一種均衡充電電路及電池組的制作方法
【專利摘要】一種均衡充電電路，包括第一、第二、第三輸入端、輸出正端、負(fù)端、檢測(cè)電路U1和反激式DC-DC變換器10，N-MOS管Q的漏極與變壓器B原邊繞組NP的連接點(diǎn)還連接二極管D1的陽(yáng)極，D1的陰極連接第三輸入端，第二、第三輸入端之間并聯(lián)電容C；輸出正端連接在電池組的正極上，輸出負(fù)端連接在電池組的負(fù)極上；檢測(cè)電路檢測(cè)單體電池的電壓大于設(shè)定值時(shí)，變換器10開(kāi)始工作，抽走對(duì)單體電池的充電電流并返回給電池組充電，反激變換器10的漏感產(chǎn)生的能量可以對(duì)上一節(jié)單體電池充電，這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)電池組的均衡充電，當(dāng)使用單片機(jī)構(gòu)成檢測(cè)電路U1，增設(shè)紅外接收頭同步調(diào)節(jié)設(shè)定值，可以實(shí)現(xiàn)均衡放電，反激電路可靠性高、構(gòu)成簡(jiǎn)單、成本低、效率高、維護(hù)簡(jiǎn)單。
【專利說(shuō)明】一種均衡充電電路及電池組

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池組或超級(jí)電容組的充電裝置，特別涉及電池組或超級(jí)電容組中各單體的均衡充電電路。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，由蓄電池作為儲(chǔ)能單元的系統(tǒng)中，單體電池容量比較低，不能夠滿足大容量系統(tǒng)的要求，因此需要將單體電池串聯(lián)形成電池組；并聯(lián)可以增加容量,但其端電壓仍很低，仍被視作一個(gè)“單體”電池，這種情況下直接使用，由于開(kāi)關(guān)器件、二極管壓降的損耗顯得可觀，在高功率應(yīng)用中，仍需將單體電池串聯(lián)形成電池組，如圖1所示，以提高供電電壓和存儲(chǔ)容量，例如在電動(dòng)汽車、微電網(wǎng)、大型儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域中，大多需要單體電池串聯(lián)而成的電池組，圖1由單體電池BI至Bn串聯(lián)而成，得到的電池組有兩個(gè)總端子U+和u-，u+稱為電池組的正極，U-稱為電池組的負(fù)極，既可以對(duì)外放電，又可以外接電源對(duì)電池組充電；為了方便，在本申請(qǐng)中，離電池組正極U+最近的單體電池稱為第一單體電池，圖中以BI表示，其余依次類推，離電池組負(fù)極最近的單體電池，其編號(hào)最大，為最末單體電池，圖1中以Bn來(lái)表示。成組以后的電池組的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單體電池的壽命，主要是由于單體電池制作工藝的差異引起容量、自放電率等不同，這些微小的差異在以后的使用中，會(huì)使每個(gè)單體電池的容量產(chǎn)生更大的不同，進(jìn)而影響整個(gè)電池組的工作。
[0003]當(dāng)串聯(lián)電池組的單體電池一致性發(fā)生變化時(shí)，使用恒流源對(duì)串聯(lián)電池組充電時(shí)，以鋰電池為例，必然有單體電池因其容量下降，其端電壓先到達(dá)充電終止電壓4.2V，而這時(shí)，有的單體電池的端電壓可能才3.8V。如對(duì)10串的電池組先期恒流充電，末期采用42V恒壓充電以限制充電電流，將有單體電池的充電電壓高于4.2V，這個(gè)單體處于過(guò)充狀態(tài)；而其中容量大的電池其端電壓低于4.2V，處于欠充狀態(tài)。處于潛在過(guò)充狀態(tài)的電池若不加以有效限制，極可能損壞，甚至起火燃燒、爆炸；因此對(duì)各種電池組的均衡充電是非常重要的，尤其是在大量單體電池串聯(lián)的場(chǎng)合，超級(jí)電容串聯(lián)同樣也存在相似的問(wèn)題，本申請(qǐng)中的電池組也包括超級(jí)電容組成的電容組。
[0004]針對(duì)上述不平衡問(wèn)題，出現(xiàn)多種均衡充電技術(shù)，原始的方案是:電阻消耗均衡法，如圖2所示，電阻Rl和開(kāi)關(guān)Kl串聯(lián)后并聯(lián)在單體電池BI上，其它電池相同，當(dāng)與電池BI并聯(lián)的電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到電池BI的端電壓達(dá)到充電終止電壓4.2V時(shí)，開(kāi)關(guān)Kl閉合，電阻Rl分流充電電流，用以確保電池BI中沒(méi)有電流流過(guò)，或電池BI放出電流，或存在涓流對(duì)電池BI充電。為補(bǔ)償電池或電池組自放電，使蓄電池保持在近似完全充電狀態(tài)的連續(xù)小電流充電，又稱維護(hù)充電(浮充)。電信裝置、信號(hào)系統(tǒng)等的直流電源系統(tǒng)的蓄電池等電池，在完全充電后多處于涓流充電狀態(tài)，以備放電時(shí)使用。
[0005]這種方式使用很不方便，若改變了對(duì)電池組的充電電流，那么，相應(yīng)地，所有電阻的阻值都要更換，以免電池出現(xiàn)過(guò)充或欠充。當(dāng)然，以電池BI為例，可以把電阻Rl的阻值取小，即當(dāng)開(kāi)關(guān)Kl閉合時(shí)，電池BI還要對(duì)電阻Rl放出電流，然后使得開(kāi)關(guān)Kl工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，要實(shí)現(xiàn)在一定時(shí)間內(nèi)，對(duì)電池BI的充電電流為零或?yàn)轭~定的小電流涓流。
