一种飞渡电容法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飞渡电容法电池均衡电路。采用飞渡电容法均衡，通过控制开关管的开断，将高电量电池的能量转移到电容上，再由中间电容间接将存储的能量转移到低电量电池上。此方法的优点是不要求电容的容量很大，当电池处于静态或动态时都能工作，缩短了均衡时间提高了均衡效率。电路在其他储能组件进行均衡时不需要改变电路，因此系统适应性很好同时控制也相对简单。
【专利说明】一种飞渡电容法电池均衡电路
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电池均衡领域，尤其是一种飞渡电容法电池均衡电路。
【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。尽管同批次同型号的电池在出厂前都经过了严格筛选，以尽可能使得这些电池在电压及容量方面一致，但在实际使用过程中仍不可避免会使电池组中的电池一致性变差。由于本身容量上的差异，单体电池放电深度的不同，最差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，最大发挥电池组性能，延长电池组使用寿命，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，提供了一种飞渡电容法电池均衡电路。
[0004]一种飞渡电容法电池均衡电路由全桥逆变电路和均衡电池组组成。
[0005]所述的全桥逆变电路包括十六个场效应管、十二个电解电容和四个限流电阻；全桥逆变电路中场效应管型号为NTD4857，由互补的PWM方波驱动。第一场效应管Ql漏极与第二场效应管Q2漏极、第一限流电阻Fl —端、第一电解电容C2正极连接，第一场效应管Ql源极与第三场效应管Q3漏极、第二电解电容C3正极连接，第一场效应管Ql栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第二场效应管Q2源极与第四场效应管Q4漏极、第三电解电容C5正极连接，第二场效应管Q2栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第三场效应管Q3源极与第四场效应管Q4源极、第一电解电容C2负极、第五场效应管Q5漏极、第六场效应管Q6漏极、第四电解电容C6正极、第二限流电阻F2 —端连接，第三场效应管Q3栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第四场效应管Q4栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第五场效应管Q5源极与第七场效应管Q7漏极、第二电解电容C3负极、第五电解电容C7正极连接，第五场效应管Q5栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第六场效应管Q6源极与第八场效应管Q8漏极、第三电解电容C5负极、第六电解电容C8正极连接，第六场效应管Q6栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第七场效应管Q7源极与第八场效应管Q8源极、第四电解电容C6负极、第九场效应管Q9漏极、第十场效应管QlO漏极、第七电解电容C9正极、第三限流电阻F3 —端连接，第七场效应管Q7栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第八场效应管Q8栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第九场效应管Q9源极与第十一场效应管Qll漏极、第五电解电容C7负极、第八电解电容ClO正极连接，第九场效应管Q9栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十场效应管QlO源极与第十二场效应管Q12漏极、第六电解电容C8负极、第九电解电容Cll正极连接，第十场效应管QlO栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十一场效应管Qll源极与第十二场效应管Q12源极、第七电解电容C9负极、第十三场效应管Q13漏极、第十四场效应管Q14漏极、第十电解电容C12正极、第四限流电阻F4 —端连接，第十一场效应管Qll栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十二场效应管Q12栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十三场效应管Q13源极与第十五场效应管Q15漏极、第八电解电容ClO负极连接，第十三场效应管Q13栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十四场效应管Q14源极与第十六场效应管Q16漏极、第九电解电容Cll负极连接，第十四场效应管Q14栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十五场效应管Q15源极与第十六场效应管Q16源极、第十电解电容C12负极、第四锂电池B4负极连接并接地，第十五场效应管Q15栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十六场效应管Q16栅极与微处理器PWM输出引脚连接。
[0006]均衡电池组由四节锂电池串联组成。第一锂电池BI正极与第一限流电阻Fl另一端连接，第一锂电池BI负极与第二锂电池B2正极、第二限流电阻F2另一端连接；第二锂电池B2负极与第三锂电池B3正极、第三限流电阻F3另一端连接；第三锂电池B3负极与第四锂电池B4正极、第四限流电阻F4另一端连接；第四锂电池B4负极与地连接。
