一種電壓均衡電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及串聯(lián)蓄電設(shè)備電壓均衡技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電壓均衡電路。
【背景技術(shù)】
[0002]可再充電蓄電設(shè)備，如鉛酸電池、鋰離子電池和超級(jí)電容等，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備、工業(yè)應(yīng)用、混合動(dòng)力車和電動(dòng)車等領(lǐng)域中。對(duì)于這些蓄電設(shè)備個(gè)體來說，其電壓都是有限的，如鋰離子電池電壓大約在3V?4.3V范圍內(nèi)、超級(jí)電容的電壓通常不超過2.7V。
[0003]為了使這些蓄電設(shè)備的儲(chǔ)能電壓達(dá)到實(shí)際應(yīng)用中高電壓的應(yīng)用需求，通常通過串聯(lián)多個(gè)蓄電設(shè)備來獲取更高的電壓。但是，在串聯(lián)的多個(gè)蓄電設(shè)備充放電期間，可能會(huì)發(fā)生各蓄電設(shè)備電壓不均衡的情況，以蓄電設(shè)備為電池為例，在充電階段，串聯(lián)的每個(gè)電池就像一個(gè)個(gè)分壓器，由于電池容量不同和/或電池漏電，會(huì)使得電池電壓不平衡，具體的，具有較小電能容量的電池將受到更大的電壓應(yīng)力，并在電壓應(yīng)力超過該電池所能承受的最大電壓值時(shí)使電池?fù)p壞。因此，對(duì)于多個(gè)串聯(lián)的電能存儲(chǔ)設(shè)備來說，各蓄電單元之間的電壓均衡是非常重要的。
[0004]早期，在現(xiàn)有技術(shù)中，通過使具有較高電壓的蓄電單元向電阻放電來實(shí)現(xiàn)各蓄電單元的電壓均衡，但是，這種方法存在一定的缺陷，即高電壓蓄電設(shè)備消耗在放電電阻上的功率造成了額外的功率損失。目前，為了克服上述電壓均衡方法會(huì)造成功率耗損的技術(shù)缺陷，在現(xiàn)有技術(shù)中提出了非耗散有源電池電壓均衡的方法，如通過運(yùn)用有反激式電源轉(zhuǎn)換技術(shù)或雙向降壓_升壓型功率轉(zhuǎn)換技術(shù)的均衡電路來實(shí)現(xiàn)電壓均衡。雖然，在這些方法中，不需要白白地在放電電阻上消耗電能；但是，基于反激式電源轉(zhuǎn)換器或雙向降壓_升壓型功率轉(zhuǎn)換器的電池均衡電路包含笨重的磁性元器件，會(huì)導(dǎo)致均衡電路的體積較大以及更高的成本消耗。
[0005]進(jìn)一步，為了減小均衡系統(tǒng)的電路體積以及降低成本消耗，在相關(guān)專利(如US5710504)中，提出了基于開關(guān)電容技術(shù)的自動(dòng)電池電壓均衡系統(tǒng)。如圖1所示，為該專利提供的基于開關(guān)電容的電池電壓均衡電路，用于均衡正負(fù)極串聯(lián)的η個(gè)電池單元(Celll?Celln)的電壓，在圖1的均衡電路中，包括:η個(gè)單刀雙擲開關(guān)(SI?Sn，η為大于等于I的整數(shù))、η-1個(gè)電容(Cl?Cn-1)和一個(gè)控制單元，其中，η個(gè)單刀雙擲開關(guān)中任一開關(guān)的兩個(gè)靜態(tài)端子和一對(duì)應(yīng)的電池單元的正、負(fù)極分別相連，η個(gè)單刀雙擲開關(guān)中每兩個(gè)相鄰的開關(guān)的選擇端子通過一對(duì)應(yīng)的電容相連，該控制單元用于控制η個(gè)單刀雙擲開關(guān)的開關(guān)切換。通過圖1可知，在該電池電壓均衡電路中沒有設(shè)置笨重的磁性元器件，減小了均衡系統(tǒng)的電路體積和成本消耗。但是，這種電壓均衡電路只為多個(gè)串聯(lián)電池中的相鄰電池單元之間提供了電荷轉(zhuǎn)移路徑，對(duì)于整個(gè)電壓均衡系統(tǒng)電路來說，電壓均衡速度有限，那么當(dāng)串聯(lián)的電池個(gè)數(shù)較多時(shí)，通過這種電壓均衡電路，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)各電池單元之間的電壓均衡?？梢?，現(xiàn)有技術(shù)中還存在基于開關(guān)電容的電壓均衡電路電壓均衡速度慢，不適用于大數(shù)量蓄電單元串聯(lián)鏈路的電壓均衡的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明通過提供一種電壓均衡電路，解決了現(xiàn)有技術(shù)中串聯(lián)蓄電設(shè)備電壓均衡方法存在功率耗損、均衡電路體積大且成本高，以及電壓均衡速度慢的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了在對(duì)多個(gè)串聯(lián)蓄電設(shè)備進(jìn)行電壓均衡時(shí)無功率耗損、均衡電路體積小且成本低，以及電壓均衡速度快且適用于大數(shù)量蓄電單元串聯(lián)鏈路的電壓均衡的技術(shù)效果。
[0007]本發(fā)明提供了一種電壓均衡電路，應(yīng)用于一電源系統(tǒng)中，所述電源系統(tǒng)包括N個(gè)蓄電設(shè)備，所述N個(gè)蓄電設(shè)備中任一蓄電設(shè)備包括正極和負(fù)極，所述N個(gè)蓄電設(shè)備中的第η個(gè)蓄電設(shè)備的正極與所述N個(gè)蓄電設(shè)備中的第η+1個(gè)蓄電設(shè)備的負(fù)極連接，其中，N為大于等于2的整數(shù)，η為大于等于I小于N的整數(shù)，所述電壓均衡電路100包括:
[0008]N個(gè)單刀雙擲開關(guān)，所述N個(gè)單刀雙擲開關(guān)中的第i個(gè)單刀雙擲開關(guān)包括:選擇端子、第一靜態(tài)端子和第二靜態(tài)端子；所述第i個(gè)單刀雙擲的第一靜態(tài)端子與所述N個(gè)蓄電設(shè)備中的第i個(gè)蓄電設(shè)備的正極連接，所述第i個(gè)單刀雙擲開關(guān)的第二靜態(tài)端子與所述第i個(gè)蓄電設(shè)備的負(fù)極連接；其中，i為大于等于I且小于等于N的整數(shù)；
