一种可适用于多种储能电池的双向均衡电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可适用于多种储能电池的双向均衡电路，包括PWM产生模块，用于产生频率和占空比可调的PWM控制信号；控制模块，由总线收发器、光电隔离器、电阻、MOSFET管构成回路，用于控制MOSFET的开断，决定电池能量的转移方向和电流流向；均衡模块，由电池组、功率电感、MOSFET管、二极管构成回路，用于通过大电流和转移能量；电池模块，由电池单体或者电池组及其接线端子组成，由PWM产生模块产生一定频率和占空比的PWM驱动信号输入控制模块，由控制模块产生控制信号来控制均衡模块中均衡电流的大小和方向，实现相邻电池能量的相互转移。本实用新型专利技术可以有效的实现串联电池组的容量均衡，提高电池组的使用寿命。

A bidirectional equalization circuit suitable for multiple energy storage batteries

The utility model discloses a bidirectional balanced circuit which can be applied to a variety of energy storage batteries, including the PWM generating module, which is used to generate PWM control signals with adjustable frequency and duty ratio. The control module consists of a bus transceiver, a photoelectric isolator, a resistance, and a MOSFET tube, which is used to control the opening of the MOSFET and determine the battery energy. The balance module, consisting of a battery pack, a power inductor, a MOSFET tube, and a diode, is composed of a large current and a transfer energy; the battery module consists of a battery monomer or a battery pack and its terminal terminal, and the PWM generation module produces a PWM drive signal for a fixed frequency and a duty ratio. In the control module, the control signal is generated by the control module to control the size and direction of the balanced current in the equalization module, so as to realize the mutual transfer of the neighboring battery energy. The utility model can effectively realize the capacity balance of the series battery pack and improve the service life of the battery pack.

