專利名稱：一種充放電動(dòng)態(tài)均壓電路及使用該電路的供電電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種充放電動(dòng)態(tài)均壓電路及使
用該電路的供電電源。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)家智能電網(wǎng)概念的提出，大型儲(chǔ)能系統(tǒng)越來(lái)越多的被應(yīng)用，目前無(wú)論采用 傳統(tǒng)鉛酸蓄電池，還是采用新型鋰電池、鋰鐵電池或超級(jí)電容，均存在一個(gè)致命問(wèn)題，就是 電池單元的串聯(lián)均壓?jiǎn)栴}。 傳統(tǒng)的由串聯(lián)電池單元構(gòu)成的電源在充放電過(guò)程中采用均壓電路，主要是以消耗 能量的方式達(dá)到均壓目的，壽命較短，另外，還存在如下缺點(diǎn) 第一，能量進(jìn)行無(wú)謂的消耗，降低了系統(tǒng)效率，且均壓電路長(zhǎng)期處于發(fā)熱狀態(tài)，可 靠性下降。 第二，均壓性能受并聯(lián)阻抗的精度影響較大，電阻匹配困難，電路調(diào)試復(fù)雜。如圖 1所示，電池單元BT1兩端并聯(lián)有電阻R1，電池單元BT2兩端并聯(lián)有電阻R2，電阻R1和電 阻R2將會(huì)對(duì)電池單元BT1和電池單元BT2的均壓性帶來(lái)影響，并且，電阻Rl和電阻R2的 阻抗較難匹配，增加了電路調(diào)試的難度。 第三，傳統(tǒng)改善后的均壓電路能小幅降低均壓過(guò)程的消耗，但電路控制復(fù)雜，特別 是對(duì)多個(gè)串聯(lián)的電池單元來(lái)說(shuō)，實(shí)用價(jià)值不高。如圖2所示，電池單元BT1和電池單元BT2 的均壓分別受控制器的控制，控制器的控制方式較復(fù)雜，造成最終的供電電源體積較大，尤 其不適用于多個(gè)串聯(lián)的電池單元。 第四，只能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)均壓、充電過(guò)程中均壓，但在放電和動(dòng)態(tài)過(guò)程中均不能保證均壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中均壓電路的能量消耗較大、均壓 精度低、調(diào)試及控制電路復(fù)雜、在放電和動(dòng)態(tài)過(guò)程中不能保證均壓的缺陷，提供一種充放電 動(dòng)態(tài)均壓電路及使用該電路的電源。 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案之一是構(gòu)造一種充放電動(dòng)態(tài)均壓電 路，用于由多個(gè)電池單元串聯(lián)形成的供電電源中， 所述充放電動(dòng)態(tài)均壓電路包括含有多個(gè)副邊線圈的變壓器、儲(chǔ)能電容、逆變器、控 制器、第一晶體管、開關(guān)單元、與該多個(gè)副邊線圈分別對(duì)應(yīng)串連的多個(gè)開關(guān)元件，逆變器連 接在儲(chǔ)能電容的兩端，控制器控制第一晶體管、開關(guān)單元的導(dǎo)通或斷開；變壓器的原邊線圈 的首端連接到供電電源的正極，原邊線圈的末端連接到開關(guān)單元的一端，開關(guān)單元的另一 端連接到儲(chǔ)能電容的正極，儲(chǔ)能電容的負(fù)極連接到供電電源的負(fù)極；第一的柵極連接到控 制器的第一控制端；變壓器的原邊線圈的抽頭端連接到第一晶體管的漏極，第一晶體管的 源極連接到供電電源的負(fù)極；對(duì)每個(gè)電池單元，該電池單元的正極連接到對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件 的負(fù)極，該開關(guān)元件的正極連接到變壓器的對(duì)應(yīng)副邊線圈的首端，該副邊線圈的末端連接
4到該電池單元的負(fù)極； 在供電電源的放電過(guò)程中在第一晶體管導(dǎo)通時(shí)，供電電源對(duì)多個(gè)電池單元中電 壓較低的電池單元優(yōu)先充電以使該多個(gè)電池單元達(dá)到均壓；在第一晶體管斷開時(shí)，由變壓 器的原邊線圈、第一晶體管、開關(guān)單元及儲(chǔ)能電容構(gòu)成BOOST續(xù)流電路為逆變器提供能量
輸入； 在對(duì)供電電源的充電過(guò)程中在第三晶體管導(dǎo)通時(shí)，儲(chǔ)能電容對(duì)供電電源進(jìn)行充
電；在第三晶體管斷開時(shí)，由變壓器的原邊線圈、第一晶體管和供電電源構(gòu)成BUCK續(xù)流回
路從而對(duì)多個(gè)電池單元中電壓較低的電池單元優(yōu)先充電以使該多個(gè)電池單元達(dá)到均壓； 所述變壓器的原邊線圈的首端與多個(gè)副邊線圈的首端均互為同名端。 本發(fā)明所述的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，所述開關(guān)元件為肖特基二極管，對(duì)每個(gè)電池
