中U為單體電池Celli的端電壓，“on”代表開開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，“off”代表開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)，?為均衡過(guò)程中電感L的電流波形。等效的均衡電路為典型的升降壓斬波電路，均衡時(shí)，使Celli的上放電開關(guān)A2 一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，而對(duì)Celli的下放電開關(guān)B1進(jìn)行PWM控制。當(dāng)開關(guān)B1導(dǎo)通時(shí)，回路
①被激活，單體電池Celli放電，電感儲(chǔ)能，電感上的電流上升；當(dāng)開關(guān)B1斷開時(shí)，回路②被激活，電感上的能量通過(guò)續(xù)流二極管D1和D2向電壓源E轉(zhuǎn)移，電感上的電流下降。
[0023]如圖5所示，電池組處于放電狀態(tài)時(shí)，假設(shè)電池組中單體電池Cell2的端電壓或S0C最低，均衡時(shí):通過(guò)回路①，單體電池Ce 112吸收來(lái)自電壓源E的能量，同時(shí)電感L儲(chǔ)能；通過(guò)回路②，電感L中的儲(chǔ)能向單體電池Cell2轉(zhuǎn)移。即均衡時(shí)通過(guò)回路①和回路②，能量由均衡電路向低電壓?jiǎn)误w電池Cel 12轉(zhuǎn)移。
[0024]如圖6、7所示，為圖5的等效均衡電路和相關(guān)波形，其中U為單體電池Cell2的端電壓，等效的均衡電路為典型的降壓斬波電路，均衡時(shí)，使Cell2的上下兩充電開關(guān)A2和B3一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，而對(duì)開關(guān)Μ進(jìn)行PWM控制。當(dāng)開關(guān)Μ導(dǎo)通時(shí)，回路①被激活，單體電池Cell2被充電，同時(shí)電感L儲(chǔ)能，電感上的電流上升；當(dāng)開關(guān)Μ斷開時(shí)，回路②被激活，電感上的能量通過(guò)續(xù)流二極管D1向單體電池Cel 12轉(zhuǎn)移，電感上的電流下降。
[0025]實(shí)施例2:如圖8-14所示，一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐罚üβ书_關(guān)組1、功率開關(guān)組I1、電感L、一個(gè)功率開關(guān)M、電壓源E、續(xù)流二極管D1和續(xù)流二極管D2 ;其中所述功率開關(guān)組I和功率開關(guān)組II為n+1個(gè)橋的橋式開關(guān)電路且其n+1條引出線接η個(gè)串聯(lián)的單體電池，功率開關(guān)組I為上橋臂，功率開關(guān)組II為下橋臂；功率開關(guān)組I的一端同時(shí)與二極管D2的一端和電感L的一端相連，電感L的另一端同時(shí)與二極管D1的一端和功率開關(guān)Μ的一端相連，二極管D2的另一端和功率開關(guān)Μ的另一端同時(shí)與電壓源Ε的一端相連；所述功率開關(guān)組II的一端同時(shí)與二極管D1的另一端和電壓源Ε的另一端相連。
[0026]所述功率開關(guān)組I采用共源極連接，所述功率開關(guān)組II采用共漏極連接，功率開關(guān)組I的源極同時(shí)與二極管D2的陰極和電感L的一端相連，電感L的另一端同時(shí)與二極管D1的陽(yáng)極和功率開關(guān)Μ的漏極相連，二極管D2的陽(yáng)極和功率開關(guān)Μ的源極同時(shí)與電壓源Ε的負(fù)極相連；所述功率開關(guān)組II的漏極同時(shí)與二極管D1的陰極和電壓源Ε的正極相連。
[0027]所述功率開關(guān)組I由一個(gè)功率開關(guān)Α1、功率開關(guān)Α2，...，Αη+1及對(duì)應(yīng)的二極管DA2,...，DAn+l構(gòu)成，功率開關(guān)組II由功率開關(guān)B1，…，Bn及對(duì)應(yīng)的二極管DB1，...，DBn、一個(gè)功率開關(guān)Bn+1構(gòu)成，η為電池組中單體電池的個(gè)數(shù)。
[0028]所述電壓源Ε由電池組經(jīng)DC/DC提供或者電池組以外的蓄電池組提供。
[0029]—種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐返目刂品椒ǎ?br>
當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從電池組中具有最高荷電狀態(tài)或最高端電壓的第i個(gè)電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從均衡電路向電池組中具有最低荷電狀態(tài)或最低端電壓的第j個(gè)電池Cellj轉(zhuǎn)移；
當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Celli的上下兩個(gè)放電功率開關(guān)Ai和Bi+Ι，使其中一個(gè)功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)另一個(gè)功率開關(guān)進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由單體電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的升降壓斬波電路；
