【技術領域】
[0001]本發明涉及一種串聯鎳鎘蓄電瓶組主動均衡電路。具體地，本發明使用一種雙PWM驅動專用集成電路形成相位差180度的方波來控制兩組互補場效應管開關，切換一組電解電容器并聯在串聯蓄電瓶組的每位電板上，不斷地循環往復進行充放電，進而實現使電流高的電瓶向電抬高的電瓶轉移電能，最終達到電流一致的均衡目的。本發明屬于鎳鎘電瓶電源技術及電動車應用相關領域。
【背景技術】
[0002]可充電串聯鎳鎘蓄電瓶組成本低，性價比高，安全可靠，被廣泛應用于電動單車、電動車輛、通訊、便攜式工具、航空航天、太陽能、風力發電及各類儲能裝置中。單體可充電蓄電瓶電流通常為12伏，而動力電瓶的電流通常須要幾十伏甚至更高，因而須要把許多單體電瓶串聯在一起使用。大量電瓶的串聯使用，在充放電過程中因為各單體電瓶容量，電阻，氣溫的誤差，很容易導致各個電板電流的不均衡一致，輕者造成電瓶組容量的增長和快速衰減，重者造成電瓶組火災爆燃。通常，串聯鎳鎘蓄電瓶組使用壽命多則2年少則還不到半年就出問題了，電池的使用壽命短，成本高成為最大的問題。
[0003]據美國MGP社研究，串聯鎳鎘蓄電瓶組受損90%以上緣由是所謂“失水”和“硫化”，而這實質上是因為電瓶組中各個電板特點不一致，不均衡造成的過充電和過放電問題。理論上任何一塊國標電池可以充放電300次以上維持80%容量，實際上串聯電瓶組的壽命有時連單體電池一半壽命都不到，一塊電板壞了整組電瓶就不能用，這是由于通常串聯鎳鎘蓄電瓶組充放電控制器只檢查電瓶組的整體電流來避免過充過放。但是在串聯電池中，盡管通過單體電池的電壓相同，并且因為其容量，電阻和殘余電量不可能完全相同，電池的充放電深度也會不同，容量大的總會欠充欠放，而容量小的總會過充過放，這就導致容量大的衰減平緩、壽命長，容量小的衰減推進、壽命減短，隨著充放電次數降低，惡性循環，差別會越來越大，最終小容量電池會很快失效因而造成電瓶組提早失效。
[0004]為了防止上述電瓶電流不均衡造成的過充電和過放電現象的發生，人們采取了如選購單體電瓶容量，電阻差別小的電瓶組成電瓶組等各類各樣的方式和舉措。并且盡管這么，因為電瓶組的反復充放電，單體電瓶容量，電阻差別會逐步累積降低而顯得不均衡，絕對一致的電瓶是不存在的鉛酸蓄電池串聯和并聯，所以怎樣保持串聯鎳鎘蓄電瓶組在使用過程中的均衡一致變得愈發重要。
[0005]本發明的一種串聯鎳鎘蓄電瓶組主動均衡電路使用一種雙PffM驅動專用集成電路形成相位差180度的方波來控制兩組互補場效應管，切換一組電解電容器并聯在串聯蓄電瓶組每位電板上，不斷地循環往復進行充放電，進而實現使電流高的電板往電抬高的電瓶轉移電能，最終達到電流一致的均衡目的。實踐證明保護電路簡單、不使用控制復雜的單片機數據采集拓撲，耗電少，成本低，均衡效率高，工作穩定可靠，性能優良，在實際使用中療效良好。
【發明內容】
[0006]為了防止使用單片機數據采集拓撲檢測串聯電瓶組各單體電瓶電流從而控制均衡電路的復雜方案，本發明的串聯鎳鎘蓄電瓶組主動均衡電路使用一種雙PWM驅動專用集成電路形成相位差180度的方波來控制兩組互補場效應管，切換一組電解電容器，不斷地循環往復并聯在串聯蓄電瓶組每位電板上進行充放電，進而實現使電流高的電板往電抬高的電瓶轉移電能，最終達到電流一致的均衡目的。
[0007]本發明所采用的技術方案如圖1所示，適宜N個串聯鎳鎘蓄電瓶電源，每位電池標稱電流12V但不限于12V。
[0008]電路由電池BATl至ΒΑΤη，場效應管FETl至FET4n，雙PffM驅動集成電路Ul，以及電容CCl至C2n-2網路構成。
[0009]圖1為本發明原理圖均衡電路工作過程如下。