[0006]由于電阻存在發(fā)熱，如3A的電流，充至4.2V時(shí)，電阻要吸收3A電流，其發(fā)熱量為12.6W，這種均衡充電電路的效率低、功耗大，與目前的節(jié)能減排發(fā)展趨勢(shì)不合。以下列舉具有代表性的國(guó)內(nèi)技術(shù)方案:
[0007]1、中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?00510038762.1的授權(quán)發(fā)明《電池均衡方法及電池均衡電路》示出了:采用運(yùn)算放大器檢測(cè)相鄰兩組電池的電壓，再用運(yùn)算放大器的輸出端來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡，其缺點(diǎn)效率低、功耗大，低壓大電流運(yùn)放成本不低。
[0008]2、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的中國(guó)申請(qǐng)?zhí)?00810063915.1的授權(quán)發(fā)明《串聯(lián)儲(chǔ)能電源三單體直接均衡器》示出了:三個(gè)單體電池一個(gè)工作組的均衡器，用于充電和放電都可以。其缺點(diǎn)是:控制復(fù)雜，若要臨時(shí)改變電池組的串聯(lián)節(jié)數(shù)，必須以三單體為一組，若出現(xiàn)非3倍數(shù)的情況，該電路也無(wú)能為力，而且該電路只涉及基本拓?fù)洌溟_(kāi)關(guān)電源的去磁并沒(méi)有提及。
[0009]中國(guó)科學(xué)院電工研究所的中國(guó)申請(qǐng)?zhí)?01010034137.0授權(quán)發(fā)明《一種串聯(lián)電池組均衡設(shè)備》示出了:為200810063915.1的改進(jìn)型，也是三個(gè)單體電池一個(gè)工作組，在充電或放電中，多出的能量釋放到本工作組，其缺點(diǎn)是:控制復(fù)雜，若要臨時(shí)改變電池組的串聯(lián)節(jié)數(shù)，必須以三單體為一組，若出現(xiàn)非3倍數(shù)的情況，該電路也無(wú)能為力，而且該電路只涉及基本拓?fù)?，其開(kāi)關(guān)電源的去磁并沒(méi)有提及。
[0010]3、中航鋰電(洛陽(yáng))有限公司的201110043546.1申請(qǐng)《一種多單體串聯(lián)動(dòng)力鋰電池組充放電均衡電路》示出了:這級(jí)電池電壓高，逐級(jí)傳輸給另一個(gè)電池，級(jí)數(shù)多了，能量損失大。目前開(kāi)關(guān)效率的效率做到90%，就已是比較高的，經(jīng)過(guò)6級(jí)傳遞，效率僅為53%，其缺點(diǎn)是:級(jí)數(shù)多時(shí)，能量損失大；其中任一級(jí)變換器出現(xiàn)問(wèn)題，影響全局，對(duì)系統(tǒng)要求較高。
[0011]4、清華大學(xué)深圳研究生院的申請(qǐng)?zhí)枮?01110167491.5的授權(quán)發(fā)明《電池電量自動(dòng)均衡電路及其實(shí)現(xiàn)方法》示出了:把電池組分為兩大組，用反激式雙向DC-DC變換器分別連接兩組，誰(shuí)的電壓高，就把電能通過(guò)變換器變換給電壓低的另一組，使用了 MCU微處理器。其缺點(diǎn)是:雙向變換器是一種早就存在的拓?fù)洌瑢?shí)際上應(yīng)用成功的并不多，控制復(fù)雜，且每個(gè)組內(nèi)的單體電池并沒(méi)有得到良好的均衡。
[0012]綜上，即現(xiàn)有電池的均衡充電電路的不足總結(jié)如下，為了方便，對(duì)應(yīng)上面的序號(hào):
[0013](I)電阻式旁路電路的功耗較大、熱耗大,運(yùn)算放大器式的也存在效率低、功耗大，低壓大電流運(yùn)放成本不低；
[0014](2)控制復(fù)雜，必須以三單體為一組，非3倍數(shù)串聯(lián)困難；
[0015](3)級(jí)數(shù)多時(shí)，即電池串聯(lián)多時(shí)，能量損失大；其中任一級(jí)變換器出現(xiàn)問(wèn)題，影響全局，對(duì)系統(tǒng)要求較高；重新串聯(lián)時(shí)不能自由串聯(lián)，要重新設(shè)定MCU微處理器的程序；
[0016](4)雙向變換器的控制復(fù)雜，且每個(gè)組內(nèi)的單體電池并沒(méi)有得到良好的均衡。
[0017]總體說(shuō)來(lái)，就是效率低，或控制復(fù)雜；串聯(lián)時(shí)不能自由串聯(lián)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]有鑒于此，本發(fā)明要解決現(xiàn)有電池的均衡充電電路所存在的不足，提供一種采用反激式DC-DC變換器構(gòu)成的電路簡(jiǎn)單、效率高、控制簡(jiǎn)單、可以自由串聯(lián)的均衡充電電路，以及包括該均衡充電電路的電池組。
