本发明专利技术提供一种串联蓄电池组充放电自动均衡调节方法及装置。该装置由一只ＤＣ／ＤＣ变换器构成，其输入端接电池组的正、负端，而Ｎ组完全相同的直流输出端分别接到对应的Ｎ只电池的正、负极，只要起动高频脉冲发生器工作，变换器就能根据各电池电压高低直接进行电量分配，实现由高容量电池向低容量电池的电量转移，使各电池电压、电量趋向一致，实现均衡。这种自动均衡调节方法可以避免电池组在充放电过程中发生过充电和过放电现象，保护电池组，延长其使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种串联蓄电池组充放电过程中各电池电压、电量自动均衡调 节方法及装置，它适用于各种类型的蓄电池和超级电容器。
技术介绍
串联蓄电池组在使用期间，各电池之间必然会产生容量和性能差异，充电 时，容量小、性能差的电池会产生过充电现象，而在放电时，容量小、性能差 的电池又会产生过放电现象。不断的反复过充过放会使差电池的容量愈来愈小， 性能愈来愈差，这种恶性循环过程加速了差电池的损坏。而串联电池组的可用 容量是由最差的一只电池容量决定的，差电池的性能恶化将大大缩短整个电池 组的放电时间，从而影响其使用寿命，这个问题对于频繁充放电的动力电池尤 为突出。电池之间的自动均衡调节是解决上述问题的根本方法。在现有均衡技术中， 很多方案釆用削高就低，对电压高、容量高的电池实行电阻放电方式，这一方 面无用消耗电能，另一方面电阻发热对均衡器工作不利，使均衡速度、均衡工 作范围受限，故这种电阻放电方式应慎用。在现有技术中， 一般都釆用N个均衡单元对应N只电池(N >2)，由主控 制器分别控制N个均衡单元工作，以实现均衡的目标，其中最新的专利技术专利 CN1181593C, CN1186868C， CN1316710C比较具有代表性。它们除了各自的特点 外，都具有以下共同点由CPU及接口电路做中心控制器，根据检测到的各电 池电压信号分别控制与电池对应的N个均衡单元。上述方案中，由于电池组电 压较高，N个电压釆集和N个输出控制需要采用隔离电路，电池数N可多达几十 到几百，因此上述装置是一个比较复杂的系统。各个均衡单元是由开关晶体管、 变压器、电子元件等组成的功率变换器，如果要达到较好的均衡速度和均衡效 果，每个均衡单元都需要一定的功率容量，而各均衡单元的容量应相同，故N 个均衡单元的总容量也是很大的。在控制软件的设计中，对于电池电压要设置 上下限等特征值作为均衡控制的起始和终止条件，也就是说，均衡控制存在不 控制死区。另外，各物理量受温度、工况等影响，有些还需要增加补偿措施， 这些都加大了系统硬件、软件方面的工作量，对于达到预期的均衡效果增加了 难度。综上所述，在现有技术中，系统比较复杂，成本较高，可靠性也大受影响，因此对于价值不很高的电池组，尤其对于电动车辆，工况变化大，可靠性要求 高，上述均衡装置实用推广存在较大困难。目前国内相关专利技术已有数十项， 但纵观巿场上，除个别情况外，尚无相应产品为用户所接受，尤其是电动自行 车、电动运输车等急需领域，更未发现有成熟的均衡器产品，致使电池组寿命 短成为该行业的一大难题。
技术实现思路
本专利技术提供一种新的自动均衡调节方法及装置。本专利技术的具体技术方案是N只串联蓄电池组自动均衡调节装置由一只 DC/DC功率变换器构成。变换器的输入电路为隔离变压器T的一次绕组Wo和一 只晶体三极管Q串联后，分别接到串联电池组的正、负端，三极管Q的控制极 接到一个高频方波脉冲发生器F的输出端。隔离变压器T有N个匝数相同的二 次绕组Wi WN,各自经一个二极管D整流和一只电容C滤波后，组成N路空载 电压完全相同的直流输出，其正、负端分别对应联接到N只电池的正、负极。 联接方式如图1所示。只要根据需要起动脉冲发生器，整个自动均衡调节装置 就会工作，自动地按照一定规律进行均衡调节，而勿须再进行其它检测及控制。 以下结合具体电路来论述该技术方案的自动均衡原理和方法。图2是任意一只电池Bn的电路联接图，起动工作后，变换器的输入电流为 Ii,变换器对电池Bn的输出电流为Ion= (Uo-UD-Un) /Z，式中Uo为空载输 出电压，UD为二极管正向压降，Z为回路阻抗，上述各量对于各个电池回路都是 相同的(忽略次要因素)，因此变换器输出到该电池的电流Ion就是该电池电压 Un的函数，由上式唯一决定，Un越大，Ion越小；Un越小，Ion越大，这样变换器就根据各电池电压高低相应进行电量分配。我们再进一步分析，每一只电 池的输出电流In-Ii-Ion，此电流可正、可负。电压Un高于平均电压的电池， In为正，输出电能；电压Un低于平均电压的电池，In为负，输入电能。如果 忽略变压器空载电流和变换损耗，则所有电池正电流之和与负电流之和是相等 的，就是说变换器使电压高、电量多的电池向电压低、电量少的电池进行无消 耗电量转移，使各电池电压电量趋向一致，即实现了均衡。