一种基于Flyback变换器的电池均衡电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于Flyback变换器的电池均衡电路。本系统在设计上采用基于开关电源中反激式拓扑结构，控制逻辑设计简单，避免了由于均衡算法的复杂引起控制复杂的问题。平面化变压器设计，绕组采用多层印刷电路板迭绕而成，绕组或铜片迭在平面的高频铁芯上构成变压器的磁回路。此种设计体积小可省去绕组骨架，减小在高频工作时由集肤效应和邻近效应所引起的涡流损耗，增大电流密度，分布电容和漏感等杂散参数的可控减小了制造工艺对器件的影响。通过改变相应控制的占空比，选择不同的开关器件和场效应管的导通，均衡电路可以同时实现对相邻的多个单体电池进行均衡，提高了均衡时间和均衡效率。
【专利说明】—种基于Flyback变换器的电池均衡电路
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电池均衡领域，尤其是一种基于Flyback变换器的电池均衡电路。
【背景技术】
[0002]电池组通常由多个单体电池串联构成用于满足生活及工业应用所需的电压和功率需求，但如果电池组中某个电池的容量与其它电池不匹配，则会降低整个电池组容量使其不能发挥其最大功率。由于单体电池本身容量上的差异，放电深度的不同，最差的电池很容易出现过充和过放，这使得该电池的容量加快衰减，与其他电池之间的不一致性进一步加大，最终导致电池失效从而影响电池组整体的使用寿命。由此可见，研究开发一种合理有效的电池均衡系统，消除电池使用过程中各单体电池出现的不一致性，改善串联电池组的电性能和使用寿命，是很有必要也很有意义的。
【发明内容】
[0003]本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种基于Flyback变换器的均衡电路。
[0004]一种基于Flyback变换器的均衡电路，包括均衡变压器Tl、五个肖特基二极管、四个效应管、两个保险丝、五个电解电容、一个匹配电容和四个锂电池；场效应管型号为A0D436。
[0005]均衡变压器是整个均衡电路的核心器件之一，完成能量的存储和释放。均衡变压器原边端I与第五肖特基二极管D5正极连接；均衡变压器原边端2与第五电解电容Capl负极连接并接地；均衡变压器副边端3与第一匹配电容C32 —端、第一电阻R27 —端和第二保险丝f2 —端相连；均衡变压器副边端4与第一肖特基二极管DRl正极、第二肖特基二极管DS2正极、第三肖特基二极管DS3正极、第四肖特基二极管DS4正极和第一场效应管Ml漏极相连；第五电解电容Capl正极与第五肖特基二极管D5负极和第一保险丝fl 一端相连，第一肖特基二极管DRl负极与第一电阻R27另一端、第一匹配电容C32另一端相连；
[0006]第一场效应管Ml源极与第四电解电容Cap_4负极、第一锂电池bl负极连接并接地，第一场效应管Ml栅极与微控制器PWM输出引脚连接；第一继电器SHl —端与第一锂电池bl正极、第四电解电容Cap_4正极、第二锂电池b2负极、第三电解电容Cap_3负极和第二场效应管M2源极相连，第一继电器SHl另一端与第二保险丝f2另一端相连；第二场效应管M2漏极与第二肖特基二极管DS2负极相连，第二场效应管M2栅极与微控制器PWM输出引脚连接；第二继电器SH2 —端与第二锂电池b2正极、第三电解电容Cap_3正极、第三锂电池b3负极、第二电解电容Cap_2负极和第三场效应管M3源极相连，第二继电器SH2另一端与第二保险丝f2另一端相连；第三场效应管M3漏极与第三肖特基二极管DS3负极相连，第三场效应管M3栅极与微控制器PWM输出引脚连接；第三继电器SH3 —端与第三锂电池b3正极、第二电解电容Cap_2正极、第四锂电池b4负极、第一电解电容Cap_l负极和第四场效应管M4源极相连，第三继电器SH3另一端与第二保险丝f2另一端相连；第四场效应管M4漏极与第四肖特基二极管DS4负极相连，第四场效应管M4栅极与微控制器PWM输出引脚连接；第四继电器SH4 —端与第四锂电池b4正极、第一电解电容Cap_l正极和第一保险丝Π另一端相连，第四继电器SH4另一端与第二保险丝f2另一端相连。