當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Cellj的上下兩個(gè)充電功率開關(guān)Aj+1和Bj以及功率開關(guān)M，使功率開關(guān)Aj+Ι和Bj處于導(dǎo)通狀態(tài)，而對(duì)功率開關(guān)Μ進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由均衡電路向單體電池Cellj轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的降壓斬波電路。
[0030]如圖9所示，電池組處于充電狀態(tài)時(shí)，假設(shè)電池組中單體電池Celli的端電壓或S0C最高，均衡時(shí):通過(guò)回路①，單體電池Cell 1釋放能量，而電感L儲(chǔ)能；通過(guò)回路②，能量由電感L向電壓源E轉(zhuǎn)移。即均衡時(shí)通過(guò)回路①和回路②，能量由高電壓?jiǎn)误w電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移。
[0031]如圖10、11所示，為圖9的等效均衡電路和相關(guān)波形，其中U為單體電池Celli的端電壓，“on”代表開開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，“off”代表開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)，i為均衡過(guò)程中電感L的電流波形。等效的均衡電路為典型的升降壓斬波電路，均衡時(shí)，使Celli的下放電開關(guān)B2—直處于導(dǎo)通狀態(tài)，而對(duì)Celli的上放電開關(guān)Al進(jìn)行PWM控制。當(dāng)開關(guān)A1導(dǎo)通時(shí)，回路①被激活，單體電池Celli放電，電感儲(chǔ)能，電感上的電流上升；當(dāng)開關(guān)A1斷開時(shí)，回路
②被激活，電感上的能量通過(guò)續(xù)流二極管D1和D2向電壓源E轉(zhuǎn)移，電感上的電流下降。
[0032]如圖12所示，電池組處于放電狀態(tài)時(shí)，假設(shè)電池組中單體電池Cell2的端電壓或S0C最低，均衡時(shí):通過(guò)回路①，單體電池Ce 112吸收來(lái)自電壓源E的能量，同時(shí)電感L儲(chǔ)能；通過(guò)回路②，電感L中的儲(chǔ)能向單體電池Cell2轉(zhuǎn)移。即均衡時(shí)通過(guò)回路①和回路②，能量由均衡電路向低電壓?jiǎn)误w電池Cel 12轉(zhuǎn)移。
[0033]如圖13、14所示，為圖12的等效均衡電路和相關(guān)波形，其中U為單體電池Cell2的端電壓，等效的均衡電路為典型的降壓斬波電路，均衡時(shí)，使Cell2的上下兩充電開關(guān)A3和B2 —直處于導(dǎo)通狀態(tài)，而對(duì)開關(guān)Μ進(jìn)行PWM控制。當(dāng)開關(guān)Μ導(dǎo)通時(shí)，回路①被激活，單體電池Cel 12被充電，同時(shí)電感L儲(chǔ)能，電感上的電流上升；當(dāng)開關(guān)Μ斷開時(shí)，回路②被激活，電感上的能量通過(guò)續(xù)流二極管D1向單體電池Cel 12轉(zhuǎn)移，電感上的電流下降。
[0034]實(shí)施例3:如圖1-14所示，一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐罚üβ书_關(guān)組1、功率開關(guān)組I1、電感L、一個(gè)功率開關(guān)M、電壓源E、續(xù)流二極管D1和續(xù)流二極管D2 ;其中所述功率開關(guān)組I和功率開關(guān)組II為n+1個(gè)橋的橋式開關(guān)電路且其n+1條引出線接η個(gè)串聯(lián)的單體電池，功率開關(guān)組I為上橋臂，功率開關(guān)組II為下橋臂；功率開關(guān)組I的一端同時(shí)與二極管D2的一端和電感L的一端相連，電感L的另一端同時(shí)與二極管D1的一端和功率開關(guān)Μ的一端相連，二極管D2的另一端和功率開關(guān)Μ的另一端同時(shí)與電壓源Ε的一端相連；所述功率開關(guān)組II的一端同時(shí)與二極管D1的另一端和電壓源Ε的另一端相連。
[0035]所述電壓源E由電池組經(jīng)DC/DC提供。
[0036]實(shí)施例4:如圖1-14所示，一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐罚üβ书_關(guān)組1、功率開關(guān)組I1、電感L、一個(gè)功率開關(guān)M、電壓源E、續(xù)流二極管D1和續(xù)流二極管D2 ;其中所述功率開關(guān)組I和功率開關(guān)組II為n+1個(gè)橋的橋式開關(guān)電路且其n+1條引出線接η個(gè)串聯(lián)的單體電池，功率開關(guān)組I為上橋臂，功率開關(guān)組II為下橋臂；功率開關(guān)組I的一端同時(shí)與二極管D2的一端和電感L的一端相連，電感L的另一端同時(shí)與二極管D1的一端和功率開關(guān)Μ的一端相連，二極管D2的另一端和功率開關(guān)Μ的另一端同時(shí)與電壓源Ε的一端相連；所述功率開關(guān)組II的一端同時(shí)與二極管D1的另一端和電壓源Ε的另一端相連。
[0037]所述電壓源Ε由電池組以外的蓄電池組提供。
[0038]實(shí)施例5:如圖1-14所示，一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐返目刂品椒ǎ?br>