單元，電池單元的正極連接到對(duì)應(yīng)的肖特基二極管的負(fù)極，該肖特基二極管的正極連接到
變壓器的對(duì)應(yīng)副邊線圈的首端，該副邊線圈的末端連接到該電池單元的負(fù)極。 本發(fā)明所述的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，所述開關(guān)元件為金氧半場(chǎng)效晶體管，對(duì)每個(gè)
電池單元，電池單元的正極連接到對(duì)應(yīng)的金氧半場(chǎng)效晶體管的漏極，該金氧半場(chǎng)效晶體管
的源極連接到變壓器的對(duì)應(yīng)副邊線圈的首端，該副邊線圈的末端連接到該電池單元的負(fù)
極；所述變壓器還包括一個(gè)用于自驅(qū)動(dòng)額外副邊線圈，所述額外副邊線圈的末端與原邊線
圈的首端相連，金氧半場(chǎng)效晶體管的柵極連接到與該金氧半場(chǎng)效晶體管的漏極相連的副邊
線圈或額外副邊線圈的首端。 本發(fā)明所述的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，所述開關(guān)單元包括第二晶體管和第三晶體 管，原邊線圈的末端連接到第二晶體管的漏極，第二晶體管的源極連接到第三晶體管的源 極，第三晶體管的漏極連接到儲(chǔ)能電容的正極，第二晶體管柵極分別連接到控制器的第二 控制端，第三晶體管柵極分別連接到控制器的第三控制端。 本發(fā)明所述的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，所述晶體管為金氧半場(chǎng)效晶體管。
本發(fā)明所述的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，所述電池單元包括至少一個(gè)電池或電池組。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案之二是構(gòu)造一種供電電源，由多個(gè)電 池單元串聯(lián)形成，其采用充放電動(dòng)態(tài)均壓電路， 所述充放電動(dòng)態(tài)均壓電路包括含有多個(gè)副邊線圈的變壓器、儲(chǔ)能電容、逆變器、控 制器、第一晶體管、開關(guān)單元、與該多個(gè)副邊線圈分別對(duì)應(yīng)串連的多個(gè)開關(guān)元件，逆變器連 接在儲(chǔ)能電容的兩端，控制器控制第一晶體管、開關(guān)單元的導(dǎo)通或斷開；變壓器的原邊線圈 的首端連接到供電電源的正極，原邊線圈的末端連接到開關(guān)單元的一端，開關(guān)單元的另一 端連接到儲(chǔ)能電容的正極，儲(chǔ)能電容的負(fù)極連接到供電電源的負(fù)極；第一的柵極連接到控 制器的第一控制端；變壓器的原邊線圈的抽頭端連接到第一晶體管的漏極，第一晶體管的 源極連接到供電電源的負(fù)極；對(duì)每個(gè)電池單元，該電池單元的正極連接到對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件 的負(fù)極，該開關(guān)元件的正極連接到變壓器的對(duì)應(yīng)副邊線圈的首端，該副邊線圈的末端連接 到該電池單元的負(fù)極； 在供電電源的放電過(guò)程中在第一晶體管導(dǎo)通時(shí)，供電電源對(duì)多個(gè)電池單元中電 壓較低的電池單元優(yōu)先充電以使該多個(gè)電池單元達(dá)到均壓；在第一晶體管斷開時(shí)，由變壓 器的原邊線圈、第一晶體管、開關(guān)單元及儲(chǔ)能電容構(gòu)成BOOST續(xù)流電路為逆變器提供能量
輸入；
在對(duì)供電電源的充電過(guò)程中在第三晶體管導(dǎo)通時(shí)，儲(chǔ)能電容對(duì)供電電源進(jìn)行充
電；在第三晶體管斷開時(shí)，由變壓器的原邊線圈、第一晶體管和供電電源構(gòu)成BUCK續(xù)流回
路從而對(duì)多個(gè)電池單元中電壓較低的電池單元優(yōu)先充電以使該多個(gè)電池單元達(dá)到均壓； 所述變壓器的原邊線圈的首端與多個(gè)副邊線圈的首端均互為同名端。 本發(fā)明所述的供電電源，所述開關(guān)元件為肖特基二極管，對(duì)每個(gè)電池單元，該電池
單元的正極連接到對(duì)應(yīng)的肖特基二極管的負(fù)極，該肖特基二極管的正極連接到變壓器的對(duì)
