动力电池电能回收装置

技术领域

本申请涉及储能蓄能装备设备领域，具体涉及一种动力电池电能回收装置。

背景技术

动力电池在电能在输出的过程中，根据负载的功能都不可避免的发生着能量的损耗，通常的电能损耗分为内在的阻抗损耗和外在的阻力损耗，这些电能损耗通常在整体用电量的10%~50%之间，不仅非常大地降低了经济效益，也难以迎合可持续发展的战略，因此，为了最大程度的减少动力电池电能的损失，可以从降低电气设备的功耗和电能回收两个方面入手，然而，经过五十多年的发展，尤其是在微电子领域，低功耗器件目前已经达到了一个相对极限，而且，对于一些动力电池等大功率器件而言，在降低功耗和提高工作效率两方面很难取舍，所以，利用电能回收的方法来减少电能损耗是解决前者面临困境的一种有效手段。

发明内容

（一）技术问题

１.动力电池在电能利用过程中，采用降低功耗的方式，达到了技术极限。

２.利用电磁感应收集动力电池的电能时，伴随电流波动，可靠性低。

３.动力电池电能回收系统，电路分支多，器件交叉繁复。

（二）技术方案

针对上述技术问题，本申请提出的动力系统电能回收装置，包括能量回收模块、中央放大模块和终端驱动模块。

能量回收模块主要利用螺线管与动力电池功率器件电路之间的电能损耗来工作的，螺线管产生的感应电动势，由端口IN流入晶体管Q11的基极，晶体管Q11、晶体管Q7、晶体管Q20、晶体管Q8、晶体管Q21和晶体管Q12组成两条完全对称的支路，在功能上表现为两条电流值同步的电流镜，使得晶体管Q21集电极处的电流与晶体管Q7集电极处的电流大小一致，而端口IN处的感应电动势，通过晶体管Q11和晶体管Q7不仅完成从电压信号向电流信号的转变，还完成了两次电流放大，此外，该电流放大信号最终通过晶体管Q21的集电极输出到中央放大模块。

中央放大模块的作用是拉高并稳定动力电池电能回收装置的静态工作点，降低装置非线性失真的缺陷。首先，中央放大电路的前端是由晶体管Q16和晶体管Q13串联而成的复合晶体管，能够使能量回收模块传递来的电流信号转化成电压信号，并且实现电压的双倍放大，其次，中央放大电路的第二部分是由晶体管Q10、晶体管Q4、晶体管Q22、晶体管Q5、晶体管Q23和晶体管Q6构成的电流镜，其静态工作电流由电流源A5提供，晶体管Q13集电极处的电压信号由晶体管Q10的基极流入上述电流镜，通过电流镜拉高其静态工作点后，从晶体管Q23的集电极流出，最后流入终端驱动模块。

终端驱动模块能够进一步提高整个动力电池电能回收装置的供能能力，中央放大模块通过晶体管Q17与终端驱动模块连接起来，信号从晶体管Q17的基极流入，通过晶体管Q17和晶体管Q14完成了信号相位的反转和信号的双倍放大，然后通过晶体管Q9和晶体管Q3进行电流放大，并通过调节流过晶体管Q19的电流来调制场效应晶体管Q2的开启和截止，当晶体管Q2导通时，晶体管Q15和晶体管Q18同时导通，其中晶体管Q15和晶体管Q18采取互相首尾相连的结构，形成了一个正向反馈，大大提高了出于开启或截止状态的稳定性，降低了由信号都懂带来的输出抖动风险，由于晶体管Q1只处于正常放大区或饱和区，通过调节场效应晶体管Q2，就能直接实现对负载的驱动。

（三）有益效果

本次申请的动力电池电能回收装置，利用螺线管的电磁感应现象回收动力电池功率模块的电能，适用于除少数弱电装置之外的所有场合。动力电池回收的第二阶段利用镜像电路来提高和稳定放大模块的静态工作点，可靠性高，便于实现。动力电池电能回收装置中各个模块采取逐级传递地方式，简介直观，便于排查故障。

附图说明

图1为本申请的电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本申请提出的动力电池电能回收装置，包括能量回收模块、中央放大模块和终端驱动模块。

能量回收模块主要利用螺线管与动力电池功率器件电路之间的电能损耗来工作的，如图所示，螺线管产生的感应电动势，由端口IN流入晶体管Q11的基极，晶体管Q11、晶体管Q7、晶体管Q20、晶体管Q8、晶体管Q21和晶体管Q12组成两条完全对称的支路，在功能上表现为两条电流值同步的电流镜，使得晶体管Q21集电极处的电流与晶体管Q7集电极处的电流大小一致，而端口IN处的感应电动势，通过晶体管Q11和晶体管Q7不仅完成从电压信号向电流信号的转变，还完成了两次电流放大，此外，该电流放大信号最终通过晶体管Q21的集电极输出到中央放大模块。

