[發明專利]一種電壓主動均衡電路及蓄電系統

在審

• 申請號: 201710338342.8
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107104482A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 葉遠茂
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/42;H01G11/14
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 羅滿

技術領域

本發明涉及電壓均衡技術領域，特別是涉及一種電壓主動均衡電路及蓄電系統。

背景技術

基于電池或者超級電容等蓄電單體的儲能裝置已經廣泛應用于電動汽車和新能源發電等領域中。由于單個蓄電單體所能提供的電壓有限，如鋰電池單體和超級電容單體的輸出電壓通常都低于5V，因此，通常將多個蓄電單體串聯在一起來滿足實際的高電壓需求。但由于個體差異，串聯在一起的蓄電池或者超級電容單體在充放電的過程中容易表現出電壓不一致，并且隨著使用次數的增多，這個電壓差異會越來越明顯。如果不采取措施解決這個問題，輕則影響蓄電單體的蓄電能力，重則導致蓄電單體損壞甚至引發爆照等安全事故。

為解決上述技術問題，現有技術中最為簡單的解決方案是利用電阻給電壓過高的電池或超級電容單體放電。但這種方案不僅造成了能量的浪費，也增加了蓄電系統的熱管理負擔。為了在確保蓄電單體電壓一致性的同時實現能量的回收再利用，各種基于電力電子功率變換技術的電壓主動均衡系統也相繼被提出，比如利用Buck-Boost功率變化電路和開關電容功率電路，但基于Buck-Boost功率變換電路和開關電容功率電路的主動均衡系統中，這類系統用到的開關器件較多，結構復雜，成本高，且通常還需要配合復雜的控制算法。

因此，如何提供一種解決上述技術問題的方案是本領域技術人員目前需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種電壓主動均衡電路，使用的開關器件少，結構簡單，成本低，控制開關管導通和關斷的算法也很簡單；本發明的另一目的是提供一種包括上述電壓主動均衡電路的蓄電系統。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種電壓主動均衡電路，應用于蓄電系統，所述蓄電系統包括2N個依次串聯的蓄電單元，N為正整數，該電路包括N個電感、2N個開關管及N-1個電容，其中，第一開關管、第三開關管直至第2N-1開關管同時導通或關斷，第二開關管、第四開關管直至第2N開關管同時導通或關斷，第2i-1開關管與第2i開關管互補導通，i為不大于N的正整數；

第i電感的第一端與第2i-1蓄電單元的正極連接，第i電感的第二端分別與第2i-1開關管的第二端及第2i開關管的第一端連接，所述第2i開關管的第二端與第2i蓄電單元的正極連接，第2i-1開關管的第一端與第2i-1蓄電單元的負極連接，第j-1電容的第一端與第2j-1開關管的第二端連接，第j-1電容的第二端與第2j-2開關管的第一端連接，j為不小于2不大于N的正整數。

優選地，該電路還包括：

N個電阻，其中，第i電阻與第i電感串聯連接。

優選地，該電路還包括：

N-1個諧振電感器，其中，第j-1諧振電感器與第j-1電容串聯連接。

優選地，所述開關管為NMOS，其中，NMOS的源極作為所述開關管的第一端，NMOS的漏極作為所述開關管的第二端。

優選地，所述開關管為PMOS，其中，PMOS的漏極作為所述開關管的第一端，PMOS的源極作為所述開關管的第二端。

優選地，所述蓄電單元為單一電池單體或者由多個單一電池單體串聯構成的電池組或者單一超級電容單體或者由多個單一超級電容單體串聯而成的超級電容組。

為解決上述技術問題，本發明還提供了一種蓄電系統，包括2N個依次串聯的蓄電單元，N為正整數，還包括上述所述的電壓主動均衡電路。

本發明提供了一種電壓主動均衡電路，應用于蓄電系統，蓄電系統包括2N個依次串聯的蓄電單元，N為正整數，該電路包括N個電感、2N個開關管及N-1個電容，其中，第一開關管、第三開關管直至第2N-1開關管同時導通或關斷，第二開關管、第四開關管直至第2N開關管同時導通或關斷，第2i-1開關管與第2i開關管互補導通，i為不大于N的正整數；第i電感的第一端與第2i-1蓄電單元的正極連接，第i電感的第二端分別與第2i-1開關管的第二端及第2i開關管的第一端連接，第2i開關管的第二端與第2i蓄電單元的正極連接，第2i-1開關管的第一端與第2i-1蓄電單元的負極連接，第j-1電容的第一端與第2j-1開關管的第二端連接，第j-1電容的第二端與第2j-2開關管的第一端連接，j為不小于2不大于N的正整數。

本發明利用電感及電容能夠充放電的特性，通過控制開關管的導通和關斷，實現將電壓高的蓄電單元的能量轉向電壓低的蓄電單元，最終實現所有蓄電單元的能量均衡，也即實現所有蓄電單元的電壓一致性，本發明使用的開關器件少，結構簡單，成本低，控制開關管導通和關斷的算法也很簡單。

本發明提供的蓄電系統也具有如上有益效果。