[0019]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種均衡充電電路，包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、輸出正端、輸出負(fù)端、檢測(cè)電路和由檢測(cè)電路控制的反激式DC-DC變換器，反激式DC-DC變換器包括N-MOS管(N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的簡(jiǎn)稱)、變壓器、第一二極管、第二二極管、電容；所述檢測(cè)電路并聯(lián)于第一輸入端與第二輸入端之間，檢測(cè)電路的輸出端與N-MOS管的柵極連接，N-MOS管的源極連接第一輸入端，N-MOS管的漏極與變壓器原邊繞組的異名端連接，變壓器原邊繞組的同名端與第二輸入端連接，變壓器副邊繞組的異名端與第二二極管的陽(yáng)極連接，第二二極管的陰極與輸出正端連接，變壓器副邊繞組的同名端與輸出負(fù)端連接，其特征是:N-MOS管的漏極與變壓器原邊繞組的異名端連接點(diǎn)還連接第一二極管的陽(yáng)極，第一二極管的陰極連接第三輸入端，第二輸入端和第三輸入端之間還并聯(lián)有電容；輸出正端連接在電池組的正極上，輸出負(fù)端連接在電池組的負(fù)極上；檢測(cè)電路檢測(cè)到第一輸入端與第二輸入端之間的電壓大于設(shè)定值時(shí)，檢測(cè)電路的輸出端輸出占空比信號(hào)，控制N-MOS管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)；檢測(cè)電路檢測(cè)到第一輸入端與第二輸入端之間的電壓在設(shè)定值以下時(shí)，檢測(cè)電路的輸出端輸出低電平，讓N-MOS管截止。
[0020]本發(fā)明還提供了一種包括所述均衡充電電路的電池組，電池組中每個(gè)單體電池都對(duì)應(yīng)地使用一個(gè)均衡充電電路，所有的均衡充電電路的輸出正端連接在一起，連接在電池組的正極上，輸出負(fù)端連接在一起，且連接在電池組的負(fù)極上，其中，離電池組正極最近的單體電池稱為第一單體電池，其余單體電池的序號(hào)依次類推，其特征是:
[0021]應(yīng)用于電池組中第一單體電池兩端的第一均衡充電電路(以下簡(jiǎn)稱第一電路)，第一電路的第一輸入端連接所述第一單體電池的負(fù)極，第一電路的第二輸入端連接所述第一單體電池的正極，第一電路的第三輸入端至第一電路的第二輸入端之間還并聯(lián)一只電阻或一只穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管的陰極連接第一電路的第三輸入端，穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極連接第一電路的第二輸入端；
[0022]應(yīng)用于電池組中第M單體電池兩端的第M均衡充電電路(以下簡(jiǎn)稱第M電路)，M為2以上的整數(shù)，第M電路的第一輸入端連接所述第M單體電池的負(fù)極，第M電路的第二輸入端連接所述第M單體電池的正極，第M電路的第三輸入端連接至第M-1單體電池的正極。
[0023]本發(fā)明還提供使用P-MOS管的均衡充電電路，一種使用P-MOS管的均衡充電電路，包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、輸出正端、輸出負(fù)端、檢測(cè)電路和由檢測(cè)電路控制的反激式DC-DC變換器，輸出正端連接在電池組的正極上，輸出負(fù)端連接在電池組的負(fù)極上；所述反激式DC-DC變換器包括P-MOS管、變壓器、第一二極管、第二二極管、電容；所述檢測(cè)電路并聯(lián)于第一輸入端與第二輸入端之間，檢測(cè)電路的輸出端與P-MOS管的柵極連接，P-MOS管的源極接第一輸入端，P-MOS管的漏極與變壓器原邊繞組的異名端連接，變壓器原邊繞組的同名端與第二輸入端連接，變壓器副邊繞組的異名端與第二二極管陰極連接，第二二極管的陽(yáng)極與輸出負(fù)端連接，變壓器副邊繞組的同名端與輸出正端連接，其特征是:P-M0S管的漏極與變壓器原邊繞組的異名端連接點(diǎn)還連接第一二極管的陰極，第一二極管的陽(yáng)極連接第三輸入端，第二輸入端和第三輸入端之間還并聯(lián)有電容；檢測(cè)電路檢測(cè)到第一輸入端與第二輸入端之間的電壓大于設(shè)定值時(shí)，檢測(cè)電路的輸出端輸出占空比信號(hào)控制P-MOS管，P-MOS管處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)；檢測(cè)電路檢測(cè)到第一輸入端與第二輸入端之間的電壓在設(shè)定值以下時(shí)，檢測(cè)電路的輸出端輸出低電平，讓P-MOS管截止。
[0024]本發(fā)明還提供了另一種均衡充電電路的電池組，電池組中每個(gè)單體電池都對(duì)應(yīng)地使用一個(gè)均衡充電電路，所有的均衡充電電路的輸出正端連接在一起，連接在電池組的正極上，輸出負(fù)端連接在一起，且連接在電池組的負(fù)極上，其中，離電池組正極最近的單體電池稱為第一單體電池，其余單體電池的序號(hào)依次類推，其特征是:
[0025]應(yīng)用于電池組中第一單體電池的兩端的第一均衡充電電路(以下簡(jiǎn)稱第一電路)為使用P-MOS管的均衡充電電路,第一電路的第一輸入端連接所述第一單體電池的正極，第一電路的第二輸入端連接所述第一單體電池的負(fù)極，第一電路的第三輸入端連接至第二單體電池的負(fù)極；
[0026]應(yīng)用于電池組中第M單體電池的兩端的第M均衡充電電路(以下簡(jiǎn)稱第M電路)為使用N-MOS管的均衡充電電路，M為2以上的整數(shù)，第M電路的第一輸入端連接所述第M單體電池的負(fù)極，第M電路的第二輸入端連接所述第M單體電池的正極，第M電路的第三輸入端連接至第M-1單體電池的正極。
[0027]本發(fā)明還提供了一種使所述均衡充電電路能實(shí)現(xiàn)均衡充放電的電池組:在上述的兩個(gè)電池組的基礎(chǔ)上，每一個(gè)均衡充電電路的檢測(cè)電路Ul至UN上，都增設(shè)一個(gè)紅外線接收頭，檢測(cè)電路Ul至UN采用單片機(jī)構(gòu)成；包括一個(gè)總電壓監(jiān)測(cè)電路，監(jiān)測(cè)電池組的總電壓，根據(jù)總電壓的下降，總電壓監(jiān)測(cè)電路的紅外線發(fā)射裝置發(fā)射事先約定的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)；紅外線接收頭收到相同的信號(hào)，Ul至UN里的單片機(jī)同步地、調(diào)低所述的設(shè)定值，下調(diào)的量相同；根據(jù)總電壓的下降幅度，對(duì)應(yīng)地有多組所述的設(shè)定值。
