[发明专利]一种电池/超级电容自动均压充电电路

说明书

本发明为一种电池/超级电容自动均压充电电路，该电路包括电源输入单元、稳压单元及n个均压单元，电源输入单元能产生幅值相等的高频交流电压源；稳压单元及n个均压单元依次并联在电源输入单元的两端；每个均压单元上均连接一个电池单体/模块或超级电容单体/模块。该电路能够确保在电池/超级电容初始电压不一致的条件下实现对电池/超级电容的均衡充电，从而有利于电池组/超级电容组中所串联的各单体电压趋于一致、有利于延长电池组/超级电容组的有效工作寿命，而且电路结构简单，不需要附加的控制电路，电路的扩展性强。

技术领域

本发明涉及电池组或超级电容均压技术领域，特别是一种实现电池组或超级电容组内各单体电压自动均衡的倍压整流均衡器。

背景技术

储能电池具有能量密度高、安全性好、寿命长、环保等特性，因而在交通、电力、通信等领域的电子设备中得到了广泛的应用。然而，单体电池的电压较低，在电池的使用过程中,为了获得大功率、大容量,需要将电池以串并联方式组成电池组。由于电池制造水平的限制,单体电池之间的性能(内部电阻、自放电速率等)还不能达到完全的一致,而电池组的性能由单体电池的性能决定。在电压不均衡条件下充电，尽管串联单体的平均电压低于限制的电压上限，有的单元可能已经出现过充现象；同样道理，在放电过程中，电压较低的单元会出现过放现象。超级电容在使用过程中也会存在以上情况。这些过充、过放现象都会导致电池和超级电容情况提前恶化，使用寿命缩短。

由于电池组中单体电池不一致,为了延长电池组寿命,除了提高电池的生产技术,减小电池生产时因材料、工艺等带来的差异,尽量选择性能指标接近的电池之外,必须通过辅助的均衡系统来改善电池组在使用过程中产生的不一致性。

均衡器是管理系统的核心部件,现有的均衡方法主要有能耗型均衡和非能耗型均衡。

能耗型均衡指在单体电池/超级电容两侧并联开关管和电阻的串联支路，通过开关管控制电阻的通断，实现对电压过高的电池/超级电容的电阻放电耗能控制，使之电压下降。这种方法操作简单，均衡速度快，但是并联电阻的阻值不好选取，能量利用率不高。

非能耗型均衡主要是利用电容、电感、变压器、DC-DC变换器等实现能量在电池/超级电容单体或电池/超级电容组之间的转移，实现电池/超级电容电压的均衡。这种方法能量利用率高，均衡速度快，文“A modularized charge equalizer using a batterymonitoring IC for series-connected Li-ion battery string in electricvehicles,”(IEEE Trans.Power Electron.,vol.28,no.8,pp.3779–3787,Aug.2013.)给出了一种利用反激电路实现电池均压的具体实施方法。文中提出的均压电路使用了大量的开关管，电池均压的实现有赖于控制芯片对开关管高效的控制，而控制信号的准确性则依赖于电压采样芯片的准确采样。所以，电路在结构和均压控制算法上会比较复杂。

发明内容

本发明所需解决的技术问题是：提供一种电池/超级电容自动均压充电电路，其拓扑能够确保在电池/超级电容初始电压不一致的条件下实现对电池/超级电容的均衡充电，从而有利于电池组/超级电容组中所串联的各单体电压趋于一致、有利于延长电池组/超级电容组的有效工作寿命，而且电路结构简单，不需要附加的控制电路，电路的扩展性强。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：提供一种电池/超级电容自动均压充电电路，包括电源输入单元、稳压单元及n个均压单元，电源输入单元是可以产生幅值相等的高频交流电压源，其参考极性上正下负；稳压单元及n个均压单元依次并联在电源输入单元的两端；每个均压单元上均连接一个电池单体/模块或超级电容单体/模块；所有的均压单元并联，所有的均压单元并联后与稳压单元并联；