[0007]本实用新型所具有的有益效果是:本系统在设计上采用基于开关电源中反激式拓扑结构，控制逻辑设计简单，避免了由于均衡算法的复杂引起控制复杂的问题。平面化变压器设计，绕组采用多层印刷电路板迭绕而成，绕组或铜片迭在平面的高频铁芯上构成变压器的磁回路。此种设计体积小可省去绕组骨架，减小在高频工作时由集肤效应和邻近效应所引起的涡流损耗，增大电流密度，分布电容和漏感等杂散参数的可控减小了制造工艺对器件的影响。通过改变相应控制的占空比，选择不同的开关器件和场效应管的导通，均衡电路可以同时实现对相邻的多个单体电池进行均衡，提高了均衡时间和均衡效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为基于Flyback变换器的均衡电路；
[0009]图2为电池bl均衡结构图；
[0010]图3为电池b2和b3同时均衡结构图；
[0011]图4为电池bl、b2和b3同时均衡结构图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本实用新型进一步说明。
[0013]图1所示一种基于Flyback变换器的均衡电路由均衡变压器、RCD漏感吸收电路和开关电路组成。
[0014]均衡变压器原边端I与第五肖特基二极管D5正极连接；均衡变压器原边端2与第五电解电容Capl负极连接并接地；均衡变压器副边端3与第一电容C32 —端、第一电阻R27 —端和第二保险丝f2 —端相连；均衡变压器副边端4与第一肖特基二极管DRl正极、第二肖特基二极管DS2正极、第三肖特基二极管DS3正极、第四肖特基二极管DS4正极和第一场效应管Ml漏极相连；第五电解电容Capl正极与第五肖特基二极管D5负极和第一保险丝fl 一端相连。
[0015]RCD漏感吸收电路由电阻R、电容C和二极管DR组成。第一肖特基二极管DRl负极与第一电阻R27另一端、第一电容C32另一端相连。
[0016]开关器件由场效应管和继电器组成。第一场效应管Ml源极与第四电解电容Cap_4负极、第一锂电池bl负极连接并接地，第一场效应管Ml栅极与微控制器PWM输出引脚连接；第一继电器SHl—端与第一锂电池bl正极、第四电解电容Cap_4正极、第二锂电池b2负极、第三电解电容Cap_3负极和第二场效应管M2源极相连，第一继电器SHl另一端与第二保险丝f2另一端相连；第二场效应管M2漏极与第二肖特基二极管DS2负极相连，第二场效应管M2栅极与微控制器PWM输出引脚连接；第二继电器SH2 —端与第二锂电池b2正极、第三电解电容Cap_3正极、第三锂电池b3负极、第二电解电容Cap_2负极和第三场效应管M3源极相连，第二继电器SH2另一端与第二保险丝f2另一端相连；第三场效应管M3漏极与第三肖特基二极管DS3负极相连，第三场效应管M3栅极与微控制器PWM输出引脚连接；第三继电器SH3 —端与第三锂电池b3正极、第二电解电容Cap_2正极、第四锂电池b4负极、第一电解电容Cap_l负极和第四场效应管M4源极相连，第三继电器SH3另一端与第二保险丝f2另一端相连；第四场效应管M4漏极与第四肖特基二极管DS4负极相连，第四场效应管M4栅极与微控制器PWM输出引脚连接；第四继电器SH4 —端与第四锂电池b4正极、第一电解电容Cap_l正极和第一保险丝fl另一端相连，第四继电器SH4另一端与第二保险丝f2另一端相连。
[0017]图2所示电池bl均衡结构图。当电池bl能量远高于电池组平均能量时，电流回路如虚线所示，开关器件SHl处于闭合状态，场效应管Ml工作在开关状态。当Ml闭合时电池bl电流向均衡变压器充电，此时由于均衡变压器原边反向电动势存在不导通，均衡变压器充电；当Ml断开时，由于电磁感应均衡变压器原边导通，存储的能量开始向整个电池组释放，这样就实现了一个充放电周期。当Ml工作在开关状态时，能量不断的从单体电池bl转移到整个电池组，从而实现了能量的均衡。