[0010]雙PffM驅動集成電路Ul形成兩列頻度IKHz到50KHz相位差180度的方波El和E2,通過晶閘管Dl到D4n分別驅動P溝道場效應管FET3，FET4,FET7，FET8,FET11，FET12至FET4n-l,FET4n和N溝道場效應管FET1，FET2,FET5,FET6,FET9,FETlO至,FET4n-2o因為方波El和E2相位差180度，P溝道場效應管FET3，FET4,FET7，FET8,FETlI，FET12至,FET4n導通時，N溝道場效應管FETl,FET2,FET5,FET6,FET9,FETlO至FET4n-3,則關斷，此時電容網路CC1，CC2，CC3，CC4，CC5，CC6至，CC2n-2分別并連接在電池BAT2至BATn的兩端充電到電池的電流，即CC1，CC2的電流等于電池BAT2的電流，CC3，CC4的電流等于電池BAT3的電流，CC5，CC6的電流等于電池BAT4的電流，CC2n-3，CC2n-2的電流等于電池BATn的電流；反之P溝道場效應管FET3，FET4,FET7，FET8,FETlI，FET12至,FET4n關斷時，N溝道場效應管FETl,FET2,FET5,FET6,FET9,FETlO至,則導通，此時電容網路CCl，CC2，CC3，CC4，CC5，CC6至CC2n-3，分別并連接在電池BATl至BATn-1的兩端，假如CC1，CC2的電流小于BATl的電流，則CC1，CC2向BATl充電，等效于BAT2向BATl充電，否則BATl向BAT2充電。對于BAT3和BAT4，BAT4和BAT5，BATn-1和ΒΑΤη，同理亦然，即:相鄰的兩電池，只要是電流較高的，通過電容的中介，其電量向電流較低的電池轉移，這么周而往復，使所有電流高的電池電流增加，電抬高的電池電流下降，達到電池均衡的目的。
[0011]因為電容的充放電速率快，效率高，本發明的串聯鎳鎘蓄電瓶組主動均衡電路可以達到很大的均衡電壓(數安培到數10安培)和很高的均衡效率(90%到98%)。采用左右對稱的電路構造，可以使均衡電壓翻番。
[0012]下邊結合附圖1和施行例對發明進一步說明。
[0013]圖1中，BATI,ΒΑΤ2,ΒΑΤ3,ΒΑΤ4為4節串聯的電池，-16為小功率場效應管，最大電壓10A，U1頻度定為lOKHz，CC1-CC12為。在以上電路參數時，可以達到的均衡基本參數如下所示。
[0014]電流:48V(12V電池4塊)
最大均衡電壓:4.5A
均衡時間:〈6h靜態電壓:〈18mAOUmgT?候JOT單:
Kε/εC1-PZhXlV寸Zo
【主權項】
1.一種串聯鎳鎘蓄電瓶組主動均衡電路，具體地，本發明使用一種雙PffM驅動集成電路形成相位差180度的方波來控制兩組場效應管開關，切換一組電解電容器并聯在串聯蓄電瓶組每位電瓶上，不斷地循環往復進行充放電，進而實現使電流高的電瓶往電抬高的電瓶轉移電能，最終達到電流一致的均衡目的。2.按照權力要求1所述的一種串聯鎳鎘蓄電瓶組主動均衡電路，其驅動集成電路為一種可形成雙PWM方波的集成電路，兩波形相位差為180度。3.按照權力要求1所述的一種串聯鎳鎘蓄電瓶組主動均衡電路，其驅動方波的頻度為1-40KHZ。4.按照權力要求1所述的一種串聯鎳鎘蓄電瓶組主動均衡電路，兩組場效應管分別為P型和N型互補效應管。5.按照權力要求1所述的一種串聯鎳鎘蓄電瓶組主動均衡電路，為了減小均衡電壓，采用左右對稱的電路構造，使均衡電壓翻番。
【專利摘要】可充電串聯鎳鎘蓄電瓶組成本低，性價比高，安全可靠鉛酸蓄電池串聯和并聯，被廣泛應用于電動單車、電動車輛、通訊、便攜式工具、航空航天、太陽能、風力發電及各類儲能裝置中。串聯鎳鎘蓄電瓶組受損主要誘因是因為電瓶組中各個電板特點不一致，不均衡造成的過充電和過放電問題。本發明涉及一種串聯鎳鎘蓄電瓶組主動均衡電路。具體地，使用一種雙PWM驅動專用集成電路形成相位差180度的方波來控制兩組互補場效應管，切換一組電解電容器并聯在串聯蓄電瓶組每位電瓶上，不斷地循環往復進行充放電，因而實現使電流高的電瓶往電抬高的電瓶轉移電能，最終達到電流一致的均衡目的。實踐證明保護電路簡單、不使用控制復雜的單片機數據采集拓撲，耗電少，成本低,均衡效率高，工作穩定可靠，性能優良,在實際使用中療效良好。
【IPC分類】H02J7/00
【公開號】
【申請號】CN2
【發明人】米國民,吳鐵軍
【申請人】丹東思誠科技有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年10月12日
