一种电池组均衡充电电路及其控制结构制造技术

本发明专利技术涉及电力技术领域，尤其涉及一种电池组均衡充电电路及其控制结构。基于上述均衡结构，当个别单体电池电压过低时时，启用逆变模块对对低电压电池单元进行充电，然后再使用斩波模块对整体进行充电，完成均衡重点任务，当个别电池单元电压过高时，掀起用斩波模块使高电压电池单元的电量转移至其他低电压电池单元，再使用逆变模块对整体进行充放电实现均衡充电，通过本方案的均衡结构，是两种模块相互结合协同作用，即减少了均衡时间，同时也保证了均衡精度，避免单一均衡模块无法适应多种不均衡情形，顾此失彼的不利局面，实现了均衡功能及效果的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种电池组均衡充电电路及其控制结构
本专利技术涉及电力
，尤其涉及一种电池组均衡充电电路及其控制结构。
技术介绍
在电力系统正常运转过程中，不可避免的会遇到电源掉线，电压不稳等突发状况而导致需要切断电源以保证设备安全，为避免切断电源造成的电力设备运行异常，经常需要使用到各种类型的电池储能系统，电池储能系统作为备用电源以及能源储备装置是电力行业中的一个重要被部分，随着电池种类以及性能的提升，电池的单体容量以及电量不断提升，但在现阶段，单体电池的容量以及储存电量的能力仍然不足与满足大多数设备的电压电量需求，多数情况下需要使用将多个电池串并联形成电池组来获得所需的电压与容量等级，在理想情况下，我们希望电池组内的多个电池能够保持相同的充放电电压和充电速率，以实现电池组的同步，简化充放电过程以及提高效率，但由于制造工艺、电池材质、内外部环境等原因，导致在充放电过程中电池组内部单体电池之间出现不均衡现象，这种不均衡现象会导致电池组内部的单体电池产生过充电以及过放电现象，该不均衡现象会随着充放电次数的增加而加剧，其结果是使电池组内的单体电池的寿命迅速下降，电池组整体的充放电效率以及容量远小于理论值甚至无法达到既定的设计要求。因此在大多数电池组的应用系统中还需要配置相应的均衡管理结构，运用各种均衡管理策略以平衡电池组内各单体电池的充放电过程(包括充放电电量、电压等级、电流大小等)使其保持一致。特别是近十几年来，基于各种类型电路以及电子器件的均衡策略不断出现，但收到电路结构以及电子元器件的限制均存在各种不足：例如以电能转移为原理的LC振荡电路均衡策略由于开关数目多，因此控制电路复杂、损耗较大；基于斩波电路的均衡策略虽然在单体电池较少的电池组中具有较高的转移效率，但整体而言，其均衡电能转移效率仍然较低，不适用于大型的电池组。
技术实现思路
本专利技术创造的目的在于，提供一种电池组均衡充电电路及其控制结构，其能在电池组充放电过程中减少均衡时间消耗，提高均衡精度，以提高充放电效率，扩大电池组的应用范围。为实现上述目的，本专利技术创造采用如下技术方案。一种电池组均衡充电电路，包括两种均衡模块，即逆变模块及斩波模块，每一个电池单元均对应一个逆变模块，每两个相邻的电池单元对应一个斩波模块，所述逆变模块中包括一个半桥逆变电路，半桥逆变电路前级设有AC/DC电源以提供直流电压，并依次经过LC滤波电路、高频变压电路以及二次整流滤波等电路得到均衡电压/电流。所述半桥逆变电路包括两个串联的MOSFET管，在MOSFET管上分别反向并联有二极管；MOSFET管上还分别并联有吸收电容；串联的MOSFET管再与一个电容组并联，所述电容组中包括两个容值足够大且相等的电容，串联的MOSFET与电容组的两端连接至电源两端，两个电容中间点与两个MOSFET管的中间点连接，在两个中间点之间设有LC滤波电路，所述LC滤波电路包括谐振电容以及谐振电杆；LC滤波电路通过一个高频变压器与相应电池组连接，所述高频变压器前端连接至LC滤波电路，后端通过二次整流滤波电路之后连接至电池组，所述二次整流滤波电路包括谐振电容、谐振电感以及连接至高频变压器后端的整流二极管。