[0007]本实用新型所具有的有益效果是:电路结构采用开关电源电路拓扑结构，电容作为储存能量的元件，能量流向采用双向形式。采用飞渡电容法均衡，通过控制开关管的开断，将高电量电池的能量转移到电容上，再由中间电容间接将存储的能量转移到低电量电池上。此方法的优点是不要求电容的容量很大，当电池处于静态或动态时都能工作，缩短了均衡时间提高了均衡效率。电路在其他储能组件进行均衡时不需要改变电路，因此系统适应性很好同时控制也相对简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本实用新型的电路图；
[0009]图2为Ql导通时第1、2节电池的均衡等效电路图；
[0010]图3为Ql关闭时第1、2节电池的均衡等效电路图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本实用新型进一步说明。
[0012]图1所示一种飞渡电容法电池均衡电路由全桥逆变电路和均衡电池组组成。
[0013]全桥逆变电路中场效应管型号为NTD4857，由互补的PWM方波驱动。第一场效应管Ql漏极与第二场效应管Q2漏极、第一限流电阻Fl —端和第一电解电容C2正极连接,第一场效应管Ql源极与第三场效应管Q3漏极和第二电解电容C3正极连接，第一场效应管Ql栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第二场效应管Q2源极与第四场效应管Q4漏极和第三电解电容C5正极连接，第二场效应管Q2栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第三场效应管Q3源极与第四场效应管Q4源极、第一电解电容C2负极、第五场效应管Q5漏极、第六场效应管Q6漏极、第四电解电容C6正极和第二限流电阻F2 —端连接，第三场效应管Q3栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第四场效应管Q4栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第五场效应管Q5源极与第七场效应管Q7漏极、第二电解电容C3的负极、第五电解电容C7的正极连接，第五场效应管Q5栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第六场效应管Q6源极与第八场效应管Q8漏极、第三电解电容C5的负极、第六电解电容C8正极连接，第六场效应管Q6栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第七场效应管Q7源极与第八场效应管Q8源极、第四电解电容C6负极、第九场效应管Q9漏极、第十场效应管QlO漏极、第七电解电容C9正极、第三限流电阻F3 —端连接，第七场效应管Q7栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第八场效应管Q8栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第九场效应管Q9源极与第十一场效应管Qll漏极、第五电解电容C7的负极、第八电解电容ClO正极连接，第九场效应管Q9栅极与微处理器PWM输出弓丨脚连接；第十场效应管QlO源极与第十二场效应管Q12漏极、第六电解电容C8负极、第九电解电容Cll正极连接，第十场效应管QlO栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十一场效应管Qll源极与第十二场效应管Q12源极、第七电解电容C9负极、第十三场效应管Q13漏极、第十四场效应管Q14漏极、第十电解电容C12正极、第四限流电阻F4 —端连接，第十一场效应管Qll栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十二场效应管Q12栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十三场效应管Q13源极与第十五场效应管Q15漏极、第八电解电容ClO负极连接，第十三场效应管Q13栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十四场效应管Q14源极与第十六场效应管Q16漏极、第九电解电容Cll负极连接，第十四场效应管Q14栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十五场效应管Q15源极与第十六场效应管Q16源极、第十电解电容C12负极、第四锂电池B4负极连接并接地，第十五场效应管Q15栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十六场效应管Q16栅极与微处理器PWM输出引脚连接。
[0014]均衡电池组由四节锂电池串联组成。第一锂电池BI正极与第一限流电阻Fl另一端连接，第一锂电池BI负极与第二锂电池B2正极、第二限流电阻F2另一端连接；第二锂电池B2负极与第三锂电池B3正极、第三限流电阻F3另一端连接；第三锂电池B3负极与第四锂电池B4正极、第四限流电阻F4另一端连接；第四锂电池B4负极与地连接。
[0015]图2所示Ql导通时第1、2节电池均衡等效电路图。Ql与Q4相位相同，Q2与Q3相位相同，Ql与Q3互补。当电路处于均衡状态时，电池电压VB1=VB2，均衡器不工作，开关管都关闭。当电路处于非均衡状态时，假设电池电压VBDVB2，电路开始均衡且该时刻Q1、Q4、Q5、Q8开关管导通，Q2、Q3、Q6、Q7开关管关闭。虚线为两个回路的电流流向，电容Cl存储电池BI流过来的电荷，电容C2把上一时刻从电池BI得到的电荷流向电池B2。
