一种实现双向能量转移的蓄电池主动均衡方法及电路

技术领域

本发明涉及蓄电池管理系统技术，尤其是指一种实现双向能量转移的蓄电池主动均衡方法及电路。

背景技术

由于单个电池的终端电压很低，一些设备如DTU柜等因供电需求，常需要串联多个蓄电池来形成电池组，从而满足其负载电压要求。但由于制造环境和使用环境的差异，蓄电池组内部各单体电池间往往存在不一致性，这很可能会降低整个蓄电池组的效率和容量，使得蓄电池组的寿命缩短。且若对于蓄电池的重复充放电过程进行控制，蓄电池组会面临更高的着火和爆炸风险，用电安全将无法得到保障。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种实现双向能量转移的蓄电池主动均衡方法及电路，通过对单体电池间的能量转移来保持蓄电池组内单体电池间的能量均衡，并具体通过放电电路和充电电路来实现能量转移，从而控制蓄电池的充放电过程，能够解决蓄电池内部各单体电池间不一致导致的效率低、容量低和寿命缩短的问题，使得蓄电池组的寿命得到提高，并进一步保障蓄电池组使用过程中的用电安全。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：

一种实现双向能量转移的蓄电池主动均衡方法，包括，

控制模块实时检测每个单体电池的荷电水平，并通过比较每两个单体电池的荷电水平获取单体电池间的电量差异；

将获取的单体电池间的电量差异与预定值进行比较，在存在两个单体电池间的电量差异超过预定值时，控制模块调取每个单体电池的荷电水平，并根据荷电水平筛选进行能量转移的单体电池，并对筛选出的单体电池根据能量转移余量进行匹配；

控制模块根据匹配结果选择外部控制开关，并通过外部控制开关依次根据匹配结果连通进行能量转移的两个单体电池；

两个单体电池连通后，两个单体电池通过对应的切换电路进行能量转移。

一种双向能量转移的蓄电池主动均衡电路，包括若干个相互串联的单体电池和控制模块，每个单体电池上均设置有对应的切换电路和外部控制开关，每个单体电池及其对应的外部控制开关均与控制模块连接，所述切换电路与外部控制开关连接，所述控制模块用于检测每个单体电池的荷电水平，并在单体电池间的电量差异超过预定值时，通过外部控制开关连通两个单体电池，所述切换电路用于进行两个单体电池间的能量转移。

进一步的，所述切换电路包括充电电路和放电电路，所述充电电路和放电电路均包括控制开关组件和多绕组变压器，所述控制开关组件和多绕组变压器连接，所述控制开关组件用于在外部控制开关闭合后，连接单体电池的正负极，并通过对多绕组变压器的充电和放电来对单体电池进行能量转移。

进一步的，所述充电电路的控制开关组件包括第一NMOS管、第二NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管和第一肖特基二极管，所述第一NMOS管、第二NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管依次串联连接，所述第一肖特基二极管并联在第二NMOS管上。

进一步的，所述放电电路的控制开关组件包括第一NMOS管、第三NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管和第二肖特基二极管，所述第一NMOS管、第三NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管依次串联连接，所述第二肖特基二极管并联在第三NMOS管上。

进一步的，所述多绕组变压器的原副边比为一比四，且所述第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管和第七NMOS管的漏极均与多绕组变压器副边的绕组连接，且所述多绕组变压器副边的中心点与各单体电池的正极连接，所述多绕组变压器原边的绕组相互并联。

进一步的，每个所述单体电池上还并联有滤波电容。

本发明的有益效果是：

通过对单体电池间的能量转移来保持蓄电池组内单体电池间的能量均衡，并具体通过放电电路和充电电路来实现能量转移，从而控制蓄电池的充放电过程，能够解决蓄电池内部各单体电池间不一致导致的效率低、容量低和寿命缩短的问题，使得蓄电池组的寿命得到提高，并进一步保障蓄电池组使用过程中的用电安全。且通过外部控制开关即可选择切换电路，可以随时根据单体电池的运行状况来实现电量的转移，从而实现蓄电池组内的能量均衡，能量均衡效率较高。通过能量转移后，能够保障蓄电池组中的单体电池所具有的电量相似，能够有效防止单体电池的过充或过放起情况出现。