應(yīng)副邊線圈的首端，該副邊線圈的末端連接到該電池單元的負(fù)極。 本發(fā)明所述的供電電源，所述開關(guān)元件為金氧半場(chǎng)效晶體管，對(duì)每個(gè)電池單元，該 電池單元的正極連接到對(duì)應(yīng)的金氧半場(chǎng)效晶體管的漏極，該金氧半場(chǎng)效晶體管的源極連接 到變壓器的對(duì)應(yīng)副邊線圈的首端，該副邊線圈的末端連接到該電池單元的負(fù)極；所述變壓 器還包括一個(gè)用于自驅(qū)動(dòng)額外副邊線圈，所述額外副邊線圈的末端與原邊線圈的首端相 連，金氧半場(chǎng)效晶體管的柵極連接到與該金氧半場(chǎng)效晶體管的漏極相連的副邊線圈或額外 副邊線圈的首端。 本發(fā)明所述的供電電源，所述開關(guān)單元包括第二晶體管和第三晶體管，原邊線圈 的末端連接到第二晶體管的漏極，第二晶體管的源極連接到第三晶體管的源極，第三晶體 管的漏極連接到儲(chǔ)能電容的正極，第二晶體管柵極分別連接到控制器的第二控制端，第三 晶體管柵極分別連接到控制器的第三控制端。 實(shí)施本發(fā)明的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路及使用該電路的供電電源，具有以下有益效 果通過(guò)變壓器原、副邊線圈關(guān)系，有效利用BOOST電路放電過(guò)程的Ton時(shí)間段和BUCK電路 充電過(guò)程的Toff時(shí)間段對(duì)供電電源中串聯(lián)的電池單元進(jìn)行動(dòng)態(tài)均壓，達(dá)到各個(gè)電池單元 的電壓均衡的目的，從而有效提高電池使用壽命。 進(jìn)一步地，本發(fā)明的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路通過(guò)控制器的控制，既可實(shí)現(xiàn)BOOST電
路，也可以實(shí)現(xiàn)BUCK電路，同時(shí)開關(guān)單元還具有防止供電電源的電量過(guò)充過(guò)放的作用。 進(jìn)一步地，本發(fā)明的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路的能量消耗很少，其中開關(guān)元件可以采
用肖特基二極管，或是采用金氧半場(chǎng)效晶體管，可以有效降低能量的消耗。在采用金氧半場(chǎng)
效晶體管作為開關(guān)元件時(shí)，金氧半場(chǎng)效晶體管的驅(qū)動(dòng)采用自驅(qū)動(dòng)方式，不需要任何外在的
控制信號(hào)，只需要在變壓器的副邊線圈多增加一個(gè)繞組，且自動(dòng)均壓部分不需要任何控制， 電路簡(jiǎn)單，有利于多個(gè)大規(guī)模的電池單元的串聯(lián)使用。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中 圖1是傳統(tǒng)的串聯(lián)電池均勻電路之一的電路圖； 圖2是傳統(tǒng)的串聯(lián)電池均勻電路之二的電路圖； 圖3是本發(fā)明充放電動(dòng)態(tài)均壓電路的第一實(shí)施例的電路圖； 圖4是本發(fā)明充放電動(dòng)態(tài)均壓電路的第二實(shí)施例的電路圖； 圖5是本發(fā)明充放電動(dòng)態(tài)均壓電路的第三實(shí)施例的電路圖。
具體實(shí)施例方式
如圖3所示，是本發(fā)明充放電動(dòng)態(tài)均壓電路的第一實(shí)施例的電路圖。本發(fā)明的該充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，用于由多個(gè)電池單元串聯(lián)形成的供電電源中，也就是說(shuō)，該供電電源 由多個(gè)電池單元串聯(lián)形成。本實(shí)施例中，該充放電動(dòng)態(tài)均壓電路以用于由2個(gè)電池單元串 聯(lián)形成的供電電源中為例進(jìn)行闡述，該2個(gè)電池單元分別為第一電池單元BT1和第二電池 單元BT2，該充放電動(dòng)態(tài)均壓電路包括含有一個(gè)原邊線圈T1、第一副邊線圈T2和第二副邊 線圈T3的變壓器、儲(chǔ)能電容C、逆變器、控制器、第一晶體管Ql、開關(guān)單元、與該第一副邊線 圈T2對(duì)應(yīng)相連的開關(guān)元件，與該第二副邊線圈T3對(duì)應(yīng)相連的開關(guān)元件，逆變器連接在儲(chǔ)能 電容C的兩端，控制器控制第一晶體管、開關(guān)單元導(dǎo)通或斷開。此處，第一晶體管優(yōu)選地采 用金氧半場(chǎng)效晶體管，將其表示為第一金氧半場(chǎng)效晶體管Ql，第一金氧半場(chǎng)效晶體管Ql的 柵極連接到控制器的第一控制端，第一金氧半場(chǎng)效晶體管Q1的源極連接到供電電源的負(fù) 極，變壓器的原邊線圈T1的抽頭端連接到第一金氧半場(chǎng)效晶體管Q1的漏極。進(jìn)一步地，第 一金氧半場(chǎng)效晶體管Ql的漏極與原邊線圈的中間抽頭相連接，可有效降低第一金氧半場(chǎng) 效晶體管Q1的耐壓值，從而可以選擇低電壓的金氧半場(chǎng)效晶體管，有效降低導(dǎo)通損耗，提 高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率。 所述開關(guān)元件為肖特基二極管，對(duì)每個(gè)電池單元，如對(duì)第一電池單元BT1，第一電 池單元BT1的正極連接到對(duì)應(yīng)的第一肖特基二極管D1的負(fù)極，第一肖特基二極管D1的正 極連接到變壓器的對(duì)應(yīng)第一副邊線圈T2的首端，第一副邊線圈T2的末端連接到第一電池 單元BT1的負(fù)極。同樣的，對(duì)第二電池單元BT2，第二電池單元BT2的正極連接到對(duì)應(yīng)的第 二肖特基二極管D2的負(fù)極，第二肖特基二極管D2的正極連接到變壓器的對(duì)應(yīng)第二副邊線 圈T3的首端，第二副邊線圈T3的末端連接到第二電池單元BT2的負(fù)極。