[0016]图3所示Ql关闭时第1、2节电池均衡等效电路图。当电路处于均衡状态时，电池电压VB1=VB2，均衡器不工作，开关管都关闭。当电路处于非均衡状态时，同样假设电池电压VBDVB2,电路开始均衡且该时刻Ql、Q4、Q5、Q8开关管关闭，Q2、Q3、Q6、Q7开关管导通。虚线为两个回路的电流流向，电容Cl把上一时刻从电池BI得到的电荷流向电池B2，电容C2存储电池BI的电荷。
[0017]飞渡电容用于电池能量间的转移。均衡电路先通过开关管将电量高的单体电池与电容选通，此时电池电量转移到电容上，然后通过开关管将电量低的单体电池与电容选通，此时电容中存储的电量转移到电池上，达到电池电量转移的目的。
[0018]全桥逆变电路中开关管采用互补的PWM方波驱动，电池间能量通过飞渡电容把高能量电池的能量转移到低能量的电池中，直到电池能量平衡。
【权利要求】
1.一种飞渡电容法电池均衡电路，由全桥逆变电路和均衡电池组组成；其特征在于:所述的全桥逆变电路包括十六个场效应管、十二个电解电容和四个限流电阻；全桥逆变电路中场效应管型号为NTD4857，由互补的PWM方波驱动；第一场效应管Ql漏极与第二场效应管Q2漏极、第一限流电阻Fl —端、第一电解电容C2正极连接，第一场效应管Ql源极与第三场效应管Q3漏极、第二电解电容C3正极连接，第一场效应管Ql栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第二场效应管Q2源极与第四场效应管Q4漏极、第三电解电容C5正极连接，第二场效应管Q2栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第三场效应管Q3源极与第四场效应管Q4源极、第一电解电容C2负极、第五场效应管Q5漏极、第六场效应管Q6漏极、第四电解电容C6正极、第二限流电阻F2 —端连接，第三场效应管Q3栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第四场效应管Q4栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第五场效应管Q5源极与第七场效应管Q7漏极、第二电解电容C3负极、第五电解电容C7正极连接，第五场效应管Q5栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第六场效应管Q6源极与第八场效应管Q8漏极、第三电解电容C5负极、第六电解电容C8正极连接，第六场效应管Q6栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第七场效应管Q7源极与第八场效应管Q8源极、第四电解电容C6负极、第九场效应管Q9漏极、第十场效应管QlO漏极、第七电解电容C9正极、第三限流电阻F3 —端连接，第七场效应管Q7栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第八场效应管Q8栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第九场效应管Q9源极与第十一场效应管Qll漏极、第五电解电容C7负极、第八电解电容ClO正极连接，第九场效应管Q9栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十场效应管QlO源极与第十二场效应管Q12漏极、第六电解电容C8负极、第九电解电容Cll正极连接，第十场效应管QlO栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十一场效应管Qll源极与第十二场效应管Q12源极、第七电解电容C9负极、第十三场效应管Q13漏极、第十四场效应管Q14漏极、第十电解电容C12正极、第四限流电阻F4 —端连接，第十一场效应管Qll栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十二场效应管Q12栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十三场效应管Q13源极与第十五场效应管Q15漏极、第八电解电容ClO负极连接，第十三场效应管Q13栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十四场效应管Q14源极与第十六场效应管Q16漏极、第九电解电容Cll负极连接，第十四场效应管Q14栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十五场效应管Q15源极与第十六场效应管Q16源极、第十电解电容C12负极、第四锂电池B4负极连接并接地，第十五场效应管Q15栅极与微处理器PWM输出引脚连接；第十六场效应管Q16栅极与微处理器PWM输出引脚连接； 均衡电池组由四节锂电池串联组成；第一锂电池BI正极与第一限流电阻Fl另一端连接，第一锂电池BI负极与第二锂电池B2正极、第二限流电阻F2另一端连接；第二锂电池B2负极与第三锂电池B3正极、第三限流电阻F3另一端连接；第三锂电池B3负极与第四锂电池B4正极、第四限流电阻F4另一端连接；第四锂电池B4负极与地连接。
【文档编号】H02J7/00GK203774812SQ201320856647
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】马国进, 陈文慧, 李芸, 高明煜, 刘国华, 何志伟 申请人:杭州电子科技大学