上述自动均衡调节方法与电池组工作状态无关，不论充电、放电，甚至静 止都能实现电池组的自动均衡。在充电时，容量小的电池先充满，电压高，均 衡调节将使该电池流出部分电流，致使其实际充电电流减少，防止过充电；在 放电时，容量小的电池电压低，均衡调节将使该电池流入部分电流，而使其实 际放电电流减少，防止过放电。或者更直接地说，通过均衡调节，好电池多提 供部分负载电流帮助差电池放电，从而避免了差电池过放电。上述自动均衡调节方法一方面可以避免过充、过放，保护了蓄电池，另一 方面，在充电时可以使充入电量和每一只电池的实际容量相适应，适当缩短了 充电时间，在放电时使好电池多放电、差电池少放电，削峰填谷，增加了放电 时间，使电池组的可用容量不再由最差的一只电池容量所决定，而是取决于所 有电池的容量之和，充分利用了所有电能，增加了行驶里程，这样就更进一步 地延长了电池组的使用寿命。分析还表明，这样的电池组寿命终止时，各电池 间的容量相差不大，寿命几乎是同时终止，这既减少了浪费，也使电池维修、 更换工作量大幅降低。本专利技术提供的自动均衡调节方法由一个DC/DC变换器来实现，其原理主要 可用一个公式Ion- (Uo-UD-Un)/Z来表述。它不需要检测各电池电压和其它物 理量，勿须隔离，不用任何软件和补偿措施，就能很好地直接完成自动均衡。 从上述公式还可看出，均衡调节没有任何一点死区，没有任何滞后延迟，连续 调节，速度快，适应范围宽，性能优异。整个系统结构简单，功率总容量小， 成本低，可靠性高，实用性强，同时非常易于扩展，应用范围广。上述自动均衡调节方法适用于各种类型、各种容量、各种电压的蓄电池或 超级电容器。DC/DC变换器釆用单端变换电路，只用一只功率开关晶体管，既可 以是单端正激电路，也可以是单端反激电路，其具体设计中的微小区别，在此 不再细述。高频脉冲发生器既可以是定宽方波脉冲输出，如有特殊需要，也可附图说明'图l,自动均衡调节装置原理图 图2，单只电池的联结及工作原理图 具体实施例方式目前，电动自行车、电动运输车、电动汽车发展很快，但电池组寿命短， 远远达不到其额定寿命是该行业普遍存在且反映强烈的一大难题。电动车用蓄 电池多为铅酸电池， 一般单只电池电压为12V，电池组总电压为几十伏到几百伏， 有些大功率电动运输车，电动叉车，使用大容量(数百安时)的2V单体电池， 总电压一般为48V到72V。应用本专利技术提供的自动均衡调节装置可以非常好地解 决这些电池组的均衡问题，同时还可以防止硫化，保护电池组，大大延长其使 用寿命。电动自行车多数釆用48V电源，电池数N-4，按照图l所示联接就组成一 个基本的自动均衡调节装置，只要给脉冲发生器接通电源，系统就可工作。在 此，脉冲频率选用20KHZ(不限)，方波定宽输出，占空比50% (不限)。为了更好地工作，我们可根据需要增加一本文档来自技高网...
【技术保护点】
串联蓄电池组自动均衡调节装置用于蓄电池组充放电过程的均衡控制，其特征是：由一只ＤＣ／ＤＣ功率变换器构成。变换器的输入电路为隔离变压器Ｔ的一次绕组Ｗｏ和一只晶体三极管Ｑ串联后，分别接到电池组的正、负端，三极管Ｑ的控制极接到一个高频方波脉冲发生器Ｆ的输出端。隔离变压器Ｔ有Ｎ个匝数相同的二次绕组Ｗ↓［１］～Ｗ↓［Ｎ］，各自经二极管Ｄ整流和电容Ｃ滤波后，组成Ｎ路空载电压完全相同的直流输出，其正、负端分别对应联接到Ｎ只电池的正、负极（Ｎ≥２）。方波脉冲发生器可以是定宽输出，也可以是ＰＷＭ输出。
【技术特征摘要】
1. 串联蓄电池组自动均衡调节装置用于蓄电池组充放电过程的均衡控制，其特征是由一只DC/DC功率变换器构成。变换器的输入电路为隔离变压器T的一次绕组Wo和一只晶体三极管Q串联后，分别接到电池组的正、负端，三极管Q的控制极接到一个高频方波脉冲发生器F的输出端。隔离变压器T有N个匝数相同的二次绕组W1～WN，各自经二极管D整流和电容C滤波后，组成N路空载电压完全相同的直流输出，其正、负端分别对应联接到N只电池的正、负极(N≥2)。方波脉冲发生器可以是定宽输出，也可以是PWM输出。2. 根据权利要求1所述的串联蓄电池组自动均衡调节装置提供了一种自动 均衡调节方法，其特征是DC/DC变换器根据各电池电压高低直接进行电流分配， 由高向低进行电量转移，以实现各电池电压、电量的自动均衡。DC/DC变换器从电池组输入电流n，即...
【专利技术属性】
技术研发人员：张启厚，
申请(专利权)人：张启厚，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
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