[发明专利]蓄电池组电压均衡器

说明书

技术领域

本发明涉及蓄电池领域，尤其涉及一种蓄电池组电压均衡器。

背景技术

蓄电池广泛应用于军事、航天、工农业生产、通信、UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)、电动汽车、新能源储能等领域，由于单体电池电压容量有限，一般将多只单体电池串联以满足电压要求。串联电池组放电时，电压最低的电池单体最容易过放电，反之，向串联电池组充电时，电压最高的电池单体最容易过充电。随着充放电的循环使用，电池组间不一致性越来越严重，导致电池组的寿命明显低于预计使用年限。但在目前制造工艺水平及应用条件下，单体电池在长期使用过程中的性能差异是不可避免的。因此对电池组均衡充电管理是当前提高电池组寿命的有效方法。目前实现电池均衡的依据是电池电压，目标是使串联电池组的每个单体电池电压相等。目前电池组的均衡电路主要可概括为能量耗散型和能量转移型两大类。

能量耗散型均衡电路是将每个单体电池并联分流支路，将电压高的电池的电量通过分流支路消耗掉，以达到各单体电池电压均衡的目的，图1所示为通过分流电阻实现均衡充电功能的电路，其中B1～B4为四个单体电池，S1～S4为四个普通开关，R为电阻。这种方式实时检测各个单体电池的电压，通过控制信号控制开关的导通、断开，对电压高的单体电池进行耗能，直到各个单体电池的电压均衡。这种方法结构简单，是目前应用最为广泛的方法。但是这种方法浪费能源。

能量转移型均衡电路是利用电感或电容储能元件，把电池组中容量高的单体电池的能量通过储能元件转移到容量低的单体电池中，直到各个单体电池的容量均衡。图2所示为一种电容均衡法实现均衡的电路原理图。其中B1～B4为四个单体电池，S1～S5为五个普通开关，SPDT 1(Single Pole Double Throw，单刀双掷)、SPDT2是两个单刀双掷开关(可以采用电子开关或机械开关)，C1为电容。该方法在均衡充电时，使电容依次与单体电池相接，通过电容的充放电作用，将高电压的单体电池的能量转移到电压低的电池中。通过开关的来回切换，最终使电压均衡。该方案相比于能量耗散型节约了能量，但是这种方法若采用机械开关，在均衡充电过程中开关要频繁切换，很难达到高频切换的要求，而且在电路瞬间导通时会产生电弧，引起触头烧蚀；若选用电子开关，其开关本身存在电压降，单纯选用电子开关电池组的均衡充电效果较差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题在于：如何提供一种能够避免开关投切过程产生电弧，又避免开关管压降影响均衡效果。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种蓄电池组电压均衡器，包括蓄电池组，还包括能量转移载体、均衡控制系统以及两级开关，其中，

所述能量转移载体为能够充放电的介质；

所述两级开关包括一级开关和二级开关；所述一级开关由机械开关组成，且分为两组：L组和R组，L组开关与所述蓄电池组中每个电池的正极相连，R组开关与所述蓄电池组中每个电池的负极相连；所述二级开关为复合开关K，所述复合开关K包括机械开关S与双向电子开关T，机械开关S与双向电子开关T并联；所述L组开关的另一端与复合开关K的一端相连；所述R组开关的另一端与能量转移载体的一端相连，所述复合开关K的另一端与能量转移载体的另一端相连。

所述均衡控制系统用于通过分析所采集的电压信号，来控制所述两级开关的导通或断开关断。

其中，所述能量转移载体包括若干个超级电容C和一个限流电阻RM，所述若干个超级电容C与所述一个限流电阻RM串联。

其中，所述能量转移载体包括一个超级电容C和一个限流电阻RM，所述一个超级电容C与所述一个限流电阻RM串联。

其中，所述蓄电池组为串联蓄电池组。

其中，所述一级开关由继电器或接触器组成，所述机械开关S为继电器或接触器。

其中，所述双向电子开关T的结构为：由一个双向晶闸管构成，由两个晶闸管反向并联构成，由两个IGBT(绝缘栅双极型晶体管)反向串联构成，或者由两个MOSFET(功率场效应晶体管)反向串联构成。

(三)有益效果

本发明针对能量转移型均衡方法中开关的选择问题，设计出由两级开关和一个能量转移载体构成的均衡充电电路，并设计了完善的控制策略，既避免了机械开关在投切过程中产生电弧，又避免了电子开关管压降对均衡充电的影响，节能安全有效，具有实用价值。

附图说明

图1是现有技术中的电阻耗散型均衡电路原理图；