[发明专利]一种串联铅酸蓄电池组均衡电路及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种串联铅酸蓄电池组主动均衡电路。具体地，本发明使用一种双PWM驱动专用集成电路产生相位差180度的方波来控制两组互补场效应管MOSFET开关，切换一组电解电容器并联在串联蓄电池组的每个电池上，不断地循环往复进行充放电，从而实现使电压高的电池向电压低的电池转移电能，最终达到电压一致的均衡目的。本发明属于铅酸电池电源技术及电动车应用相关领域。

背景技术

可充电串联铅酸蓄电池组成本低，性价比高，安全可靠，被广泛应用于电动自行车、电动汽车、通讯、便携式工具、航空航天、太阳能、风力发电及各种储能装置中。单体可充电蓄电池电压一般为12伏，而动力电池的电压一般需要几十伏甚至更高，因此需要把许多单体电池串联在一起使用。大量电池的串联使用，在充放电过程中由于各单体电池容量，内阻，温度的偏差，很容易引起各个电池电压的不均衡一致，轻者导致电池组容量的下降和快速衰减，重者导致电池组起火爆炸。一般，串联铅酸蓄电池组使用寿命多则2年少则还不到半年就出问题了，电瓶的使用寿命短，成本高成为最大的问题。

据日本MGP社研究，串联铅酸蓄电池组损坏90%以上原因是所谓“失水”和“硫化”，而这实质上是由于电池组中各个电池特性不一致，不均衡导致的过充电和过放电问题。理论上任何一块国标电瓶可以充放电300次以上维持80%容量，实际上串联电池组的寿命有时连单体电瓶一半寿命都不到，一块电池坏了整组电池就不能用，这是因为一般串联铅酸蓄电池组充放电控制器只检测电池组的整体电压来防止过充过放。然而在串联电瓶中，虽然通过单体电瓶的电流相同，但是由于其容量，内阻和残余电量不可能完全相同，电瓶的充放电深度也会不同，容量大的总会欠充欠放，而容量小的总会过充过放，这就造成容量大的衰减缓慢、寿命长，容量小的衰减加快、寿命缩短，随着充放电次数增加，恶性循环，差异会越来越大，最终小容量电瓶会很快失效从而导致电池组提前失效。

为了避免上述电池电压不均衡导致的过充电和过放电现象的发生，人们采取了如挑选单体电池容量，内阻差异小的电池组成电池组等各种各样的方法和措施。但是即便如此，由于电池组的反复充放电，单体电池容量，内阻差异会逐渐累积增加而变得不均衡，绝对一致的电池是不存在的，所以如何保持串联铅酸蓄电池组在使用过程中的均衡一致显得格外重要。

本发明的一种串联铅酸蓄电池组主动均衡电路使用一种双PWM驱动专用集成电路产生相位差180度的方波来控制两组互补场效应管MOSFET，切换一组电解电容器并联在串联蓄电池组每个电池上，不断地循环往复进行充放电，从而实现使电压高的电池往电压低的电池转移电能，最终达到电压一致的均衡目的。实践证明保护电路简单、不使用控制复杂的单片机数据采集拓扑，耗电少，成本低,均衡效率高，工作稳定可靠，性能优良,在实际使用中效果良好。

发明内容

为了避免使用单片机数据采集拓扑测量串联电池组各单体电池电压进而控制均衡电路的复杂方案，本发明的串联铅酸蓄电池组主动均衡电路使用一种双PWM驱动专用集成电路产生相位差180度的方波来控制两组互补场效应管MOSFET，切换一组电解电容器，不断地循环往复并联在串联蓄电池组每个电池上进行充放电，从而实现使电压高的电池往电压低的电池转移电能，最终达到电压一致的均衡目的。

本发明所采用的技术方案如图1所示，适合N个串联铅酸蓄电池电源，每个电瓶标称电压12V但不限于12V。

电路由电瓶BAT1至BATn，场效应管FET1至FET4n，双PWM驱动集成电路U1，以及电容CC1至C2n-2网络构成。

图1为本发明原理图

均衡电路工作过程如下。