[发明专利]蓄电池组或超级电容器组充放电快速均衡装置

说明书

技术领域

本发明涉及蓄电池组或超级电容器组充放电监控领域。

背景技术

由于环境污染和能源危机两大问题，世界各国广泛开展了电动汽车的研发热潮，而电池是电动汽车发展的瓶颈，其原因主要是电池的比能量和比功率不能同时满足电动汽车的要求，另外电池的循环使用寿命也是一个重要的问题。前者有待于新型电池的问世，而后者——电池的寿命可以通过电池充放电过程的监控管理得到延长。电池充放电时的过充或过放是造成电池寿命缩短或直接损坏的主要原因，充放电均衡控制是提高电池容量利用率、避免电池单体过充或过放的最有效手段。

目前，蓄电池(或超级电容器)组单体电压均衡方法主要有以下几种：稳压管法、开关电阻法、同轴多输出绕组变压器法、buck-boost变换器法和飞渡电容法等。其中稳压管法和开关电阻法只能用于充电过程中的电压均衡，且稳压管和电阻会发热，耗费能量，同时给电池组带来散热问题。同轴多输出绕组变压器法由于在实际中多个输出绕组的匹配困难，任何偏差都会带来均衡误差，无法用控制的方法来解决，同时由于变压器的寄生效应，尤其是漏感的存在，采用同轴多输出绕组变压器实现电池组单体电压的完全均衡难度比较大。buck-boost变换器法虽然具有能量损耗小、在充电和放电过程均可进行均衡、均衡电流可以调制、相邻单体之间能量转移速度快等优点，但是当串联单体数量众多，电压最高和最低的电池相隔多个单体时，均衡效率会大大降低。飞渡电容法虽然可以实现能量在电池组任意两个单体之间的直接转移，没有重复无效的能量流动，但是由于均衡电流受飞渡电容电压与电池组中单体电压之差的限制，随着均衡过程的进行，均衡速度会越来越慢，无法实现完全均衡。另外，对于超级电容器组来说，由于其充放电电流大，充放电速度快，这对均衡速度提出了更高的要求，上述方法都不能满足要求。

发明内容

本发明为了解决现有均衡装置均衡速度慢的问题，从而有效地避免了充放电过程中存在的个别单体过充或过放弊端，提出了一种蓄电池组或超级电容器组充放电快速均衡装置。

本发明包括升降压变换式飞渡电容均衡器和均衡控制器；均衡控制器包括单片机、电压测量调理电路、电流传感器、MOSFET驱动器、扩展数字输出转换器、译码器、光电继电器组和继电器阵列；电流传感器的电压信号输出端连接单片机的第一个AD转换器的输入端，单片机的两路脉宽调制信号输出端连接MOSFET驱动器的两路脉冲信号输入端，MOSFET驱动器的两路控制信号输出端连接升降压变换式飞渡电容均衡器的受控信号输入端，所述的蓄电池组由n个串联连接的蓄电池组成，所述的超级电容器组由n个串联连接的超级电容器组成，升降压变换式飞渡电容均衡器的两个能量输入输出端分别通过继电器阵列的n个开关阵列分别连接在n个蓄电池或n个超级电容器的正负极上，继电器阵列的n个受控端分别连接扩展数字输出转换器的n个输出控制端，扩展数字输出转换器的输入控制端连接单片机的第二控制信号输出端；光电继电器组的n+1个光电继电器的输入端分别连接在n个蓄电池或n个超级电容器正负极上和升降压变换式飞渡电容均衡器的飞渡电容的正负极上，光电继电器组的电压信号输出端连接电压测量调理电路的电压信号输入端，电压测量调理电路的电压信号输出端连接单片机的第二个AD转换器输入端，光电继电器组的n+1个光电继电器的受控端分别连接译码器的n+1个输出端，译码器的信号输入端连接单片机的第一控制信号输出端。本发明的升降压变换式飞渡电容均衡器由第一MOSFET开关管T₁、第二MOSFET开关管T₂、第一续流二极管D₁、第二续流二极管D₂、电感L和飞渡电容C_F组成；第一MOSFET开关管T₁的栅极和第二MOSFET开关管T₂的栅极为升降压变换式飞渡电容均衡器的受控信号输入端，MOSFET驱动器的两路控制信号输出端分别连接第一MOSFET开关管T₁的栅极和第二MOSFET开关管T₂的栅极，第一MOSFET开关管T₁的源极、第二MOSFET开关管T₂的漏极与电感L的一端连接，第一MOSFET开关管T₁的漏极为升降压变换式飞渡电容均衡器的一个能量输入输出端，第二MOSFET开关管T₂的源极连接飞渡电容C_F的负极，飞渡电容C_F的正极与电感L的另一端连接为升降压变换式飞渡电容均衡器的另一个能量输入输出端；第一续流二极管D₁的正极和负极分别连接第一MOSFET开关管T₁的源极和漏极，第二续流二极管D₂的正极和负极分别连接第二MOSFET开关管T₂的源极和漏极。