一种串联电池电压主动均衡电路及蓄电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种串联电池电压主动均衡电路，应用于蓄电系统，该电路包括N个电感、2N个开关管及N‑1个电容；第i电感的第一端与第2i‑1蓄电单元的正极连接，第i电感的第二端分别与第2i‑1开关管的第二端及第2i开关管的第一端连接，第2i开关管的第二端与第2i蓄电单元的正极连接，第2i‑1开关管的第一端与第2i‑1蓄电单元的负极连接，N‑1个电感的第二端还分别一一对应与N‑1个电容的第一端连接，N‑1个电容的第二端连接，剩下的一个电感的第二端直接与N‑1个电容的第二端连接。本发明专利技术使用的开关器件少，结构简单，成本低，控制开关管导通和关断的算法也很简单。本发明专利技术提供的蓄电系统也具有如上有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种串联电池电压主动均衡电路及蓄电系统
本专利技术涉及电压均衡
，特别是涉及一种串联电池电压主动均衡电路。
技术介绍
基于电池或者超级电容等蓄电单体的储能装置已经广泛应用于电动汽车和新能源发电等领域中。由于单个蓄电单体所能提供的电压有限，如锂电池单体和超级电容单体的输出电压通常都低于5V，因此，通常将多个蓄电单体串联在一起来满足实际的高电压需求。但由于个体差异，串联在一起的蓄电池或者超级电容单体在充放电的过程中容易表现出电压不一致，并且随着使用次数的增多，这个电压差异会越来越明显。如果不采取措施解决这个问题，轻则影响蓄电单体的蓄电能力，重则导致蓄电单体损坏甚至引发爆照等安全事故。为解决上述技术问题，现有技术中最为简单的解决方案是利用电阻给电压过高的电池或超级电容单体放电。但这种方案不仅造成了能量的浪费，也增加了蓄电系统的热管理负担。为了在确保蓄电单体电压一致性的同时实现能量的回收再利用，各种基于电力电子功率变换技术的串联电池电压主动均衡系统也相继被提出，比如利用Buck-Boost功率变化电路和开关电容功率电路，但基于Buck-Boost功率变换电路和开关电容功率电路的主动均衡系统中，这类系统用到的开关器件较多，结构复杂，成本高，且通常还需要配合复杂的控制算法。因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种串联电池电压主动均衡电路，使用的开关器件少，结构简单，成本低，控制开关管导通和关断的算法也很简单；本专利技术的另一目的是提供一种包括上述串联电池电压主动均衡电路的蓄电系统。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种串联电池电压主动均衡电路，应用于蓄电系统，所述蓄电系统包括2N个依次串联的蓄电单元，N为正整数，该电路包括N个电感、2N个开关管及N-1个电容，其中，第一开关管、第三开关管直至第2N-1开关管同时导通或关断，第二开关管、第四开关管直至第2N开关管同时导通或关断，第2i-1开关管与第2i开关管互补导通，i为不大于N的正整数；第i电感的第一端与第2i-1蓄电单元的正极连接，第i电感的第二端分别与第2i-1开关管的第二端及第2i开关管的第一端连接，所述第2i开关管的第二端与第2i蓄电单元的正极连接，第2i-1开关管的第一端与第2i-1蓄电单元的负极连接，N-1个电感的第二端还分别一一对应与N-1个电容的第一端连接，N-1个电容的第二端连接，剩下的一个电感的第二端直接与N-1个电容的第二端连接。优选地，该电路还包括：设置在所述剩下的一个电感的第二端及N-1个电容的第二端连接的公共点之间的电容。优选地，该电路还包括：N个电阻，其中，第i电阻与第i电感串联连接。优选地，该电路还包括：N个谐振电感器，其中，第i谐振电感器与第i电容串联连接。优选地，所述开关管为NMOS，其中，NMOS的源极作为所述开关管的第一端，NMOS的漏极作为所述开关管的第二端。优选地，所述开关管为PMOS，其中，PMOS的漏极作为所述开关管的第一端，PMOS的源极作为所述开关管的第二端。优选地，所述蓄电单元为单一电池单体或者由多个单一电池单体串联构成的电池组或者单一超级电容单体或者由多个单一超级电容单体串联而成的超级电容组。为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种蓄电系统，包括2N个依次串联的蓄电单元，N为正整数，还包括如上述所述的串联电池电压主动均衡电路。本专利技术提供了一种串联电池电压主动均衡电路，应用于蓄电系统，蓄电系统包括2N个依次串联的蓄电单元，N为正整数，该电路包括N个电感、2N个开关管及N-1个电容，其中，第一开关管、第三开关管直至第2N-1开关管同时导通或关断，第二开关管、第四开关管直至第2N开关管同时导通或关断，第2i-1开关管与第2i开关管互补导通，i为不大于N的正整数；第i电感的第一端与第2i-1蓄电单元的正极连接，第i电感的第二端分别与第2i-1开关管的第二端及第2i开关管的第一端连接，第2i开关管的第二端与第2i蓄电单元的正极连接，第2i-1开关管的第一端与第2i-1蓄电单元的负极连接，N-1个电感的第二端还分别一一对应与N-1个电容的第一端连接，N-1个电容的第二端连接，剩下的一个电感的第二端直接与N-1个电容的第二端连接。