[0018]图3所示电池b2和b3同时均衡结构图。当相邻单体电池b2和b3能量远高于电池组平均能量时，电流回路如虚线所示，开关器件SH3处于闭合状态，场效应管M2工作在开关状态。当M2闭合时电池b2和b3向均衡变压器充电,此时由于均衡变压器原边反向电动势存在不导通，均衡变压器充电；iM2断开时，由于电磁感应均衡变压器原边导通，存储的能量开始向整个电池组释放，这样就实现了一个充放电周期。当M2工作在开关状态时，能量不断的从两个相邻单体电池b2和b3转移到整个电池组，从而实现了同时对两个相邻单体电池能量的均衡。
[0019]图4所示电池bl、b2和b3同时均衡结构图。当相邻单体电池bl、b2和b3能量远高于电池组平均能量时，电流回路如虚线所示，开关器件SH3处于闭合状态，场效应管Ml工作在开关状态。当Ml闭合时电池bl、b2和b3向均衡变压器充电,此时由于均衡变压器原边反向电动势存在不导通，均衡变压器充电；当Ml断开时，由于电磁感应均衡变压器原边导通，存储的能量开始向整个电池组释放，这样就实现了一个充放电周期。当Ml工作在开关状态时，能量不断的从三个相邻单体电池bl、b2和b3转移到整个电池组，从而实现了同时对三个相邻单体电池能量的均衡。
[0020]系统由微控制器控制，通过接收采样板发送过来的数据计算电池组平均能量状态，并进一步分析是否开启均衡电路。若其中某单体电池能量远高于电池组平均值，微控制器输出固定占空比的PWM信号给MOSFET管驱动电路开启相应的均衡电路，当此单体电池能量达到电池组平均值时则关闭均衡电路，至此完成电池均衡过程。
【权利要求】
1.一种基于Flyback变换器的电池均衡电路，包括均衡变压器Tl、五个肖特基二极管、四个效应管、两个保险丝、五个电解电容、一个匹配电容和四个锂电池；场效应管型号为A0D436 ； 其特征在于:所述的均衡变压器原边端I与第五肖特基二极管D5正极连接；均衡变压器原边端2与第五电解电容Capl负极连接并接地；均衡变压器副边端3与第一匹配电容C32 一端、第一电阻R27 —端和第二保险丝f2 —端相连；均衡变压器副边端4与第一肖特基二极管DRl正极、第二肖特基二极管DS2正极、第三肖特基二极管DS3正极、第四肖特基二极管DS4正极和第一场效应管Ml漏极相连；第五电解电容Capl正极与第五肖特基二极管D5负极和第一保险丝fl 一端相连，第一肖特基二极管DRl负极与第一电阻R27另一端、第一匹配电容C32另一端相连；均衡变压器是整个均衡电路的核心器件之一，完成能量的存储和释放； 第一场效应管Ml源极与第四电解电容Cap_4负极、第一锂电池bl负极连接并接地，第一场效应管Ml栅极与微控制器PWM输出引脚连接；第一继电器SHl —端与第一锂电池bl正极、第四电解电容Cap_4正极、第二锂电池b2负极、第三电解电容Cap_3负极和第二场效应管M2源极相连，第一继电器SHl另一端与第二保险丝f2另一端相连；第二场效应管M2漏极与第二肖特基二极管DS2负极相连，第二场效应管M2栅极与微控制器PWM输出引脚连接；第二继电器SH2 —端与第二锂电池b2正极、第三电解电容Cap_3正极、第三锂电池b3负极、第二电解电容Cap_2负极和第三场效应管M3源极相连，第二继电器SH2另一端与第二保险丝f2另一端相连；第三场效应管M3漏极与第三肖特基二极管DS3负极相连，第三场效应管M3栅极与微控制器PWM输出引脚连接；第三继电器SH3—端与第三锂电池b3正极、第二电解电容Cap_2正极、第四锂电池b4负极、第一电解电容Cap_l负极和第四场效应管M4源极相连，第三继电器SH3另一端与第二保险丝f2另一端相连；第四场效应管M4漏极与第四肖特基二极管DS4负极相连，第四场效应管M4栅极与微控制器PWM输出引脚连接；第四继电器SH4 —端与第四锂电池b4正极、第一电解电容Cap_l正极和第一保险丝f I另一端相连，第四继电器SH4另一端与第二保险丝f2另一端相连。
【文档编号】H02J7/00GK203933055SQ201320855540
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】高明煜, 陈文慧, 李芸, 刘国华, 马国进 申请人:杭州电子科技大学