所述開關(guān)單元由第二晶體管和第三晶體管組成，此處，第二晶體管和第三晶體管 也優(yōu)選地采用金氧半場(chǎng)效晶體管，分別表示為第二金氧半場(chǎng)效晶體管Q2和第三金氧半場(chǎng) 效晶體管Q3。原邊線圈的末端連接到第二金氧半場(chǎng)效晶體管Q2的漏極，第二金氧半場(chǎng)效晶 體管Q2的源極連接到第三金氧半場(chǎng)效晶體管Q3的源極，第三金氧半場(chǎng)效晶體管Q3的漏極 連接到儲(chǔ)能電容C的正極，第二金氧半場(chǎng)效晶體管Q2的柵極連接到控制器的第二控制端， 第三金氧半場(chǎng)效晶體管Q3的柵極連接到控制器的第三控制端。所述開關(guān)單元通過(guò)控制器， 可協(xié)助實(shí)現(xiàn)B00ST電路或BUCK電路，同時(shí)具有防止供電電源的電量過(guò)充過(guò)放的作用。
變壓器的原邊線圈Tl的首端連接到供電電源的正極，原邊線圈Tl的末端連接到 第二金氧半場(chǎng)效晶體管Q2的漏極，第三金氧半場(chǎng)效晶體管Q3的漏極連接到儲(chǔ)能電容C的 正極，儲(chǔ)能電容C的負(fù)極連接到供電電源的負(fù)極。 在供電電源的放電過(guò)程中由第一電池單元BT1、第二電池單元BT2、變壓器的原 邊線圈Tl、第一金氧半場(chǎng)效晶體管Ql、開關(guān)單元及儲(chǔ)能電容C構(gòu)成BOOST電路，其中，開關(guān) 單元中的第二金氧半場(chǎng)效晶體管Q2—直導(dǎo)通。在第一金氧半場(chǎng)效晶體管Q1導(dǎo)通時(shí)，供電 電源對(duì)第一 電池單元BT1和第二電池單元BT2中電壓較低的電池單元優(yōu)先充電以使該第一 電池單元BT1和第二電池單元BT2的電壓達(dá)到均壓；在第一金氧半場(chǎng)效晶體管Ql斷開時(shí)， 由變壓器的原邊線圈Tl、第一金氧半場(chǎng)效晶體管Ql的體二極管、開關(guān)單元及儲(chǔ)能電容C構(gòu) 成BOOST續(xù)流電路為逆變器提供能量輸入。其中，開關(guān)單元的導(dǎo)通受控制器的控制。
在對(duì)供電電源的充電過(guò)程中由第一電池單元BT1、第二電池單元BT2、變壓器的 原邊線圈Tl、第一金氧半場(chǎng)效晶體管Ql的體二極管、開關(guān)單元及儲(chǔ)能電容C構(gòu)成BUCK電 路，其中，第一金氧半場(chǎng)效晶體管Ql —直斷開。在第三金氧半場(chǎng)效晶體管Q3導(dǎo)通時(shí)，儲(chǔ)能單元和第二電池單元進(jìn)行充電；在第三金氧半場(chǎng)效晶體管Q3斷開時(shí)，由變 壓器的原邊線圈T1、第一金氧半場(chǎng)效晶體管Q1的體二極管、第一電池單元BT1和第二電池 單元BT2構(gòu)成BUST續(xù)流回路，以對(duì)第一電池單元BT1和第二電池單元BT2中電壓較低的電 池單元優(yōu)先充電以使該第一電池單元BT1和第二電池單元BT2的電壓達(dá)到均壓。所述變壓 器的原邊線圈Tl的首端與第一副邊線圈T2、第二副邊線圈T3的首端均互為同名端。
本發(fā)明中，所述電池單元包括至少一個(gè)電池或電池組。
使用該充放電動(dòng)態(tài)均壓電路的供電電源的工作原理如下 具體工作分為兩個(gè)階段，一個(gè)是供電電源的放電過(guò)程，一個(gè)是供電電源的充電過(guò) 程，如下所述 供電電源的放電過(guò)程由第一電池單元BT1、第二電池單元BT2、第一金氧半場(chǎng)效 晶體管Ql、原邊線圈Tl、第二金氧半場(chǎng)效晶體管Q2、第三金氧半場(chǎng)效晶體管Q3及儲(chǔ)能電容 C構(gòu)成BOOST電路，本過(guò)程中，第二金氧半場(chǎng)效晶體管Q2 —直導(dǎo)通，由串聯(lián)的第一電池單元 BT1和第二電池單元BT2提供直流電源進(jìn)行工作。當(dāng)?shù)谝唤鹧醢雸?chǎng)效晶體管Ql導(dǎo)通時(shí)，即 在BOOST電路放電過(guò)程的Ton時(shí)間，原邊線圈Tl儲(chǔ)能，由原邊線圈Tl、第一金氧半場(chǎng)效晶體 管Ql、第一電池單元BT1和第一電池單元BT2構(gòu)成回路，由法拉第電磁感應(yīng)定律知，由于原 邊線圈Tl與第一副邊線圈T2和第二副邊線圈T3的首端均互為同名端，此時(shí)原邊線圈Tl與 第一副邊線圈T2和第二副邊線圈T3的首端均為正電壓。