當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從電池組中具有最高荷電狀態(tài)或最高端電壓的第i個(gè)電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從均衡電路向電池組中具有最低荷電狀態(tài)或最低端電壓的第j個(gè)電池Cellj轉(zhuǎn)移；
當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Celli的上下兩個(gè)放電功率開關(guān)Ai+1和Bi，使其中一個(gè)功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)另一個(gè)功率開關(guān)進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由單體電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的升降壓斬波電路；
當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Cellj的上下兩個(gè)充電功率開關(guān)Aj和Bj+Ι以及功率開關(guān)M，使功率開關(guān)Aj和Bj+1處于導(dǎo)通狀態(tài)，而對(duì)功率開關(guān)Μ進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由均衡電路向單體電池Cellj轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的降壓斬波電路。
[0039]實(shí)施例6:如圖1-14所示，一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐返目刂品椒ǎ?br>
當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從電池組中具有最高荷電狀態(tài)或最高端電壓的第i個(gè)電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從均衡電路向電池組中具有最低荷電狀態(tài)或最低端電壓的第j個(gè)電池Cellj轉(zhuǎn)移；
當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Celli的上下兩個(gè)放電功率開關(guān)Ai和Bi+Ι，使其中一個(gè)功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)另一個(gè)功率開關(guān)進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由單體電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的升降壓斬波電路；
當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Cellj的上下兩個(gè)充電功率開關(guān)Aj+1和Bj以及功率開關(guān)M，使功率開關(guān)Aj+Ι和Bj處于導(dǎo)通狀態(tài)，而對(duì)功率開關(guān)Μ進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由均衡電路向單體電池Cellj轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的降壓斬波電路。
[0040]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐?，其特征在?包括功率開關(guān)組1、功率開關(guān)組I1、電感L、一個(gè)功率開關(guān)M、電壓源E、續(xù)流二極管Dl和續(xù)流二極管D2 ;其中所述功率開關(guān)組I和功率開關(guān)組II為n+1個(gè)橋的橋式開關(guān)電路且其n+1條引出線接η個(gè)串聯(lián)的單體電池，功率開關(guān)組I為上橋臂，功率開關(guān)組II為下橋臂；功率開關(guān)組I的一端同時(shí)與二極管D2的一端和電感L的一端相連，電感L的另一端同時(shí)與二極管Dl的一端和功率開關(guān)M的一端相連，二極管D2的另一端和功率開關(guān)M的另一端同時(shí)與電壓源E的一端相連；所述功率開關(guān)組II的一端同時(shí)與二極管Dl的另一端和電壓源E的另一端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐?，其特征在?所述功率開關(guān)組I采用共漏極連接，所述功率開關(guān)組II采用共源極連接，功率開關(guān)組I的漏極同時(shí)與二極管D2的陽(yáng)極和電感L的一端相連，電感L的另一端同時(shí)與二極管Dl的陰極和功率開關(guān)M的源極相連，二極管D2的陰極和功率開關(guān)M的漏極同時(shí)與電壓源E的正極相連；所述功率開關(guān)組II的源極同時(shí)與二極管Dl的陽(yáng)極和電壓源E的負(fù)極相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐?，其特征在?