专利名称：串联动力蓄电池能量非耗散型均衡充电电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及动力蓄电池组充电领域，尤其涉及一种动力蓄电池组的能量非耗散型均衡充电电路。
背景技术：
串联动力蓄电池组具有非常广泛的应用，尤其是在需要多节蓄电池串联才能达到 所需功率要求的场合，如大功率的仪表仪器、UPS电源、电动自行车及电动汽车等。实际应 用中通常将串联而成的蓄电池组安装于一个盒体中，并将其作为一个整体进行充电。由于 电池间的差异，经过多次的充放电循环势必导致各单体电池荷电状态不一致，结果使电池 组的使用寿命大大缩短。因而一种有效的均衡充电方法，弥补电池在使用过程中性能的不 一致性，最大限度发挥动力蓄电池的效用，具有十分重要的意义。传统的充电均衡方法其一是采用被动的方式实现单体电池在充电前容量的平衡 或，其二是使用能量消耗型的均衡电路。(1)充电前容量平衡即放电式均衡在电池组充电 前对每个单体电池加相同负载，直至各单电电池放电至同一容量再将电池组进行充电。此 方法可以保证充电前各电池的均衡，但在充电过程中由于各电池的差异仍有可能产生不均 衡现象，难以达到理想效果。该方式适用于均衡要求不高及串联蓄电池数较少的场合，且各 单体电池的放电易发生过放电的危险。(2)充满电后的补充平衡即采用涓流补充均衡在 蓄电池组充电接近结束时，改用涓流电流继续充电。此时，容量已满的单体电池不能继续接 受能量，而未充满的电池能够继续维持充电，直至各单体电池全部充满。该均衡方法简单易 行，但当各单体电池之间容量差异较大时，需经过较长的涓流充电时间才能使电池组平衡 充满，且过长的充电时间可能造成某电池过充，电池损坏。涓流充电方法只适用于铅酸蓄电 池、镉镍及镍氢等二次电池中，不能在锂离子电池中使用，有一定的局限性。(3)能量耗散型 均衡主要通过在蓄电池组中各单体电池上并联分流电阻实现，该均衡电路结构简单，在电 池组充电过程中便可实现均衡，实现方式主要通过分流来消耗高容量单体电池的能量，因 而该方法主要存在能量浪费及散热问题。由上述可知，目前电池组充电均衡中仍为低效或耗能的方法，尚缺乏能量非耗散 型的高效均衡充电电路。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种串联动力蓄电池能量非耗散型均 衡充电电路。本发明的实现技术方案为在由多节动力蓄电池组成的电池组中，每一单体电池 旁均接有均衡电路模块，每一均衡模块由储能电感、开关器件及二极管构成，对称地分布于 电池组的两侧。当均衡模块中的开关器件Sn开通时，相应电池Bn对电感Ln充电储能，电感 电流线性上升，当Sn关断时，电感Ln中的能量通过二极管续流到其它蓄电池中，上游电池的 储能电感通过二极管续流到下游电池，下游电池的储能电感则通过二极管续流到上游电池中。通过调节均衡电路中开关器件的导通和关断时间，可有效调节能量转移速度，消除各单 体电池差异。本发明的有益效果是
1.实现蓄电池间能量在充电过程中的动态分配，减少电池组的不一致性。2.通过储能电感实现动力电池在充电期间能量的动态转移，克服了均衡过程中能 量损耗、均衡时间长的缺点，符合环保节能，提高了均衡效率。3.既发挥蓄电池的效用，又能延长电池组的使用寿命，且均衡电路易于扩展。