假設(shè)原邊線圈Tl可以感應(yīng)到第 一副邊線圈T2和第二副邊線圈T3上的電壓最高為第一電池單元BT1和第一電池單元BT2 允許的最高充電電壓，則第一副邊線圈T2、第一肖特基二極管D1和第一電池單元BT1構(gòu)成 一個(gè)充電回路，第二副邊線圈T3、第二肖特基二極管D2和第二電池單元BT2也構(gòu)成一個(gè)充 電回路，此時(shí)假設(shè)第一電池單元BT1的電壓較第二電池單元BT2的電壓低，則第一 肖特基二 極管D1先于第二肖特基二極管D2導(dǎo)通，所以第一副邊線圈T2首端的電壓就會(huì)被箝位到此 時(shí)第一電池單元BT1上的電壓，同時(shí)第二副邊線圈T3首端的電壓也被箝位到第一電池單元 BT1上的電壓，則第二肖特基二極管D2此時(shí)不能導(dǎo)通，所以此時(shí)只形成由第一副邊線圈T2、 第一肖特基二極管D1和第一電池單元BT1的構(gòu)成的充電回路，即達(dá)到低電壓的電池優(yōu)先充 電的目的，進(jìn)而平衡串聯(lián)第一電池單元BT1和第二電池單元BT2中各電池單元的電壓之差， 達(dá)到均壓的目的。 在第一金氧半場(chǎng)效晶體管Ql斷開時(shí)，即在BOOST電路放電過(guò)程的Toff時(shí)間，由原 邊線圈T1、第二金氧半場(chǎng)效晶體管Q2、第三金氧半場(chǎng)效晶體管Q3、儲(chǔ)能電容C及第一金氧半 場(chǎng)效晶體管Q1的體二極管構(gòu)成BOOST的續(xù)流電路。在此過(guò)程中由于原邊線圈T1的首端電 壓為負(fù)，所以在第一副邊線圈T2和第二副邊線圈T3的首端也感應(yīng)出負(fù)電壓，由于第一肖特 基二極管D1和第二肖特基二極管D2的作用，所以Toff時(shí)段不會(huì)產(chǎn)生對(duì)第一電池單元BT1 和第二電池單元BT2充電的作用。 對(duì)供電電源的充電過(guò)程由儲(chǔ)能電容C、第三金氧半場(chǎng)效晶體管Q3、第二金氧半場(chǎng) 效晶體管Q2、線圈T1、第一金氧半場(chǎng)效晶體管Q1的體二極管及第一電池單元BT1和第二電 池單元BT2構(gòu)成BUCK電路，本過(guò)程中，第一金氧半場(chǎng)效晶體管Ql —直斷開。當(dāng)?shù)谌鹧醢?場(chǎng)效晶體管Q3導(dǎo)通時(shí)，即在BUCK電路充電過(guò)程的Ton時(shí)間，儲(chǔ)能電容C上的電能通過(guò)第三 金氧半場(chǎng)效晶體管Q3、第二金氧半場(chǎng)效晶體管Q2、原邊線圈Tl向第一電池單元BT1和第二 電池單元BT2進(jìn)行充電，此時(shí)原邊線圈Tl首端上的電壓為負(fù)，對(duì)應(yīng)于第一副邊線圈T2和第
8二副邊線圈T3首端的電壓也為負(fù)，第一肖特基二極管D1和第二肖特基二極管D2均不會(huì)導(dǎo) 通。 在第三金氧半場(chǎng)效晶體管Q3斷開時(shí)，即在BUCK電路充電過(guò)程的Toff時(shí)間，由原 邊線圈T1、第一電池單元BT1、第二電池單元BT2和第一金氧半場(chǎng)效晶體管Q1的體二極管 構(gòu)成續(xù)流回路，此時(shí)原邊線圈T1的首端為正電壓，對(duì)應(yīng)于第一副邊線圈T2和第二副邊線圈 T3的首端也為正電壓，假設(shè)原邊線圈Tl可以感應(yīng)到第一副邊線圈T2和第二副邊線圈T3上 的電壓最高為第一 電池單元BT1和第二電池單元BT2允許的最高充電電壓，則第一副邊線 圈T2、第一肖特基二極管Dl和第一電池單元BT1構(gòu)成一個(gè)充電回路，線圈T3、第二肖特基 二極管D2和第二電池單元BT2也構(gòu)成一個(gè)充電回路，此時(shí)假設(shè)第一電池單元BT1的電壓較 第二電池單元BT2的電壓低，則由于第一 肖特基二極管Dl先于第二肖特基二極管D2導(dǎo)通， 所以第一副邊線圈T2首端的電壓就會(huì)被箝位到此時(shí)第一電池單元BT1上的電壓，同時(shí)線圈 T3首端的電壓也被箝位到第一電池單元BT1上的電壓，則第二肖特基二極管D2此時(shí)不能導(dǎo) 通，所以此時(shí)只形成第一副邊線圈T2、第一肖特基二極管D1和第一電池單元BT1的充電回 路，即達(dá)到低電壓的電池單元優(yōu)先充電的目的，進(jìn)而平衡串聯(lián)的第一電池單元BT1和第二 電池單元BT2中各電池單元的電壓之差，達(dá)到均壓的目的。 以上充放電過(guò)程只描述了在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)動(dòng)態(tài)均壓的原理，隨著開關(guān)頻率的提
高，變壓器的原邊線圈Tl、第一副邊線圈T2和第二副邊線圈T3的體積可以減小，同時(shí)通過(guò)
控制器提高第一金氧半場(chǎng)效晶體管Ql、第二金氧半場(chǎng)效晶體管Q2和第三金氧半場(chǎng)效晶體