[0028]本發(fā)明的詳細(xì)工作原理會(huì)在實(shí)施例中結(jié)合應(yīng)用詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的均衡充電電路用于電池組中的有益效果為:
[0029](I)充電達(dá)限制電壓后，本電路工作，抽走了充電電流，并升壓給電池組充電，本電路采用反激式開(kāi)關(guān)電源，效率可以達(dá)87%以上，自身功耗小、熱耗??；
[0030](2)控制簡(jiǎn)單、每個(gè)單體電池可以并聯(lián)一個(gè)均衡充電電路，應(yīng)用簡(jiǎn)單；
[0031](3)每個(gè)單體電池可以并聯(lián)一個(gè)均衡充電電路，不存在級(jí)聯(lián)，能量損失??；其中任意一個(gè)均衡充電電路出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)全局影響小，對(duì)系統(tǒng)要求較低；單體電池重新串聯(lián)時(shí)能自由串聯(lián)，不用重新設(shè)定MCU微處理器的程序；
[0032](4)單向變換，控制簡(jiǎn)單，可以利用集中控制，讓電池組在放電時(shí)也實(shí)現(xiàn)均衡放電。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為現(xiàn)有電池組的電路原理圖；
[0034]圖2為現(xiàn)有帶電阻消耗均衡充電電路的電池組的電路原理圖；
[0035]圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例的電池的均衡充電電路的原理圖；
[0036]圖4為本發(fā)明第三實(shí)施例的電池的均衡充電電路的原理圖；
[0037]圖5為方便理解原理,和圖4連接關(guān)系完全相同的原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038]第一實(shí)施例
[0039]請(qǐng)參閱圖3，為一種均衡充電電路，與串聯(lián)電池組中的某個(gè)單體電池并聯(lián)使用，包括第一輸入端VI 1、第二輸入端VI2、第三輸入端VI3、輸出正端Vo+、輸出負(fù)端Vo-、檢測(cè)電路Ul和由檢測(cè)電路Ul控制的反激式DC-DC變換器10，反激式DC-DC變換器10包括N-MOS管Q (N-M0S為N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的簡(jiǎn)稱)、變壓器B、第一二極管Dl、第二二極管D2、電容C ;檢測(cè)電路Ul并聯(lián)于第一輸入端VII與第二輸入端VI2之間,檢測(cè)電路的輸出端與N-MOS管Q的柵極連接，N-MOS管Q的源極連接第一輸入端VII，N-MOS管Q的漏極與變壓器B的原邊繞組Np的異名端連接，圖中變壓器B的原邊繞組Np中沒(méi)有黑點(diǎn)的那端為異名端，變壓器B原邊繞組Np的同名端與第二輸入端VI2連接，圖中變壓器B的原邊繞組Np中有黑點(diǎn)的那端為同名端；變壓器B副邊繞組Ns的異名端與第二二極管D2的陽(yáng)極連接，第二二極管D2的陰極與輸出正端Vo+連接，變壓器副邊繞組Ns的同名端與輸出負(fù)端Vo-連接；N-M0S管Q的漏極與變壓器B原邊繞組Np的異名端連接點(diǎn)還連接第一二極管Dl的陽(yáng)極，第一二極管Dl的陰極連接第三輸入端VI3，第二輸入端VI2和第三輸入端VI3之間還并聯(lián)有電容C ;輸出正端Vo+連接在電池組的正極上，如圖1中U+，輸出負(fù)端Vo-連接在電池組的負(fù)極上，如圖1中U-;檢測(cè)電路Ul檢測(cè)到第一輸入端VIl與第二輸入端VI2之間的電壓大于設(shè)定值時(shí)，檢測(cè)電路Ul的輸出端輸出占空比信號(hào)，控制N-MOS管Q工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)；檢測(cè)電路Ul檢測(cè)到第一輸入端VIl與第二輸入端VI2之間的電壓在設(shè)定值以下時(shí)，檢測(cè)電路UI的輸出端輸出低電平，讓N-MOS管Q截止。
[0040]設(shè)定值一般取電池組中的單體電池的充電限制電壓，如鋰電池經(jīng)常標(biāo)為
4.20V±0.05V,那么設(shè)定值取為4.15V至4.25V都是可以的，一般為了安全，可以取低一點(diǎn)，如4.20V ;盡管檢測(cè)電路Ul的工作電壓只有4.20V，由于目前低壓工作的N-MOS管較為常見(jiàn)，如耐壓30V的N-MOS管，其開(kāi)啟電壓Ves可以做到2.1V，如A04476型號(hào)的N-MOS管，開(kāi)啟電壓Vgs低至IV的MOS管現(xiàn)在已常見(jiàn)。
[0041]檢測(cè)電路Ul在輸入電壓(單體電池端電壓)大于充電限制電壓后，要良好地高設(shè)置檢測(cè)電路Ul的開(kāi)環(huán)增益，即當(dāng)單體電池端電壓達(dá)4.20V時(shí)，檢測(cè)電路Ul輸出最小占空t匕，即反激式DC-DC變換器10工作在小電流狀態(tài)，從單體電池抽走的電流極小；
[0042]檢測(cè)電路Ul的開(kāi)環(huán)增益若設(shè)置為無(wú)窮大時(shí)，那么，單體電池端電壓略大于4.20V時(shí)，檢測(cè)電路Ul輸出最大占空比，反激式DC-DC變換器10工作在最大占空比對(duì)應(yīng)的最大電流狀態(tài)，所述的最大電流要 > 電池組總的充電電流；
