[發明專利]一種串聯電池單體恒壓電路及其控制方法

有效

• 申請號: 202011166447.8
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112271777B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 曾志永;梁明;張文生;梁第祥;劉木桂
• 申請（專利權）人: 東莞光亞智能科技有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 東莞市明諾知識產權代理事務所(普通合伙) 44596
• 代理人: 楊建榮

1.一種串聯電池單體恒壓電路，包括一個以上相互串聯的電池（1）以及在串聯電池（1）兩端并給串聯電池（1）供電的DC/DC直流電源（2），其特征在于：在每一個電池（1）的兩端并聯有一個用于控制電池（1）恒壓狀態的電池恒壓單元（3），所有電池恒壓單元（3）均連接在一個控制電池恒壓單元（3）狀態的控制單元（4）上，每一個電池恒壓單元（3）的回饋正極端連接DC/DC直流電源（2）輸入端的正極，每一個電池恒壓單元（3）的回饋負極端連接DC/DC直流電源（2）輸入端的負極，所述控制單元（4）控制電池恒壓單元（3）狀態的模式是能夠實現對電池（1）的整體恒流工步，同時還能夠實現對單個電池（1）進行恒壓工步；另外在單個電池（1）恒壓工步時，將多余的能量回饋到DC/DC直流電源（2）的輸入端；

所述的控制單元（4）實現整體恒流工步的具體步驟是：當某一個電池恒壓單元（3）不起作用時，流過各個電池（1）的電流和DC/DC直流電源（2）輸出電流一致；當某個電池（1）進入恒壓狀態時，電池恒壓單元（3）為了保持這個電池（1）恒壓狀態將流過這個電池（1）的電流變小，減小的電流通過電池恒壓單元（3）流向下一個電池（1），使得其他還在恒流階段電池（1）的電流和電池（1）串聯回路上的電流保持不變，同時電池恒壓單元（3）會將恒壓電池（1）上多余的能量回饋到DC/DC直流電源（2）的輸入端循環利用;每一個電池恒壓單元（3）均包括第一場效應管Q1、第二場效應管Q2和第三場效應管Q3、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4和第一電感L1,所述第三場效應管Q3的D腳連接第二二極管D2的負極，所述第二二極管D2的正極通過第一二極管D1連接第二場效應管Q2的D腳，所述第二場效應管Q2的S腳分別通過串聯的第四二極管D4、第三二極管D3連接DC/DC直流電源（2）的負極，所述第二場效應管Q2的D腳還通過第一電感L1連接第一場效應管Q1的S腳，第一場效應管Q1的D腳連接對應一個電池（1）的正極，同時電池（1）的負極連接同一個電池恒壓單元（3）的第二場效應管Q2的S腳，所述控制單元（4）包括主控器（4-1）、與主控器（4-1）連接的D/A轉換器（4-2）以及A/D轉換器（4-7），所述主控器（4-1）通過D/A轉換器（4-2）連接控制器（4-3），所述控制器（4-3）的輸出連接PWM生成器（4-4），所述PWM生成器（4-4）的輸出通過驅動芯片（4-5）連接第二場效應管Q2以及第三場效應管Q3的G腳，所述主控器（4-1）的輸出直接連接第一場效應管Q1的G腳，實現直接控制第一場效應管Q1，在A/D轉換器（4-7）與控制器（4-3）之間連接有電壓采樣單元（4-6），所述電壓采樣單元（4-6）通過連接電池（1）,將電池（1）的電壓采集輸送給A/D轉換器（4-7）。

2.根據權利要求1所述的一種串聯電池單體恒壓電路，其特征在于：在第一二極管D1和第二二極管D2的公共端與第四二極管D4、第三二極管D3之間連接有第一電容C1,所述第一場效應管Q1的S腳與第二場效應管Q2的S腳之間連接有第二電容C2。