【技术实现步骤摘要】
一种可适用于多种储能电池的双向均衡电路
：本技术涉及一种可适用于多种储能电池的双向均衡电路，用于相邻电池或者电池组之间相互转移能量，使得电池荷电状态趋于一致。
技术介绍
：随着储能电池技术的发展，电池管理技术也将得到进一步发展，如何有效的均衡串联电池组各单体电池的荷电状态也是电池管理技术的一个重要环节。目前，公知的电池均衡方法主要有能耗均衡和主动均衡。能耗均衡的原理是在电池上并联合适的电阻或二极管进行分流，减小容量小的电池充满的速度，虽然电路简单，但是在实际应用中，该方法能量损耗大，均衡速度慢，效率低，发热严重。因此，为了克服能耗均衡法不足，采用主动均衡来转移电池能量。
技术实现思路
：本技术的目的在于提供一种可适用于多种储能电池的双向均衡电路。为达到上述目的，本技术采用如下技术方案来实现的：一种可适用于多种储能电池的双向均衡电路，包括PWM产生模块，用于产生频率和占空比可调的PWM控制信号；控制模块，用于控制MOSFET的开断，决定电池能量的转移方向和电流流向；均衡模块，用于通过大电流和转移能量；电池模块，由单体电池或者串联电池组的外接端子依次串联组成。本技术进一步的改进在于：控制模块包括总线收发器74HC245芯片U1，电阻R1、R2、R3、R4、R5和光电隔离器U2、U3以及均衡回路中的P沟道MOSFET管Q1、N沟道MOSFET管Q2和小功率P沟道MOSFET管P1；其中，U1的1引脚和20引脚接5V电源VCC，U1的2、3引脚接有PWM产生模块产生的控制信号，U1的10引脚和19引脚接地，U1的18引脚经过电阻R1与U2的2引脚相连，U1的17引脚经过电阻R3与U3的2引脚相连，U2的3引脚接地，U2的5引脚接电池BATT1负极，U2的6引脚与Q1的门极相连，U2的8引脚与电池BATT1的正极相连接，U2的6引脚和8引脚之间接电阻R2，U3的3引脚接地，U3的5引脚接电池BATT2负极，U3的6引脚与P1的门极相连，U3的8引脚与电池BATT2的正极和Q1的源极相连，U3的6引脚和8引脚之间接电阻R4，P1的漏极与Q2的门极相连，P1的漏极通过电阻R5与U3的5脚相连。本技术进一步的改进在于：均衡模块包括两个电池组BATT1和BATT2，P沟道MOSFET管Q1，N沟道MOSFET管Q2，功率电感L1，二极管D1，二极管D2；其中，BATT1的正极与D1的负极和Q1的源极相连，BATT1的负极与BATT2的正极相连，BATT1的负极通过L1与D1的正极、D2的负极、Q1的漏极、Q2的漏极相连，BATT2的负极与D2的正极和Q2的源极，Q1、Q2的门极为控制端。本技术进一步的改进在于：均衡模块可以扩展，n节电池串联需要n-1个均衡模块，第n-1个均衡模块包括两个电池组BATTn-1和BATTn，P沟道MOSFET管Q2n-3，N沟道MOSFET管Q2n-2，功率电感Ln-1，二极管D2n-3，二极管D2n-2；其中，BATTn-1的正极与D2n-3的负极和Q2n-3的源极相连，BATTn-1的负极与BATTn的正极相连，BATTn-1的负极通过Ln-1与D2n-3的正极、D2n-2的负极、Q2n-3的漏极、Q2n-2的漏极相连，BATTn的负极与D2n-2的正极和Q2n-2的源极，Q2n-3、Q2n-2的门极为控制端。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术采用主动均衡法进行串联电池组的均衡，将一个电池与功率电感和大功率、低阻抗的MOSFET串联作为转移回路，用二极管与功率电感和另一个电池串联作为续流回路。可以实现能量快速高效在两个电池之间相互转移。均衡模块可以很方便的实现扩展，可以适用于多个电池串联的情况。控制操作简单，只需调节PWM的频率和占空比来调节转移电流的大小和转移能量的多少，选择给不同沟道的MOSFET加PWM可以改变转移电流的方向和转移能量的方向。控制模块和均衡模块之间加入了光电隔离器，可以避免均衡模块通过大电流时对控制模块信号的干扰。附图说明：图1是本技术的原理框图；图2是本技术的控制模块电路图；图3是本技术的均衡模块电路图；图4是本技术的扩展均衡模块电路图。具体实施方式：下面结合附图对本技术进一步说明。如图1所示，本技术一种可适用于多种储能电池的双向均衡电路，包括PWM产生模块、控制模块、均衡模块、电池模块。本技术的工作原理及过程如下：由PWM产生模块产生一定频率和占空比的PWM驱动信号输入控制模块，由控制模块产生控制信号来控制均衡模块中均衡电流的大小和方向，实现相邻电池能量的相互转移。如图2所示，驱动信号PWM1经过总线收发器U1的驱动后，连接一定阻值的限流电阻去控制光电隔离器U2的发光侧，从而可以控制P沟道MOSFET管Q1的导通与关断；驱动信号PWM2经过总线收发器U1的驱动后，连接一定阻值的限流电阻去控制光电隔离器U3的发光侧，从而可以控制N沟道MOSFET管Q2的导通与关断。具体来说，控制模块包括总线收发器74HC245芯片U1，电阻R1、R2、R3、R4、R5和光电隔离器U2、U3以及均衡回路中的P沟道MOSFET管Q1、N沟道MOSFET管Q2和小功率P沟道MOSFET管P1；其中，U1的1引脚和20引脚接5V电源VCC，U1的2、3引脚接有PWM产生模块产生的驱动信号，U1的10引脚和19引脚接地，U1的18引脚经过电阻R1与U2的2引脚相连，U1的17引脚经过电阻R3与U3的2引脚相连，U2的3引脚接地，U2的5引脚接电池BATT1负极，U2的6引脚与Q1的门极相连，U2的8引脚与电池BATT1的正极相连接，U2的6引脚和8引脚之间接电阻R2，U3的3引脚接地，U3的5引脚接电池BATT2负极，U3的6引脚与P1的门极相连，U3的8引脚与电池BATT2的正极和Q1的源极相连，U3的6引脚和8引脚之间接电阻R4，P1的漏极与Q2的门极相连，P1的漏极通过电阻R5与U3的5脚相连。如图3所示，均衡模块主要采用P沟道MOSFET管和N沟道MOSFET管作为开关器件，回路中串联功率电感，以及续流二极管。利用控制单元产生的一定频率的控制信号，控制两个MOSFET管的门极电压，从而控制转移电流的方向和转移能量的方向，改变控制信号的频率可以改变转移电流和转移能量的大小。具体来说，均衡模块由两个电池组BATT1和BATT2构成。包括P沟道MOSFET管Q1，N沟道MOSFET管Q2，功率电感L1，二极管D1，二极管D2。每个均衡模块可以分为BATT1向BATT2传递能量的转移回路和续流回路以及BATT2和BATT1传递能量的转移回路和续流回路。其中，BATT1向BATT2传递能量的转移回路由电池BATT1，P沟道MOSFET管Q1和电感L1构成；其中，BATT1的正极与Q1的源极相连接，Q1的漏极通过电感L1与BATT1的负极相连接。Q1的门极为控制端。BATT1向BATT2传递能量的续流回路由电池BATT2，二极管D2和电感L1构成；其中，电池BATT2正极通过电感L1与二极管D2负极相连，二极管D2正极与电池BATT2负极相连接。BATT2向BATT1传递能量的转移回路由电池BATT2，N沟道M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可适用于多种储能电池的双向均衡电路，其特征在于：包括PWM产生模块，用于产生频率和占空比可调的PWM控制信号；控制模块，用于控制MOSFET的开断，决定电池能量的转移方向和电流流向；均衡模块，用于通过大电流和转移能量；电池模块，由单体电池或者串联电池组的外接端子依次串联组成。

【技术特征摘要】
1.一种可适用于多种储能电池的双向均衡电路，其特征在于：包括PWM产生模块，用于产生频率和占空比可调的PWM控制信号；控制模块，用于控制MOSFET的开断，决定电池能量的转移方向和电流流向；均衡模块，用于通过大电流和转移能量；电池模块，由单体电池或者串联电池组的外接端子依次串联组成。2.根据权利要求1所述的一种可适用于多种储能电池的双向均衡电路，其特征在于，控制模块包括总线收发器74HC245芯片U1，电阻R1、R2、R3、R4、R5和光电隔离器U2、U3以及均衡回路中的P沟道MOSFET管Q1、N沟道MOSFET管Q2和小功率P沟道MOSFET管P1；其中，U1的1引脚和20引脚接5V电源VCC，U1的2、3引脚接有PWM产生模块产生的驱动信号，U1的10引脚和19引脚接地，U1的18引脚经过电阻R1与U2的2引脚相连，U1的17引脚经过电阻R3与U3的2引脚相连，U2的3引脚接地，U2的5引脚接电池BATT1负极，U2的6引脚与Q1的门极相连，U2的8引脚与电池BATT1的正极相连接，U2的6引脚和8引脚之间接电阻R2，U3的3引脚接地，U3的5引脚接电池BATT2负极，U3的6引脚与P1的门极相连，U3的8引脚与电池BATT2的正极和Q1的源极相连，U3的6引脚和8引脚之间接电阻R4，P1的漏极与Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋政湘，祁振宇，王建华，耿英三，曹羽鹏，梁海洪，
申请(专利权)人：西安交通大学，西安耐百特电力储能科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61