[0009]N個(gè)電容，所述N個(gè)電容中的第i個(gè)電容包括第一端子和第二端子；所述第i個(gè)電容的第一端子與所述第i個(gè)單刀雙擲開關(guān)的選擇端子連接；所述第i個(gè)電容的第二端子連接到一公共中性線上；
[0010]通過控制線與所述第i個(gè)單刀雙擲開關(guān)連接的開關(guān)控制器；所述開關(guān)控制器用于控制所述第i個(gè)單刀雙擲開關(guān)的選擇端子與所述第i個(gè)單刀雙擲開關(guān)的第一靜態(tài)端子或第二靜態(tài)端子連接。
[0011]可選的，所述第i個(gè)單刀雙擲開關(guān)，包括:
[0012]第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管；
[0013]與所述第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管串聯(lián)的第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。
[0014]可選的，所述第i個(gè)單刀雙擲開關(guān)的選擇端子為所述第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管與所述第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的連接點(diǎn)；
[0015]所述第一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極和所述第二金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極分別通過所述控制線與所述開關(guān)控制器連接。
[0016]可選的，所述電壓均衡電路還包括:N個(gè)電感；
[0017]其中，所述第i個(gè)電容的第二端子通過所述N個(gè)電感中的第i個(gè)電感與所述公共中性線連接。
[0018]可選的，所述N個(gè)蓄電設(shè)備包括充電電池和超級(jí)電容二者至少其一。
[0019]可選的，所述充電電池具體為:單一電池單元或由多個(gè)單一電池單元串聯(lián)而成的電池組。
[0020]可選的，所述開關(guān)控制器通過所述控制線向所述第i個(gè)單刀雙擲開關(guān)發(fā)送控制信號(hào)，用于控制所述第i個(gè)單刀雙擲開關(guān)的選擇端子與所述第i個(gè)單刀雙擲開關(guān)的第一靜態(tài)端子或第二靜態(tài)端子連接。
[0021]可選的，所述控制信號(hào)具體為:一雙極性方波信號(hào)或一對(duì)互補(bǔ)的單極性矩形波信號(hào)。
[0022]可選的，所述控制信號(hào)控制所述第i個(gè)單刀雙擲開關(guān)以固定頻率或可變頻率進(jìn)行開關(guān)切換。
[0023]本發(fā)明中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn):
[0024]由于在本發(fā)明中，電壓均衡電路包括N個(gè)單刀雙擲開關(guān)、N個(gè)電容和一個(gè)開關(guān)控制器；其中，N個(gè)單刀雙擲開關(guān)與N個(gè)串聯(lián)的蓄電設(shè)備一一對(duì)應(yīng)連接，同時(shí)N個(gè)單刀雙擲開關(guān)與N個(gè)電容一一對(duì)應(yīng)連接；具體的，N個(gè)單刀雙擲開關(guān)中任一開關(guān)的兩個(gè)靜態(tài)端子與該開關(guān)所對(duì)應(yīng)的一蓄電設(shè)備的正、負(fù)極分別連接，該開關(guān)的選擇端子與該開關(guān)所對(duì)應(yīng)的一電容的第一端子連接，該電容的第二端子連接到一公共中性線上；當(dāng)開關(guān)控制器通過一控制線與該開關(guān)連接時(shí)，該開關(guān)控制器能夠控制該開關(guān)的選擇端子與該開關(guān)的第一靜態(tài)端子或第二靜態(tài)端子連接。通過這種電路設(shè)計(jì)，在進(jìn)行電壓均衡時(shí)，不用將高電壓蓄電設(shè)備的電能耗損在放電電阻上，不需采用笨重的磁性元器件，且在N個(gè)蓄電設(shè)備中任意兩個(gè)蓄電設(shè)備之間，建立一條可供這兩個(gè)蓄電設(shè)備直接進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移的路徑，有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中串聯(lián)蓄電設(shè)備電壓均衡方法存在功率耗損、均衡電路體積大且成本高，以及電壓均衡速度慢的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了在對(duì)多個(gè)串聯(lián)蓄電設(shè)備進(jìn)行電壓均衡時(shí)無功率耗損、均衡電路體積小且成本低，以及電壓均衡速度快且適用于大數(shù)量蓄電單元串聯(lián)鏈路的電壓均衡的技術(shù)效果。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為【背景技術(shù)】提供的一種基于開關(guān)電容的電池電壓均衡電路原理圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電壓均衡電路原理圖；
[0028]圖3A-圖3B為本發(fā)明實(shí)施例提供的任一單刀雙擲開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4A-圖4B為本發(fā)明實(shí)施例提供的電壓均衡電路的兩種工作狀態(tài)示意圖；
[0030]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的通過均衡電路為多個(gè)串聯(lián)電池組進(jìn)行電壓均衡的電路原理圖；
[0031]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的集成電感器的低開關(guān)噪聲均衡電路原理圖。
【具體