[0043]顯然，這種方式，檢測(cè)電路Ul和反激式DC-DC變換器10容易工作在振蕩模式下，所以，檢測(cè)電路Ul的開(kāi)環(huán)增益要設(shè)置得適可而止，如當(dāng)單體電池端電壓達(dá)4.20V+0.05V時(shí)，檢測(cè)電路Ul輸出最大占空比，反激式DC-DC變換器10工作在最大占空比對(duì)應(yīng)的最大電流狀態(tài)，這樣檢測(cè)電路Ul和反激式DC-DC變換器10才能穩(wěn)定工作。
[0044]由于本發(fā)明的均衡充電電路一旦工作，電池組總的充電電流會(huì)增加,這里,需要對(duì)電池組總的充電電流進(jìn)行檢測(cè)，讓外部的充電設(shè)備自動(dòng)降低充電電流，以實(shí)現(xiàn)總的充電電流不增加，或有所下降。
[0045]下面重點(diǎn)說(shuō)一下本發(fā)明均衡充電電路的工作原理中與現(xiàn)有技術(shù)不同點(diǎn):
[0046]反激式DC-DC變換器10的變換電壓的工作原理是公知技術(shù)，這里不再贅述。參見(jiàn)圖3，二極管Dl和電容C為去磁電路，很多文獻(xiàn)也稱為反峰吸收電路，專門吸收漏感產(chǎn)生的能量，本發(fā)明中，并沒(méi)有設(shè)置吸收用的耗能電阻，見(jiàn)下述:
[0047]當(dāng)N-MOS管Q收到檢測(cè)電路Ul輸出的關(guān)斷信號(hào)時(shí)，N-M0S管Q截止，變壓器B的原邊繞組Np中已經(jīng)激磁起來(lái)的電流，大部份經(jīng)副邊繞組Ns與二極管D2向電池組充電，由于變壓器都存在漏感，變壓器B的原邊繞組Np中激磁電流還有部分經(jīng)二極管Dl向電容C充電。
[0048]若圖3的均衡充電電路應(yīng)用于電池組中第M單體電池的兩端，M為2以上的整數(shù)，第M電路的第一輸入端連接所述第M單體電池的負(fù)極，第M電路的第二輸入端連接所述第M單體電池的正極，第M電路的第三輸入端連接至第M-1單體電池的正極，那么，漏感產(chǎn)生的能量經(jīng)電容C濾波后給第M-1單體電池充電。
[0049]即本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)了把第M電路中漏感產(chǎn)生的能量，回收并對(duì)第M-1單體電池進(jìn)行充電，這個(gè)能量回收是通過(guò)第M電路的第三輸入端來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0050]想良好地實(shí)現(xiàn)這一功能，顯然，要注意變壓器B的匝比，確保當(dāng)二極管D2導(dǎo)通時(shí)，電池組的總電壓通過(guò)副邊繞組Ns對(duì)原邊繞組Np產(chǎn)生的反射電壓要低于單體電池的端電壓與二極管Dl之和，這樣確保整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。
[0051]若第M-1單體電池已經(jīng)充好電，其端電壓大于設(shè)定值時(shí)，那么，與第M-1單體電池并聯(lián)的第M-1電路也會(huì)工作，按端電壓的大小合理抽走充電電流，當(dāng)端電壓足夠時(shí)，甚至包括第M電路去磁電路產(chǎn)生的很小的充電電流。
[0052]正因?yàn)槿绱?，?dāng)圖3的均衡充電電路應(yīng)用于電池組中第一單體電池的兩端時(shí)，上面不再有單體電池來(lái)吸收去磁電路中電容C兩端的能量，這時(shí)需要在第一電路的第三輸入端至第一電路的第二輸入端之間并聯(lián)一只電阻或一只穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管的陰極連接第一電路的第三輸入端，穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極連接第一電路的第二輸入端；以防止電容C兩端的端電壓過(guò)高而損壞N-MOS管Q。這正是第二實(shí)施例提供的使用多個(gè)一種均衡充電電路的電池組。
[0053]第二實(shí)施例
[0054]因此，本發(fā)明還提供了使用多個(gè)均衡充電電路的電池組，電池組中每個(gè)單體電池都對(duì)應(yīng)地使用一個(gè)均衡充電電路，所有的均衡充電電路的輸出正端連接在一起，連接在電池組的正極上，輸出負(fù)端連接在一起，且連接在電池組的負(fù)極上，其中，離電池組正極最近的單體電池稱為第一單體電池，其余單體電池的序號(hào)依次類推，其特征是:
[0055]應(yīng)用于電池組中第一單體電池兩端的第一均衡充電電路(以下簡(jiǎn)稱第一電路)，第一電路的第一輸入端連接所述第一單體電池的負(fù)極，第一電路的第二輸入端連接所述第一單體電池的正極，第一電路的第三輸入端至第一電路的第二輸入端之間還并聯(lián)一只電阻或一只穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管的陰極連接第一電路的第三輸入端，穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極連接第一電路的第二輸入端；
[0056]應(yīng)用于電池組中第M單體電池兩端的第M均衡充電電路(以下簡(jiǎn)稱第M電路)，M為2以上的整數(shù)，第M電路的第一輸入端連接所述第M單體電池的負(fù)極，第M電路的第二輸入端連接所述第M單體電池的正極，第M電路的第三輸入端連接至第M-1單體電池的正極。
[0057]即本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)了把第M電路中漏感產(chǎn)生的能量，回收并對(duì)第M-1單體電池進(jìn)行充電，這個(gè)能量回收是通過(guò)第M電路的第三輸入端來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0058]想良好地實(shí)現(xiàn)這一功能，顯然，要注意變壓器B的匝比，確保當(dāng)二極管D2導(dǎo)通時(shí)，電池組的總電壓通過(guò)副邊繞組Ns對(duì)原邊繞組Np產(chǎn)生的反射電壓要低于單體電池的端電壓與二極管Dl正向壓降之和，這樣確保整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。