所述功率開關(guān)組I由功率開關(guān)Al，…，An及對(duì)應(yīng)的二極管DAl,…，DAn、一個(gè)功率開關(guān)Αη+1構(gòu)成，功率開關(guān)組II由一個(gè)功率開關(guān)B1、功率開關(guān)Β2，…，Βη+1及對(duì)應(yīng)的二極管DB2，…，DBn+Ι構(gòu)成，η為電池組中單體電池的個(gè)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐?，其特征在?所述功率開關(guān)組I采用共源極連接，所述功率開關(guān)組II采用共漏極連接，功率開關(guān)組I的源極同時(shí)與二極管D2的陰極和電感L的一端相連，電感L的另一端同時(shí)與二極管Dl的陽(yáng)極和功率開關(guān)M的漏極相連，二極管D2的陽(yáng)極和功率開關(guān)M的源極同時(shí)與電壓源E的負(fù)極相連；所述功率開關(guān)組II的漏極同時(shí)與二極管Dl的陰極和電壓源E的正極相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐?，其特征在?所述功率開關(guān)組I由一個(gè)功率開關(guān)Al、功率開關(guān)Α2, — ,Αη+1及對(duì)應(yīng)的二極管DA2, — ,DAn+Ι構(gòu)成，功率開關(guān)組II由功率開關(guān)BI,…，Bn及對(duì)應(yīng)的二極管DBl,…，DBn、一個(gè)功率開關(guān)Βη+1構(gòu)成，η為電池組中單體電池的個(gè)數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐?，其特征在?所述電壓源E由電池組經(jīng)DC/DC提供或者電池組以外的蓄電池組提供。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐返目刂品椒ǎ涮卣髟谟? 當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從電池組中具有最高荷電狀態(tài)或最高端電壓的第i個(gè)電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從均衡電路向電池組中具有最低荷電狀態(tài)或最低端電壓的第j個(gè)電池Cellj轉(zhuǎn)移； 當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Celli的上下兩個(gè)放電功率開關(guān)Ai+Ι和Bi，使其中一個(gè)功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)另一個(gè)功率開關(guān)進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由單體電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的升降壓斬波電路； 當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Cellj的上下兩個(gè)充電功率開關(guān)Aj和B j+Ι以及功率開關(guān)M，使功率開關(guān)Aj和B j+Ι處于導(dǎo)通狀態(tài)，而對(duì)功率開關(guān)M進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由均衡電路向單體電池Cellj轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的降壓斬波電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型的蓄電池組充放電均衡器拓?fù)潆娐返目刂品椒?，其特征在? 當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從電池組中具有最高荷電狀態(tài)或最高端電壓的第i個(gè)電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí)，均衡能量從均衡電路向電池組中具有最低荷電狀態(tài)或最低端電壓的第j個(gè)電池Cellj轉(zhuǎn)移； 當(dāng)蓄電池組處于充電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Celli的上下兩個(gè)放電功率開關(guān)Ai和Bi+Ι，使其中一個(gè)功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，對(duì)另一個(gè)功率開關(guān)進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由單體電池Celli向均衡電路轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的升降壓斬波電路； 當(dāng)蓄電池組處于放電狀態(tài)時(shí):控制單體電池Cellj的上下兩個(gè)充電功率開關(guān)Aj+Ι和Bj以及功率開關(guān)M，使功率開關(guān)Aj+Ι和Bj處于導(dǎo)通狀態(tài)，而對(duì)功率開關(guān)M進(jìn)行PWM控制，從而實(shí)現(xiàn)能量由均衡電路向單體電池Cellj轉(zhuǎn)移；其中，均衡電路為典型的降壓斬波電路。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104410117SQ201410668521
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】劉紅銳, 張昭懷 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)