具体而言，能量回收模块的输入端口IN与晶体管Q11的基极连接，晶体管Q11的发射极与晶体管Q7的基极连接，晶体管Q7的发射极与晶体管Q8的发射极连接，晶体管Q8的集电极与晶体管Q21的集电极连接，晶体管Q21的基极与晶体管Q20的基极连接，晶体管Q20的集电极与晶体管Q7的集电极连接，二极管D7的正极与晶体管Q11的基极连接，二极管D7的负极与晶体管Q11的发射极连接，电容C2的一端与晶体管Q7的集电极连接，另一端与晶体管Q8的集电极连接，二极管D8的正极与晶体管Q12的基极连接，二极管D8的负极与晶体管Q12的发射极连接，电流源A1的正极与高电平VCC连接，电流源A1的负极与二极管D3的正极连接，电流源A3的正极与高电平VCC连接，电流源A3的负极与二极管D4的正极连接，电流源A2的正极与高电平VCC连接，电流源A2的负极与晶体管Q7的集电极连接，二极管D3的负极与晶体管Q7的基极连接，二极管D4的负极与晶体管Q5的基极连接，晶体管Q12的集电极接地，晶体管Q20的发射极接地，晶体管Q23的发射极接地，晶体管Q11的集电极接地。

中央放大模块的作用是拉高并稳定动力电池电能回收装置的静态工作点，降低装置非线性失真的缺陷。首先，中央放大电路的前端是由晶体管Q16和晶体管Q13串联而成的复合晶体管，能够使能量回收模块传递来的电流信号转化成电压信号，并且实现电压的双倍放大，其次，中央放大电路的第二部分是由晶体管Q10、晶体管Q4、晶体管Q22、晶体管Q5、晶体管Q23和晶体管Q6构成的电流镜，其静态工作电流由电流源A5提供，晶体管Q13集电极处的电压信号由晶体管Q10的基极流入上述电流镜，通过电流镜拉高其静态工作点后，从晶体管Q23的集电极流出，最后流入终端驱动模块。

具体而言，中央放大模块晶体管Q16的基极与晶体管Q21的集电极连接，晶体管Q16的集电极与晶体管Q13的基极连接，晶体管Q13的集电极与晶体管Q10的基极连接，晶体管Q10的发射极与晶体管Q4的基极连接，晶体管Q4的发射极与晶体管Q5的发射极连接，晶体管Q5的基极与晶体管Q6的发射极连接，晶体管Q6的集电极与晶体管Q23的集电极连接，晶体管Q23的基极与晶体管Q22的基极连接，晶体管Q22的集电极与晶体管Q4的集电极连接，电流源A5的一端与高电平VCC连接，另一端与晶体管Q4的发射极连接，二极管D9的正极与晶体管Q10的基极连接，二极管D9的负极与晶体管Q10的发射极连接，二极管D4的负极与晶体管Q4的基极连接，二极管D4的正极与晶体管Q4的发射极连接，二极管D10的正极与晶体管Q6的基极连接，二极管D10的负极与晶体管Q6的发射极连接，二极管D5的负极与晶体管Q5的基极连接，二极管D5的正极与晶体管Q5的发射极连接，电容C1的一端与晶体管Q13的基极连接，另一端与二极管D4的正极连接，电容C5的一端与晶体管Q10的基极连接，另一端接地，电容C3一端与晶体管Q4的发射极连接，另一端以晶体管Q22的基极连接，电容C6的一端与晶体管Q6的集电极连接，另一端接地，电感L1的一端与高电平VCC连接，另一端与晶体管Q６的发射极连接，晶体管Q１６的发射极接地，晶体管Q２２的发射极接地，晶体管Q２３的发射极接地，晶体管Q１３的发射极接地。

终端驱动模块能够进一步提高整个动力电池电能回收装置的供能能力，中央放大模块通过晶体管Q17与终端驱动模块连接起来，信号从晶体管Q17的基极流入，通过晶体管Q17和晶体管Q14完成了信号相位的反转和信号的双倍放大，然后通过晶体管Q9和晶体管Q3进行电流放大，并通过调节流过晶体管Q19的电流来调制场效应晶体管Q2的开启和截止，当晶体管Q2导通时，晶体管Q15和晶体管Q18同时导通，其中晶体管Q15和晶体管Q18采取互相首尾相连的结构，形成了一个正向反馈，大大提高了出于开启或截止状态的稳定性，降低了由信号都懂带来的输出抖动风险，由于晶体管Q1只处于正常放大区或饱和区，通过调节场效应晶体管Q2，就能直接实现对负载的驱动。

具体而言，终端驱动模块中晶体管Q17的基极与晶体管Q23的集电极连接，晶体管Q17的发射极与晶体管Q14的基极连接，晶体管Q14的发射极与晶体管Q9的基极连接，晶体管Q9的发射极以晶体管Q3的基极连接，晶体管Q3的集电极与晶体管Q19的集电极连接，晶体管Q19的基极与场效应晶体管Q2的栅极连接，场效应晶体管Q2的源端与晶体管Q15的基极连接，晶体管Q15的集电极与晶体管Q1的集电极连接，晶体管Q15的发射极分别与晶体管Q18的基极和电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地，晶体管Q18的集电极与晶体管Q15的基极连接，电阻R1的一端与晶体管Q1的基极连接，另一端为输出端口OUT，二极管D6的正极与晶体管Q9的基极连接，二极管D6的负极与晶体管Q9的发射极连接，二极管D1的正极与晶体管Q3的发射极连接，二极管D1的负极与晶体管Q3的基极连接，电容C4的一端与晶体管Q14的集电极连接，另一端与晶体管Q9的集电极连接，晶体管Q1的发射极与高电平VCC连接，场效应晶体管Q2的漏端与高电平VCC连接，晶体管Q18的发射极接地，晶体管Q19的发射极接地，晶体管Q17的集电极接地，晶体管Q14的集电极接地，晶体管Q9的集电极接地。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。