[0059]如果覺(jué)得第一電路的第三輸入端至第一電路的第二輸入端之間并聯(lián)的一只電阻或一只穩(wěn)壓二極管，產(chǎn)生了能耗，還可以用下述第三實(shí)施的使用P-MOS管的均衡充電電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)效率的進(jìn)一步提升。
[0060]第三實(shí)施例
[0061]使用P-MOS管的均衡充電電路，參見(jiàn)圖4，圖5示出了和圖4連接關(guān)系完全相同的原理圖，為了方便對(duì)使用P-MOS管的均衡充電電路應(yīng)用于第一單體電池的理解。
[0062]其連接關(guān)系是，一種使用P-MOS管的均衡充電電路，包括第一輸入端VI1、第二輸入端VI2、第三輸入端VI3、輸出正端Vo+、輸出負(fù)端Vo-、檢測(cè)電路Ul和由檢測(cè)電路Ul控制的反激式DC-DC變換器10，輸出正端Vo+連接在電池組的正極上，輸出負(fù)端Vo-連接在電池組的負(fù)極上；所述反激式DC-DC變換器10包括P-MOS管Q、變壓器B、第一二極管D1、第二二極管D2、電容C ;所述檢測(cè)電路Ul并聯(lián)于第一輸入端VII與第二輸入端VI2之間，檢測(cè)電路Ul的輸出端與P-MOS管的柵極連接，P-MOS管的源極接第一輸入端VII，P-MOS管的漏極與變壓器B原邊繞組Np的異名端連接，變壓器B原邊繞組Np的同名端與第二輸入端VI2連接，變壓器B副邊繞組Ns的異名端與第二二極管D2陰極連接，第二二極管D2的陽(yáng)極與輸出負(fù)端連接，變壓器B副邊繞組Ns的同名端與輸出正端Vo+連接，其特征是=P-MOS管Q的漏極與變壓器原邊繞組的異名端連接點(diǎn)還連接第一二極管Dl的陰極，第一二極管Dl的陽(yáng)極連接第三輸入端VI3，第二輸入端VI2和第三輸入端VI3之間還并聯(lián)有電容C ;檢測(cè)電路Ul檢測(cè)到第一輸入端VIl與第二輸入端VI2之間的電壓大于設(shè)定值時(shí),檢測(cè)電路Ul的輸出端輸出占空比信號(hào)控制P-MOS管，P-MOS管處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)；檢測(cè)電路檢測(cè)到第一輸入端VIl與第二輸入端VI2之間的電壓在設(shè)定值以下時(shí)，檢測(cè)電路Ul的輸出端輸出低電平，讓P-MOS管截止。
[0063]把使用N-MOS管的均衡充電電路中的N-MOS管換為P溝道的MOS管，把相應(yīng)的二極管極性反過(guò)來(lái)，電源以及輸出的極性反過(guò)來(lái)，這是慣用手法，其工作原理仍同第一實(shí)施例，這里不再贅述。
[0064]使用第三實(shí)施例中使用P-MOS管的均衡充電電路替代第二實(shí)施例中的第一電路，就得到效率更高的技術(shù)方案，第四實(shí)施例示出的正是這種應(yīng)用。
[0065]第四實(shí)施例
[0066]第一電路換成P-MOS管用為開(kāi)關(guān)管的反激式DC-DC變換器，那么第一二極管與第二二極管都要反過(guò)來(lái)連接，同樣，電池也要反一下極性，輸出也要反一下極性，這是慣用手法，那么，上述的第二實(shí)施例中第一電路中的耗能的一只電阻或一只穩(wěn)壓二極管不再存在，可以使用第二單體電池來(lái)給使用P-MOS管的第一均衡充電電路去磁,專門吸收第一電路中漏感產(chǎn)生的能量。具體實(shí)施方法如下:
[0067]本發(fā)明還提供了另一種均衡充電電路的電池組，該電池組中每個(gè)單體電池都對(duì)應(yīng)地使用一個(gè)均衡充電電路，所有的均衡充電電路的輸出正端連接在一起，連接在電池組的正極上，輸出負(fù)端連接在一起，且連接在電池組的負(fù)極上，其中，離電池組正極最近的單體電池稱為第一單體電池，其余單體電池的序號(hào)依次類推，其特征是:
[0068]應(yīng)用于電池組中第一單體電池的兩端的第一均衡充電電路(以下簡(jiǎn)稱第一電路)為使用P-MOS管的均衡充電電路,第一電路的第一輸入端連接所述第一單體電池的正極，第一電路的第二輸入端連接所述第一單體電池的負(fù)極，第一電路的第三輸入端連接至第二單體電池的負(fù)極；
[0069]應(yīng)用于電池組中第M單體電池的兩端的第M均衡充電電路(以下簡(jiǎn)稱第M電路)為使用N-MOS管的均衡充電電路，M為2以上的整數(shù)，第M電路的第一輸入端連接所述第M單體電池的負(fù)極，第M電路的第二輸入端連接所述第M單體電池的正極，第M電路的第三輸入端連接至第M-1單體電池的正極。
[0070]由于低壓的P-MOS管成本一樣的低廉，而且其開(kāi)啟電壓低，用于單體電池直接供電的電路中完全可行，使用上述方式連接后，應(yīng)用于電池組中，包括超級(jí)電容構(gòu)成的電池組中的第一電路中，本例的反激電路中漏感產(chǎn)生的能量使用第二單體電池吸收，這樣，提升了整機(jī)的效率。
[0071]上述的實(shí)施例，顯然只能用于充電過(guò)程，一旦電路中的設(shè)定值確定，就只能用于在電池組充電時(shí)的均衡充電。第五實(shí)施例不出的，不僅適用于充電，同樣適用于電池組對(duì)外放電時(shí)的電池均衡。
[0072]第五實(shí)施例
[0073]第五實(shí)例例不出的，不僅適用于充電，同樣適用于電池組對(duì)外放電時(shí)的電池均衡。