管Q3的開關(guān)頻率也可以提高均壓的精度，實(shí)現(xiàn)充電和放電動(dòng)態(tài)均壓的目的。 本發(fā)明有效利用BOOST電路放電過(guò)程的Ton時(shí)間段和BUCK電路充電過(guò)程的Toff
時(shí)間段對(duì)串聯(lián)的多個(gè)電池單元進(jìn)行動(dòng)態(tài)均壓，達(dá)到供電電源中各電池單元的電壓均衡的目
的，從而有效提高供電電源的使用壽命。在充放電動(dòng)態(tài)均壓電路中使用肖特基二極管，與傳
統(tǒng)在電池單元兩端并聯(lián)電阻相比較，所消耗的功率大大降低，為大功率使用電池單元的串
聯(lián)提供了一種實(shí)現(xiàn)的方法。 本發(fā)明中，采用肖特基二極管，與傳統(tǒng)在電池單元兩端并聯(lián)電阻相比較，所消耗的 功率大大降低，自動(dòng)均壓部分不需要任何控制，電路簡(jiǎn)單，有利于大規(guī)模電池單元的串聯(lián)使 用。 如圖4所示，是本發(fā)明充放電動(dòng)態(tài)均壓電路的第二實(shí)施例的電路圖。與圖3所示的 第一實(shí)施例的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路的不同之處在于，所述開關(guān)元件為金氧半場(chǎng)效晶體管， 那么，對(duì)每個(gè)電池單元，該電池單元的正極連接到對(duì)應(yīng)的金氧半場(chǎng)效晶體管的漏極，該金氧 半場(chǎng)效晶體管的源極連接到變壓器的對(duì)應(yīng)副邊線圈的首端，該副邊線圈的末端連接到該電 池單元的負(fù)極；所述變壓器還包括一個(gè)用于自驅(qū)動(dòng)額外副邊線圈，所述額外副邊線圈的末 端與原邊線圈的首端相連，金氧半場(chǎng)效晶體管的柵極連接與該金氧半場(chǎng)效晶體管的漏極相 連的副邊線圈或額外副邊線圈的首端。 本實(shí)施例中，該充放電動(dòng)態(tài)均壓電路以用于由3個(gè)電池單元串聯(lián)形成的供電電源 中為例進(jìn)行闡述，該3個(gè)電池單元分別為第一電池單元BT1 、第二電池單元BT2和第二電池 單元BT2，該充放電動(dòng)態(tài)均壓電路的變壓器含有一個(gè)原邊線圈T1、一用于自驅(qū)動(dòng)的額外副 邊線圈T2、第一副邊線圈T3、第二副邊線圈T4和第三副邊線圈T5。 對(duì)第一電池單元BT1，此處定義其正極與變壓器的原邊線圈圖的首端相連的電池單元為第一電池單元BT1。 第一電池單元BT1的正極連接到對(duì)應(yīng)的第四金氧半場(chǎng)效晶體管Q4的漏極，第四金 氧半場(chǎng)效晶體管Q4的源極連接到第一副邊線圈T3的首端，第一副邊線圈T3的末端連接到 該第一電池單元BT1的負(fù)極；額外副邊線圈T2末端與原邊線圈T1的首端相連，額外副邊線 圈T2的首端與第一電池單元BT1對(duì)應(yīng)的第四金氧半場(chǎng)效晶體管Q4的柵極相連接。
顯然，對(duì)于第二電池單元BT2，其正極連接到對(duì)應(yīng)的第五金氧半場(chǎng)效晶體管Q5的 漏極，第五金氧半場(chǎng)效晶體管Q5的源極連接到第二副邊線圈T4的首端，第五金氧半場(chǎng)效晶 體管Q5的柵極連接到第一副邊線圈T3的首端。以此類推，對(duì)于第三電池單元BT3，第六金 氧半場(chǎng)效晶體管Q6的柵極連接到第二副邊線圈T4的首端。 由上可見(jiàn)，用金氧半場(chǎng)效晶體管替代肖特基二極管，且其中金氧半場(chǎng)效晶體管的 驅(qū)動(dòng)采用自驅(qū)動(dòng)方式，不需要任何外在的控制信號(hào)，第一電池單元的自驅(qū)動(dòng)需要在變壓器 多增加一個(gè)副邊副邊線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。 如圖5所示，是本發(fā)明充放電動(dòng)態(tài)均壓電路的第三實(shí)施例的電路圖。與圖4所示 的第一實(shí)施例的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路的不同之處在于，該多個(gè)電池單元串聯(lián)后形成多個(gè)電
池單元組，如第1組、第2組......第N組，再將該多個(gè)電池單元組并聯(lián)構(gòu)成大功率的供電