附图是本发明电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。本发明的核心是各串联电池旁都接有均衡电路模块Mn，每一均衡电路模块由储能 电感、开关器件及二极管组成，对称地分布于电池组的两侧。当均衡模块Mn中的开关器件 Sn开通时，电池Bn对电感Ln充电储能，电感电流线性上升，当Sn关断时，电感Ln中的能量通 过二极管续流到其它蓄电池中。上游电池的储能电感通过二极管续流到下游电池，下游电 池的储能电感则通过二极管续流到上游电池中。各均衡电路中开关器件可同时导通，其通 断由控制器输出的PWM脉冲进行控制，调节PWM占空比的大小，可有效调节能量转移速度。本发明串联动力蓄电池能量非耗散型均衡充电电路的工作过程为1、在开关管导通期间，电感Ln储能，电流线性上升，在DnT时达到最大值，开关管上 通过的电流为 其中Dn 开关占空比；T 开关周期；VB :电池端电压。在均衡充电期间由于各单体 电池端电压与标称电压相差不大，为叙述方便，将各电池电压统一用Vb表示。2、当Sn关断时，电感Ln上电流通过二极管Dn线性下降，下降速率与加在电感两端 的电压成比例。电路的上半部分，加在电感上的两端电压为下游电池端电压之和，而下半部 分为上游电池端电压之和。一周期内电感释放的平均电流 3、在均衡电路工作期间，流入蓄电池的电流除了充电电源的充电电流外，还有各 工作均衡模块的回送电流，为使能量得到充分转移，均衡电路工作于电流断续模式(DCM)， 电感中储存的能量全部转移到电池组中。均衡电路在DCM模式下占空比最大值随着串联蓄 电池数的增加而变大，即电感能量释放时间随电池数的增加而减小，这表明电池总数的增加不仅不会降低它的均衡速度，而且还会加快它的均衡速度。
4、在实际电路中，由于存在电感内阻以及开关电阻，在开关管导通时，增加了电路 的能量损耗，降低均衡电路工作效率。但在开关管关断时，受二极管导通压降影响，缩短了 电感电流释放时间，有利于均衡电路工作在DCM模式。
权利要求
一种动力蓄电池组能量非耗散型均衡充电电路，包括由多节单体动力蓄电池串联而成的电池组，其特征在于所述的电池组在单一恒流/恒压充电电源下进行统一充电。所述电池组的每一节单体电池旁均接有均衡电路模块，均衡电路模块对称地分布于电池组的两侧。所述的均衡电路模块由储能电感、开关器件及二极管构成。
2.根据权利要求1所述的动力蓄电池组能量非耗散型均衡充电电路，其特征在于所 述的均衡模块在开关器件Sn开通时，电池Bn对电感Ln充电储能，电感电流线性上升；Sn关 断时，电感Ln中的能量通过二极管续流到其它蓄电池中。上游电池的储能电感通过二极管 续流到下游电池，下游电池的储能电感则通过二极管续流到上游电池中。各均衡电路中开 关器件可同时导通，通过调节开关器件占空比大小，可有效调节能量转移速度。
3.根据权利要求1所述的动力蓄电池组能量非耗散型均衡充电电路，其特征在于所 述的均衡模块中的开关器件可由MOSFET或IGBT等构成。
全文摘要
本发明公开了一种动力蓄电池组能量非耗散型均衡充电电路，在由多节动力蓄电池组成的电池组中，每一单体电池旁均接有均衡电路模块，每一均衡模块由储能电感、开关器件及二极管构成，对称地分布于电池组的两侧。当均衡模块中的开关器件Sn开通时，相应电池Bn对电感Ln充电储能，电感电流线性上升，当Sn关断时，电感Ln中的能量通过二极管续流到其它蓄电池中，上游电池的储能电感通过二极管续流到下游电池，下游电池的储能电感则通过二极管续流到上游电池中。通过调节均衡电路中开关器件的导通和关断时间，可有效调节能量转移速度，消除各单体电池差异，延长电池组循环使用寿命，具有较大应用价值。
文档编号H02J7/00GK101867210SQ201010200838
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者刘维霞, 张寅孩, 杨俊秀, 林俊, 汪琴 申请人:浙江理工大学