[0074]方法如下:在上述的第二、第四實(shí)施例的基礎(chǔ)上，每一個(gè)均衡充電電路的檢測(cè)電路Ul至UN上，都增設(shè)一個(gè)紅外線接收頭，檢測(cè)電路Ul至UN采用對(duì)應(yīng)數(shù)量的單片機(jī)構(gòu)成；包括一個(gè)總電壓監(jiān)測(cè)電路，監(jiān)測(cè)電池組的總電壓，根據(jù)總電壓的下降，總電壓監(jiān)測(cè)電路的紅外線發(fā)射裝置發(fā)射事先約定的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)；所有紅外線接收頭收到相同的信號(hào)，Ul至UN里的單片機(jī)同步地調(diào)低所述的設(shè)定值，下調(diào)的量相同；根據(jù)總電壓的下降幅度，對(duì)應(yīng)地有多組所述的設(shè)定值。
[0075]第一電路的檢測(cè)電路編號(hào)為U1，第N電路的檢測(cè)電路編號(hào)為UN ；
[0076]原理:在放電時(shí)，某單體電池的容量小，它的放電就快，這時(shí)電池組的總電壓同步下降，總電壓監(jiān)測(cè)電路監(jiān)測(cè)電池組的總電壓，根據(jù)總電壓的下降，總電壓監(jiān)測(cè)電路的紅外線發(fā)射裝置發(fā)射事先約定的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)；紅外線接收頭收到相同的信號(hào)，Ul至UN里的單片機(jī)同步地、調(diào)低所述的設(shè)定值，下調(diào)的量相同，這時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)兩組情況，第一組為電池放電快的，其端電壓已低于新的“設(shè)定值”，那么，和它們并聯(lián)的均衡充電電路都不工作，它們維持了原有的放電電流；第二組為電池放電慢的，它們隨機(jī)分布在電池組中，其端電仍高于新的“設(shè)定值”，那么，和它們并聯(lián)的均衡充電電路會(huì)相應(yīng)地工作，輸出能量對(duì)電池組的兩端供電，同時(shí)對(duì)負(fù)載放電，顯然，第二組的放電電流等于電池中原來(lái)的電流加上均衡充電電路的吸收電流，比第一組的要大，這樣實(shí)現(xiàn)均衡，二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)中，一個(gè)字節(jié)可以表示16進(jìn)制，使用2個(gè)字節(jié)可以表示256個(gè)等級(jí)的信號(hào)，若充電限制電壓為4.2V，而放電限制電壓為3.1V，那么，中間有1.1V的壓差，分為255個(gè)等級(jí)，則每個(gè)變化量為4.3mV，足以勝任精確的均衡放電。
[0077]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實(shí)施方式不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0078]對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，如在回路中串入電感、電容以平滑放電、充電電流，均衡充電電路的輸出端并聯(lián)后接至充電電源的功率級(jí)的高壓直流濾波電路上，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍，這里不再用實(shí)施例贅述，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種均衡充電電路,包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、輸出正端、輸出負(fù)端、檢測(cè)電路和由檢測(cè)電路控制的反激式DC-DC變換器，反激式DC-DC變換器包括N-MOS管(N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的簡(jiǎn)稱)、變壓器、第一二極管、第二二極管、電容；所述檢測(cè)電路并聯(lián)于第一輸入端與第二輸入端之間，檢測(cè)電路的輸出端與N-MOS管的柵極連接，N-MOS管的源極連接第一輸入端，N-MOS管的漏極與變壓器原邊繞組的異名端連接，變壓器原邊繞組的同名端與第二輸入端連接，變壓器副邊繞組的異名端與第二二極管的陽(yáng)極連接，第二二極管的陰極與輸出正端連接，變壓器副邊繞組的同名端與輸出負(fù)端連接， 其特征是=N-MOS管的漏極與變壓器原邊繞組的異名端連接點(diǎn)還連接第一二極管的陽(yáng)極，第一二極管的陰極連接第三輸入端，第二輸入端和第三輸入端之間還并聯(lián)有電容；輸出正端連接在電池組的正極上，輸出負(fù)端連接在電池組的負(fù)極上；檢測(cè)電路檢測(cè)到第一輸入端與第二輸入端之間的電壓大于設(shè)定值時(shí)，檢測(cè)電路的輸出端輸出占空比信號(hào)，控制N-MOS管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)；檢測(cè)電路檢測(cè)到第一輸入端與第二輸入端之間的電壓在設(shè)定值以下時(shí)，檢測(cè)電路的輸出端輸出低電平，讓N-MOS管截止。