電源。顯然，其中每個(gè)電池單元組以及其與開關(guān)元件(金氧半場(chǎng)效晶體管)、變壓器副邊的 連接與圖4所示的第二實(shí)施例的實(shí)施方式相同。 進(jìn)一步地，其中每個(gè)電池單元組以及其與開關(guān)元件(肖特基二極管)、變壓器副邊 的連接還可與圖3所示的第一實(shí)施例的實(shí)施方式相同。 本發(fā)明中，控制器可采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)或P麗控制芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然，也不局限于 此。 本發(fā)明還涉及一種供電電源，由多個(gè)電池單元串聯(lián)形成，該供電電源采用上述各 實(shí)施例中所述的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，在此不再贅述。 以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則 內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，用于由多個(gè)電池單元串聯(lián)形成的供電電源中，其特征在于，所述充放電動(dòng)態(tài)均壓電路包括含有多個(gè)副邊線圈的變壓器、儲(chǔ)能電容、逆變器、控制器、第一晶體管、開關(guān)單元、與該多個(gè)副邊線圈分別對(duì)應(yīng)串連的多個(gè)開關(guān)元件，逆變器連接在儲(chǔ)能電容的兩端，控制器控制第一晶體管、開關(guān)單元的導(dǎo)通或斷開；變壓器的原邊線圈的首端連接到供電電源的正極，原邊線圈的末端連接到開關(guān)單元的一端，開關(guān)單元的另一端連接到儲(chǔ)能電容的正極，儲(chǔ)能電容的負(fù)極連接到供電電源的負(fù)極；第一的柵極連接到控制器的第一控制端；變壓器的原邊線圈的抽頭端連接到第一晶體管的漏極，第一晶體管的源極連接到供電電源的負(fù)極；對(duì)每個(gè)電池單元，該電池單元的正極連接到對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的負(fù)極，該開關(guān)元件的正極連接到變壓器的對(duì)應(yīng)副邊線圈的首端，該副邊線圈的末端連接到該電池單元的負(fù)極；在供電電源的放電過(guò)程中在第一晶體管導(dǎo)通時(shí)，供電電源對(duì)多個(gè)電池單元中電壓較低的電池單元優(yōu)先充電以使該多個(gè)電池單元達(dá)到均壓；在第一晶體管斷開時(shí)，由變壓器的原邊線圈、第一晶體管、開關(guān)單元及儲(chǔ)能電容構(gòu)成BOOST續(xù)流電路為逆變器提供能量輸入；在對(duì)供電電源的充電過(guò)程中在第三晶體管導(dǎo)通時(shí)，儲(chǔ)能電容對(duì)供電電源進(jìn)行充電；在第三晶體管斷開時(shí)，由變壓器的原邊線圈、第一晶體管和供電電源構(gòu)成BUCK續(xù)流回路從而對(duì)多個(gè)電池單元中電壓較低的電池單元優(yōu)先充電以使該多個(gè)電池單元達(dá)到均壓；所述變壓器的原邊線圈的首端與多個(gè)副邊線圈的首端均互為同名端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，其特征在于，所述開關(guān)元件為肖特基二極管，對(duì)每個(gè)電池單元，電池單元的正極連接到對(duì)應(yīng)的肖特 基二極管的負(fù)極，該肖特基二極管的正極連接到變壓器的對(duì)應(yīng)副邊線圈的首端，該副邊線 圈的末端連接到該電池單元的負(fù)極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，其特征在于，所述開關(guān)元件為金氧半場(chǎng)效晶體管，對(duì)每個(gè)電池單元，電池單元的正極連接到對(duì)應(yīng)的 金氧半場(chǎng)效晶體管的漏極，該金氧半場(chǎng)效晶體管的源極連接到變壓器的對(duì)應(yīng)副邊線圈的首 端，該副邊線圈的末端連接到該電池單元的負(fù)極；所述變壓器還包括一個(gè)用于自驅(qū)動(dòng)額外 副邊線圈，所述額外副邊線圈的末端與原邊線圈的首端相連，金氧半場(chǎng)效晶體管的柵極連 接到與該金氧半場(chǎng)效晶體管的漏極相連的副邊線圈或額外副邊線圈的首端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，其特征在于，所述開關(guān)單元包括第二 晶體管和第三晶體管，原邊線圈的末端連接到第二晶體管的漏極，第二晶體管的源極連接 到第三晶體管的源極，第三晶體管的漏極連接到儲(chǔ)能電容的正極，第二晶體管柵極分別連 接到控制器的第二控制端，第三晶體管柵極分別連接到控制器的第三控制端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，其特征在于，所述晶體管為金氧半 場(chǎng)效晶體管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，其特征在于，所述電池單元包括至少 一個(gè)電池或電池組。