3.一種串聯電池單體恒壓電路的控制方法，其特征在于：

S1、當電池（1）處于恒流階段時，第一場效應管Q1導通，第二場效應管Q2、第三場效應管Q3關閉，DC/DC直流電源（2）輸出的電流流經第一場效應管Q1后全部流過電池（1），此時串聯的電池（1）的電流等于DC/DC直流電源（2）輸出的電流；當串聯的電池（1）進入恒壓狀態時，第二場效應管Q2、第三場效應管Q3兩個開關管將進入高頻開關狀態，第一場效應管Q1保持導通狀態；然后完成以下三種狀態：

第一狀態：第一場效應管Q1、第二場效應管Q2、第三場效應管Q3導通，DC/DC直流電源（2）輸出會分成兩部分，一部分從第一場效應管Q1進入電池（1）正極，然后通過電池（1）負極流向下一個電池（1），另一部分會通過第一電感L1流經第二場效應管Q2流到下一個電池（1），此時因為第三二極管D3、第四二極管D4單向導通使得這部分電流和電池（1）負極電流不能直接流到DC/DC直流電源（2）輸入端負極 IN-，第一電感L1此時會積蓄一部分能量，因為DC/DC直流電源（2）輸入的電壓比串聯電池（1）電壓要高，所以此時電流不會通過第一電感L1、第一二極管D1、第二二極管D2和第三場效應管Q3這個通路流向DC/DC直流電源（2） 輸入端的正極IN+,此時能夠保證后面電池（1）的電流沒有發生改變，又因為第二二極管D2單向導通的原因，此時DC/DC直流電源（2）輸入端的正極IN+不能給第一電容C1充電；

第二狀態：第一場效應管Q1導通，第二場效應管Q2、第三場效應管Q3關閉，由于電感上的電流不能突變，DC/DC直流電源（2）輸出的電流也會分成兩部分：一部分為電感上的電流，因為第三二極管D3的單向導通，其將會依次通過第一電感L1、第一二極管D1、第一電容C1和第四二極管D4這個回路流向下一個電池（1），同時給第一電容C1充電，而另一部分將通過第一場效應管Q1流過電池（1）正極、電池（1）負極的這個回路流向下一個電池（1），這樣也能保證下一個電池（1）的電流沒有發生改變；

第三狀態：第一場效應管Q1、第二場效應管Q2、第三場效應管Q3導通，DC/DC直流電源（2）輸出會分成兩部分：一部分從第一場效應管Q1流過電池（1）正極，電池（1）負極流向下一個電池（1）；另一部分會通過第一電感L1流過第二場效應管Q2流到下一個電池（1），此時因為第三二極管D3，第四二極管D4單向導通使得這部分電流和電池（1）負極電流不能直接流到DC/DC直流電源（2）輸入端的負極IN-，第一電感L1此時會積蓄一部分能量，因為DC/DC直流電源（2）輸入的電壓比串聯電池（1）電壓要高，所以此時電流不會通過第一電感L1、第一二極管D1、第二二極管D2和第三場效應管Q3這個通路流向DC/DC直流電源（2）輸入端的正極IN+, 此時能夠保證后面電池（1）的電流沒有發生改變，又因為第二狀態時第一電感L1給第一電容充電，此時第一電容兩端會有一定的電壓，如果此時第一電容兩端的電壓大于DC/DC直流電源（2）輸入端的正極IN+的電壓，第一電容就會通過第一電容正極流過第二二極管D2，第三場效應管Q3，DC/DC直流電源（2）輸入端正極IN+，DC/DC直流電源（2）輸入端負極IN-，第三二極管D3，然后回到第一電容的負極這個回路回饋能量；

S2、往后再不斷重復第二狀態和第三狀態的工作，這樣就能夠實現電池（1）在串聯的狀態下，能夠實現單個電池（1）恒壓的同時，不影響流過其他電池（1）和DC/DC直流電源（2）輸出的電流，同時能將電池（1）恒壓時多余的能量反饋到DC/DC直流電源（2）輸入端。