所述斩波电路利用电池组自身供电，以实现传递方式的均衡，在每两个电池组之间对应有单斩波回路，所述单斩波回路包括MOSFET管，MOSFET管上并联有二极管，MOSFET管与用于储存电能的储能电感串联后连接至电池两端，相邻的两个单斩波电路间通过耦合电容相连接，耦合电容两端的连接点位于两个单斩波电路内开光关和储能电感中间。基于上述均衡结构，当个别单体电池电压过低时时，启用逆变模块对对低电压电池单元进行充电，然后再使用斩波模块对整体进行充电，完成均衡重点任务，当个别电池单元电压过高时，掀起用斩波模块使高电压电池单元的电量转移至其他低电压电池单元，再使用逆变模块对整体进行充放电实现均衡充电，通过本方案的均衡结构，是两种模块相互结合协同作用，即减少了均衡时间，同时也保证了均衡精度，避免单一均衡模块无法适应多种不均衡情形，顾此失彼的不利局面，实现了扬长避短，同时将上述两种模块有机结合，简化均衡电路的结构以及元器件的数量，在模块内实现零电压/电流开端，有效降低电路的能量消耗，并解决与之相关的内部发热等问题，实现均衡功能及效果的提升。一种电池充放电控制结构，包括上述均衡充电电路，所述均衡充电电路前方依次设有单片机、DA模块、PWM生成芯片以及驱动电路，所述单片机通过DA模块对PWM生成芯片进行控制以产生脉冲驱动波形，生成的PWM波形经过驱动电路调制后对前述均衡充电电路中MOSFET管的驱动控制，在电池单元设置有传感器，以将电池单元的电流电压信号反馈至单片机中，形成闭环控制系统。单片机主要作为均衡充电电路的控制机构，包括选通控制，信号转换及处理的控制、运行均衡算法以及内外部数据的传输；优先采用现有的PWM芯片以简化设计过程，由于直接获得的PWM波形驱动能力较弱，无法满足前述均衡充电电路中MOSFET管驱动所需，本系统中需要驱动电路来调制驱动信号，提供MOSFET管所需的瞬态电流，同时隔离PWM波，防止电路直通。所述驱动电路中包括驱动芯片，驱动芯片用于提供足够强大的瞬态启动电流，在驱动芯片前后端分别设置了前后级电路，PWM芯片生成的脉冲波分别输入驱动芯片的前级的HIN引脚和LIN引脚，前后级电路相互对应，HIN引脚对应H0，H0中的输出信号用于驱动半桥逆变电路中的上桥臂MOSFET管，同理LIN引脚对应L0，用于驱动下桥臂MOSFET管；同时驱动芯片的VS引脚与半桥逆变电路上下MOSFET管的连接端相连，上桥臂MOSFET管的S极与下桥臂MOSFET管的D极相连，同时利用快恢复二极管以及一个电解电容抬高驱动芯片后级电路VB端的电压，使VB实际电压高于半桥逆变电路的中线电压，其电压幅值为VCC减去二极管上的压降。特别的，所述PWM芯片是指SG3525芯片，所述SG3525芯片的CT引脚以及DISC引脚(即放电引脚)之间设有放电电阻RD以可通过RD电阻值的来设定CT的放电电流值，RT引脚以及CT引脚分别连接震荡电阻以及震荡电容；VDD引脚作为电压输入端连接有低直流电压(如+15V)。利用上述均衡充电电路结合控制结构，能够实现对各种不同类型的电池组进行充放电，根据电池组各种不均衡现象实现主动和被动式的均衡处理，通过外部芯片以及驱动电路提高了均衡电路的均衡效果，降低整个结构电路以及元器件的电能能耗，扩展单电池组内单体电池的数量及组合方式，进而充分发挥组合式均衡电路的特点使整个控制结构具备低功耗高效率，并能够良好的适应不同种均衡处理的需要。附图说明图1是实施例中电池组均衡充电电路的原理框图；图2是实施例中电池组均衡充电电路的结构图；图3是实施例中半桥逆变电路的结构原理图；图4是位于逆变电路后极的变压器的四个输出特性图；图5是斩波电路的机构示意图；图6是实施例中电池充放电控制结构的框架图；图7是实施例中PWM芯片对应的外围电路；图8是实施例中驱动电路的电路结构图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术创造作详细说明。