7. —種供電電源，由多個(gè)電池單元串聯(lián)形成，其采用充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，其特征在于，所述充放電動(dòng)態(tài)均壓電路包括含有多個(gè)副邊線圈的變壓器、儲(chǔ)能電容、逆變器、控制器、第一晶體管、開關(guān)單元、與該多個(gè)副邊線圈分別對(duì)應(yīng)串連的多個(gè)開關(guān)元件，逆變器連接 在儲(chǔ)能電容的兩端，控制器控制第一晶體管、開關(guān)單元的導(dǎo)通或斷開；變壓器的原邊線圈的 首端連接到供電電源的正極，原邊線圈的末端連接到開關(guān)單元的一端，開關(guān)單元的另一端 連接到儲(chǔ)能電容的正極，儲(chǔ)能電容的負(fù)極連接到供電電源的負(fù)極；第一的柵極連接到控制 器的第一控制端；變壓器的原邊線圈的抽頭端連接到第一晶體管的漏極，第一晶體管的源 極連接到供電電源的負(fù)極；對(duì)每個(gè)電池單元，該電池單元的正極連接到對(duì)應(yīng)的開關(guān)元件的 負(fù)極，該開關(guān)元件的正極連接到變壓器的對(duì)應(yīng)副邊線圈的首端，該副邊線圈的末端連接到 該電池單元的負(fù)極；在供電電源的放電過(guò)程中在第一晶體管導(dǎo)通時(shí)，供電電源對(duì)多個(gè)電池單元中電壓較 低的電池單元優(yōu)先充電以使該多個(gè)電池單元達(dá)到均壓；在第一晶體管斷開時(shí)，由變壓器的 原邊線圈、第一晶體管、開關(guān)單元及儲(chǔ)能電容構(gòu)成BOOST續(xù)流電路為逆變器提供能量輸入；在對(duì)供電電源的充電過(guò)程中在第三晶體管導(dǎo)通時(shí)，儲(chǔ)能電容對(duì)供電電源進(jìn)行充電； 在第三晶體管斷開時(shí)，由變壓器的原邊線圈、第一晶體管和供電電源構(gòu)成BUCK續(xù)流回路從 而對(duì)多個(gè)電池單元中電壓較低的電池單元優(yōu)先充電以使該多個(gè)電池單元達(dá)到均壓；所述變壓器的原邊線圈的首端與多個(gè)副邊線圈的首端均互為同名端。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電電源，其特征在于，所述開關(guān)元件為肖特基二極管，對(duì)每 個(gè)電池單元，該電池單元的正極連接到對(duì)應(yīng)的肖特基二極管的負(fù)極，該肖特基二極管的正 極連接到變壓器的對(duì)應(yīng)副邊線圈的首端，該副邊線圈的末端連接到該電池單元的負(fù)極。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的供電電源，其特征在于，所述開關(guān)元件為金氧半場(chǎng)效晶體管，對(duì)每個(gè)電池單元，該電池單元的正極連接到對(duì)應(yīng) 的金氧半場(chǎng)效晶體管的漏極，該金氧半場(chǎng)效晶體管的源極連接到變壓器的對(duì)應(yīng)副邊線圈的 首端，該副邊線圈的末端連接到該電池單元的負(fù)極；所述變壓器還包括一個(gè)用于自驅(qū)動(dòng)額 外副邊線圈，所述額外副邊線圈的末端與原邊線圈的首端相連，金氧半場(chǎng)效晶體管的柵極 連接到與該金氧半場(chǎng)效晶體管的漏極相連的副邊線圈或額外副邊線圈的首端。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電電源，其特征在于，所述開關(guān)單元包括第二晶體管和第 三晶體管，原邊線圈的末端連接到第二晶體管的漏極，第二晶體管的源極連接到第三晶體 管的源極，第三晶體管的漏極連接到儲(chǔ)能電容的正極，第二晶體管柵極分別連接到控制器 的第二控制端，第三晶體管柵極分別連接到控制器的第三控制端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種充放電動(dòng)態(tài)均壓電路，用于由多個(gè)電池單元串聯(lián)形成的供電電源中，在供電電源的放電過(guò)程中在第一晶體管導(dǎo)通時(shí)，供電電源對(duì)多個(gè)電池單元中電壓較低的電池單元優(yōu)先充電以使該多個(gè)電池單元達(dá)到均壓；在對(duì)供電電源的充電過(guò)程中在第三晶體管斷開時(shí)，由變壓器的原邊線圈、第一晶體管和供電電源構(gòu)成BUCK續(xù)流回路從而對(duì)多個(gè)電池單元中電壓較低的電池單元優(yōu)先充電以使該多個(gè)電池單元達(dá)到均壓。本發(fā)明還涉及一種使用該充放電動(dòng)態(tài)均壓電路的供電電源。本發(fā)明通過(guò)變壓器原副邊線圈關(guān)系，有效利用BOOST電路放電過(guò)程的Ton時(shí)間段和BUCK電路充電過(guò)程的Toff時(shí)間段對(duì)供電電源中串聯(lián)的電池單元進(jìn)行動(dòng)態(tài)均壓。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101783521SQ20101011235
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者洗成瑜, 魏曉亮 申請(qǐng)人:深圳市盛弘電氣有限公司