2.一種包括權(quán)利要求1所述的均衡充電電路的電池組，電池組中每個(gè)單體電池都對(duì)應(yīng)地使用一個(gè)均衡充電電路，所有的均衡充電電路的輸出正端連接在一起，連接在電池組的正極上，輸出負(fù)端連接在一起，且連接在電池組的負(fù)極上，其中，離電池組正極最近的單體電池稱為第一單體電池，其余單體電池的序號(hào)依次類推，其特征是: 應(yīng)用于電池組中第一單體電池兩端的第一均衡充電電路(以下簡(jiǎn)稱第一電路)，第一電路的第一輸入端連接所述第一單體電池的負(fù)極，第一電路的第二輸入端連接所述第一單體電池的正極，第一電路的第三輸入端至第一電路的第二輸入端之間還并聯(lián)一只電阻或一只穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管的陰極連接第一電路的第三輸入端，穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極連接第一電路的第二輸入端。 應(yīng)用于電池組中第M單體電池兩端的第M均衡充電電路(以下簡(jiǎn)稱第M電路)，M為2以上的整數(shù)，第M電路的第一輸入端連接所述第M單體電池的負(fù)極，第M電路的第二輸入端連接所述第M單體電池的正極，第M電路的第三輸入端連接至第M-1單體電池的正極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電池組，其特征在于，增加實(shí)現(xiàn)均衡充放電方法的電路:均衡充電電路的檢測(cè)電路Ul至UN上，都增設(shè)一個(gè)紅外線接收頭，檢測(cè)電路Ul至UN采用對(duì)應(yīng)數(shù)量的單片機(jī)構(gòu)成；包括一個(gè)總電壓監(jiān)測(cè)電路，監(jiān)測(cè)電池組的總電壓，根據(jù)總電壓的下降，總電壓監(jiān)測(cè)電路的紅外線發(fā)射裝置發(fā)射事先約定的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)；所有紅外線接收頭收到相同的信號(hào)，Ul至UN里的單片機(jī)同步地調(diào)低所述的設(shè)定值，下調(diào)的量相同；根據(jù)總電壓的下降幅度，對(duì)應(yīng)地有多組所述的設(shè)定值。
4.一種使用P-MOS管的均衡充電電路,包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、輸出正端、輸出負(fù)端、檢測(cè)電路和由檢測(cè)電路控制的反激式DC-DC變換器，輸出正端連接在電池組的正極上，輸出負(fù)端連接在電池組的負(fù)極上；所述反激式DC-DC變換器包括P-MOS管、變壓器、第一二極管、第二二極管、電容；所述檢測(cè)電路并聯(lián)于第一輸入端與第二輸入端之間，檢測(cè)電路的輸出端與P-MOS管的柵極連接，P-MOS管的源極接第一輸入端，P-MOS管的漏極與變壓器原邊繞組的異名端連接，變壓器原邊繞組的同名端與第二輸入端連接，變壓器副邊繞組的異名端與第二二極管陰極連接，第二二極管的陽(yáng)極與輸出負(fù)端連接，變壓器副邊繞組的同名端與輸出正端連接， 其特征是=P-MOS管的漏極與變壓器原邊繞組的異名端連接點(diǎn)還連接第一二極管的陰極，第一二極管的陽(yáng)極連接第三輸入端，第二輸入端和第三輸入端之間還并聯(lián)有電容；檢測(cè)電路檢測(cè)到第一輸入端與第二輸入端之間的電壓大于設(shè)定值時(shí)，檢測(cè)電路的輸出端輸出占空比信號(hào)控制P-MOS管，P-MOS管處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)；檢測(cè)電路檢測(cè)到第一輸入端與第二輸入端之間的電壓在設(shè)定值以下時(shí)，檢測(cè)電路的輸出端輸出低電平，讓P-MOS管截止。
5.一種包括權(quán)利要求1、權(quán)利要求4所述的均衡充電電路的電池組，電池組中每個(gè)單體電池都對(duì)應(yīng)地使用一個(gè)均衡充電電路，所有的均衡充電電路的輸出正端連接在一起，連接在電池組的正極上，輸出負(fù)端連接在一起，且連接在電池組的負(fù)極上，其中，離電池組正極最近的單體電池稱為第一單體電池，其余單體電池的序號(hào)依次類推，其特征是: 應(yīng)用于電池組中第一單體電池的兩端的第一均衡充電電路(以下簡(jiǎn)稱第一電路)為使用P-MOS管的均衡充電電路,第一電路的第一輸入端連接所述第一單體電池的正極，第一電路的第二輸入端連接所述第一單體電池的負(fù)極，第一電路的第三輸入端連接至第二單體電池的負(fù)極； 應(yīng)用于電池組中第M單體電池的兩端的第M均衡充電電路(以下簡(jiǎn)稱第M電路)為使用N-MOS管的均衡充電電路，M為2以上的整數(shù)，第M電路的第一輸入端連接所述第M單體電池的負(fù)極，第M電路的第二輸入端連接所述第M單體電池的正極，第M電路的第三輸入端連接至第M-1單體電池的正極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電池組，其特征在于，增加實(shí)現(xiàn)均衡充放電方法的電路:均衡充電電路的檢測(cè)電路Ul至UN上，都增設(shè)一個(gè)紅外線接收頭，檢測(cè)電路Ul至UN采用對(duì)應(yīng)數(shù)量的單片機(jī)構(gòu)成；包括一個(gè)總電壓監(jiān)測(cè)電路，監(jiān)測(cè)電池組的總電壓，根據(jù)總電壓的下降，總電壓監(jiān)測(cè)電路的紅外線發(fā)射裝置發(fā)射事先約定的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)；所有紅外線接收頭收到相同的信號(hào)，Ul至UN里的單片機(jī)同步地調(diào)低所述的設(shè)定值，下調(diào)的量相同；根據(jù)總電壓的下降幅度，對(duì)應(yīng)地有多組所述的設(shè)定值。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104201744SQ201410459391
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
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