本专利技术利用电感及电容能够充放电的特性，通过控制开关管的导通和关断，实现将电压高的蓄电单元的能量转向电压低的蓄电单元，最终实现所有蓄电单元的能量均衡，也即实现所有蓄电单元的电压一致性，本专利技术使用的开关器件少，结构简单，成本低，控制开关管导通和关断的算法也很简单。本专利技术提供的蓄电系统也具有如上有益效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的一种串联电池电压主动均衡电路的结构示意图；图2为本专利技术的一种具体地串联电池电压主动均衡电路的结构示意图；图3为图2所示的串联电池电压主动均衡电路的一种工作模态示意图；图4为图2所示的串联电池电压主动均衡电路的另一种工作模态示意图；图5为本专利技术提供的另一种串联电池电压主动均衡电路的结构示意图；图6为本专利技术的另一种具体地串联电池电压主动均衡电路的结构示意图；图7为图6所示的串联电池电压主动均衡电路的一种工作模态示意图；图8为图6所示的串联电池电压主动均衡电路的另一种工作模态示意图。具体实施方式本专利技术的核心是提供一种串联电池电压主动均衡电路，使用的开关器件少，结构简单，成本低，控制开关管导通和关断的算法也很简单；本专利技术的另一核心是提供一种包括上述串联电池电压主动均衡电路的蓄电系统。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参照图1，图1为本专利技术提供的一种串联电池电压主动均衡电路的结构示意图，应用于蓄电系统，蓄电系统包括2N个依次串联的蓄电单元，N为正整数，该电路包括N个电感、2N个开关管及N-1个电容，其中，第一开关管S1、第三开关管S3直至第2N-1开关管同时导通或关断，第二开关管S2、第四开关管S4直至第2N开关管同时导通或关断，第2i-1开关管与第2i开关管互补导通，i为不大于N的正整数；第i电感的第一端与第2i-1蓄电单元的正极连接，第i电感的第二端分别与第2i-1开关管的第二端及第2i开关管的第一端连接，第2i开关管的第二端与第2i蓄电单元的正极连接，第2i-1开关管的第一端与第2i-1蓄电单元的负极连接，N-1个电感的第二端还分别一一对应与N-1个电容的第一端连接，N-1个电容的第二端连接，剩下的一个电感的第二端直接与N-1个电容的第二端连接。首先需要说明的是，本申请所述的依次串联的蓄电单元指的是除去第一个蓄电单元与电源负极连接的一端和最后一个蓄电单元与电源正极连接的一端，任意相连两个蓄电单元中，一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联电池电压主动均衡电路，应用于蓄电系统，所述蓄电系统包括2N个依次串联的蓄电单元，N为正整数，其特征在于，该电路包括N个电感、2N个开关管及N‑1个电容，其中，第一开关管、第三开关管直至第2N‑1开关管同时导通或关断，第二开关管、第四开关管直至第2N开关管同时导通或关断，第2i‑1开关管与第2i开关管互补导通，i为不大于N的正整数；第i电感的第一端与第2i‑1蓄电单元的正极连接，第i电感的第二端分别与第2i‑1开关管的第二端及第2i开关管的第一端连接，所述第2i开关管的第二端与第2i蓄电单元的正极连接，第2i‑1开关管的第一端与第2i‑1蓄电单元的负极连接，N‑1个电感的第二端还分别一一对应与N‑1个电容的第一端连接，N‑1个电容的第二端连接，剩下的一个电感的第二端直接与N‑1个电容的第二端连接。

【技术特征摘要】
1.一种串联电池电压主动均衡电路，应用于蓄电系统，所述蓄电系统包括2N个依次串联的蓄电单元，N为正整数，其特征在于，该电路包括N个电感、2N个开关管及N-1个电容，其中，第一开关管、第三开关管直至第2N-1开关管同时导通或关断，第二开关管、第四开关管直至第2N开关管同时导通或关断，第2i-1开关管与第2i开关管互补导通，i为不大于N的正整数；第i电感的第一端与第2i-1蓄电单元的正极连接，第i电感的第二端分别与第2i-1开关管的第二端及第2i开关管的第一端连接，所述第2i开关管的第二端与第2i蓄电单元的正极连接，第2i-1开关管的第一端与第2i-1蓄电单元的负极连接，N-1个电感的第二端还分别一一对应与N-1个电容的第一端连接，N-1个电容的第二端连接，剩下的一个电感的第二端直接与N-1个电容的第二端连接。2.如权利要求1所述的串联电池电压主动均衡电路，其特征在于，该电路还包括：设置在所述剩下的一个电感的第二端及N-1个电容的第二端连接的公共点之间的电容。3.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶远茂，冯程锋，葛泳，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44