由于单体电池之间的差异，电池组内部电池再充放电过程中会造成内部电压差异，这种差异会随着使用使用次数的增加急剧增加，破坏电池组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池组均衡充电电路，包括电池组以及电池组内相互串联的待充电电池单元，其特征在于，所述充电电路包括逆变模块及斩波模块，每一个电池单元均并联有一个逆变模块，每两个相邻的电池单元之间并联有一个斩波模块，所述逆变模块至少包括一个半桥逆变电路，半桥逆变电路前级设有AC/DC电源以提供直流电压，并依次经过LC滤波电路、高频变压电路以及二次整流滤波等电路得到均衡电压/电流为电池单元充电；所述斩波模块至少包括一个单斩波电路；所述半桥逆变电路包括两个串联在一起并由电源安驱动的MOSFET管；每个MOSFET管上分别反向并联有二极管以及吸收电容；所述半桥逆变电路还包括电容组，串联的MOSFET管与电容组并联，所述电容组中包括两个容值足够大且相等的电容，串联的MOSFET与电容组的两端连接至电源两端，两个电容中间点与两个MOSFET管的中间点连接，在两个中间点之间设有LC滤波电路，所述LC滤波电路包括谐振电容以及谐振电杆；LC滤波电路通过一个高频变压器与相应电池组连接，所述高频变压器前端连接至LC滤波电路，后端通过二次整流滤波电路之后连接至电池组，所述二次整流滤波电路包括谐振电容、谐振电感以及连接至高频变压器后端的整流二极管；所述斩波电路利用电池组自身供电，以实现传递方式的均衡，在每两个电池组之间对应有单斩波回路，所述单斩波回路包括与一个MOSFET管，MOSFET管上并联有二极管，MOSFET管与用于储存电能的储能电感串联后连接至电池两端，相邻的两个单斩波电路间通过耦合电容相连接，耦合电容两端的连接点位于两个单斩波电路内开MOSFET和储能电感中间；两个相邻的单斩波电路与两个电池单元组成双回路以为电池单元进行充电。...

【技术特征摘要】
1.一种电池组均衡充电电路，包括电池组以及电池组内相互串联的待充电电池单元，其特征在于，所述充电电路包括逆变模块及斩波模块，每一个电池单元均并联有一个逆变模块，每两个相邻的电池单元之间并联有一个斩波模块，所述逆变模块至少包括一个半桥逆变电路，半桥逆变电路前级设有AC/DC电源以提供直流电压，并依次经过LC滤波电路、高频变压电路以及二次整流滤波等电路得到均衡电压/电流为电池单元充电；所述斩波模块至少包括一个单斩波电路；所述半桥逆变电路包括两个串联在一起并由电源安驱动的MOSFET管；每个MOSFET管上分别反向并联有二极管以及吸收电容；所述半桥逆变电路还包括电容组，串联的MOSFET管与电容组并联，所述电容组中包括两个容值足够大且相等的电容，串联的MOSFET与电容组的两端连接至电源两端，两个电容中间点与两个MOSFET管的中间点连接，在两个中间点之间设有LC滤波电路，所述LC滤波电路包括谐振电容以及谐振电杆；LC滤波电路通过一个高频变压器与相应电池组连接，所述高频变压器前端连接至LC滤波电路，后端通过二次整流滤波电路之后连接至电池组，所述二次整流滤波电路包括谐振电容、谐振电感以及连接至高频变压器后端的整流二极管；所述斩波电路利用电池组自身供电，以实现传递方式的均衡，在每两个电池组之间对应有单斩波回路，所述单斩波回路包括与一个MOSFET管，MOSFET管上并联有二极管，MOSFET管与用于储存电能的储能电感串联后连接至电池两端，相邻的两个单斩波电路间通过耦合电容相连接，耦合电容两端的连接点位于两个单斩波电路内开MOSFET和储能电感中间；两个相邻的单斩波电路与两个电池单元组成双回路以为电池单元进行充电。2.一种电池充放电控制结构，包括均衡充电电路，其特征在于，还包括设于均衡充电电路前方的单...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁晖，冯伟，杨乐，蒋伟，吴倩，段小峰，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司泰州供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32