附图说明

图1是本发明的一种流程示意图；

图2是本发明的一种结构示意图；

图3是本发明实施例的一种其中一个单体电池B1对应的充电电路图；

图4是本发明实施例的一种其中一个单体电池B1对应的放电电路图；

图5是本发明实施例的一种蓄电池主动均衡电路图。

其中：1、单体电池，2、控制模块，3、切换电路，31、充电电路，32、放电电路，4、外部控制开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。

实施例：

一种实现双向能量转移的蓄电池主动均衡方法，如图1所示，包括，

控制模块实时检测每个单体电池的荷电水平，并通过比较每两个单体电池的荷电水平获取单体电池间的电量差异；

将获取的单体电池间的电量差异与预定值进行比较，在存在两个单体电池间的电量差异超过预定值时，控制模块调取每个单体电池的荷电水平，并根据荷电水平筛选进行能量转移的单体电池，并对筛选出的单体电池根据能量转移余量进行匹配；

控制模块根据匹配结果选择外部控制开关，并通过外部控制开关依次根据匹配结果连通进行能量转移的两个单体电池；

两个单体电池连通后，两个单体电池通过对应的切换电路进行能量转移。

一种双向能量转移的蓄电池主动均衡电路，如图2所示，包括若干个相互串联的单体电池1和控制模块2，每个单体电池上均设置有对应的切换电路3和外部控制开关4，每个单体电池及其对应的外部控制开关均与控制模块连接，所述切换电路与外部控制开关连接，所述控制模块用于检测每个单体电池的荷电水平，并在单体电池间的电量差异超过预定值时，通过外部控制开关连通两个单体电池，所述切换电路用于进行两个单体电池间的能量转移。

所述单体电池具体为铅酸电池，且每个单体电池对应的切换电路间也互相串联，从而通过切换电路来实现能量的传递。

所述切换电路包括充电电路31和放电电路32，所述充电电路和放电电路均包括控制开关组件和多绕组变压器，所述控制开关组件和多绕组变压器连接，所述控制开关组件用于在外部控制开关闭合后，连接单体电池的正负极，并通过对多绕组变压器的充电和放电来对单体电池进行能量转移。

以其中一个单体电池B1为例，其对应的充电电路如图3所示，其充电电路的控制开关组件包括第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第四NMOS管Q4、第五NMOS管Q5和第一肖特基二极管D1，所述第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第四NMOS管Q4、第五NMOS管Q5依次串联连接，所述第一肖特基二极管D1并联在第二NMOS管Q2上。

其对应的放电电路如图4所示，其放电电路的控制开关组件包括第一NMOS管Q1、第三NMOS管Q3、第六NMOS管Q6、第七NMOS管Q7和第二肖特基二极管D2，所述第一NMOS管Q1、第三NMOS管Q3、第六NMOS管Q6、第七NMOS管Q7依次串联连接，所述第二肖特基二极管D2并联在第三NMOS管Q3上。

所述多绕组变压器的原副边比为一比四，且所述第四NMOS管Q4、第五NMOS管Q5、第六NMOS管Q6和第七NMOS管Q7的漏极均与多绕组变压器副边的绕组连接，且所述多绕组变压器副边的中心点与各单体电池的正极连接，所述多绕组变压器原边的绕组相互并联。

每个所述单体电池上还并联有滤波电容C1。

所述蓄电池主动均衡电路的电路示意图如图5所示。

在检测到两个单体电池之间的动态电量只差大于预定值时，就进行电量的动态均衡，先通过外部控制开关将电量较高的单体电池的正负极接通，对多绕组变压器副边的绕组进行充电，多绕组变压器副边的绕组中电流上升，并开始储存能量，电量较高的单体电池被放电；电感充电后，停止放电。通过外部控制开关将电量较低的单体电池的正负极接通，多绕组变压器副边的绕组中的电流下降，开始释放储存的能量，相应的单体电池被充电；最终，当多绕组变压器副边的绕组中的能量释放完毕，则断开相应单体电池的充电电路。

所述预定值包括预设阈值上限和预设阈值下限，由于蓄电池组具备充电和放电两个过程，而两个过程中的电压波动不同，因此设置预设阈值上限，防止出现过充现象，并通过设置预设阈值下限，来防止出现过放情况。

在对蓄电池组充电时，始终控制每个单体电池的电量值和电压值不大于预设阈值上限，在蓄电池放电时，始终控制每个单体电池的电量值和电压值不小于预设阈值下限。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。