【技术领域】
[0001]本发明涉及一种串联镍镉蓄电瓶组主动均衡电路。具体地，本发明使用一种双PWM驱动专用集成电路形成相位差180度的方波来控制两组互补场效应管开关，切换一组电解电容器并联在串联蓄电瓶组的每位电板上，不断地循环往复进行充放电，进而实现使电流高的电瓶向电抬高的电瓶转移电能，最终达到电流一致的均衡目的。本发明属于镍镉电瓶电源技术及电动车应用相关领域。
【背景技术】
[0002]可充电串联镍镉蓄电瓶组成本低，性价比高，安全可靠，被广泛应用于电动单车、电动车辆、通讯、便携式工具、航空航天、太阳能、风力发电及各类储能装置中。单体可充电蓄电瓶电流通常为12伏，而动力电瓶的电流通常须要几十伏甚至更高，因而须要把许多单体电瓶串联在一起使用。大量电瓶的串联使用，在充放电过程中因为各单体电瓶容量，电阻，气温的误差，很容易导致各个电板电流的不均衡一致，轻者造成电瓶组容量的增长和快速衰减，重者造成电瓶组火灾爆燃。通常，串联镍镉蓄电瓶组使用寿命多则2年少则还不到半年就出问题了，电池的使用寿命短，成本高成为最大的问题。
[0003]据美国MGP社研究，串联镍镉蓄电瓶组受损90%以上缘由是所谓“失水”和“硫化”，而这实质上是因为电瓶组中各个电板特点不一致，不均衡造成的过充电和过放电问题。理论上任何一块国标电池可以充放电300次以上维持80%容量，实际上串联电瓶组的寿命有时连单体电池一半寿命都不到，一块电板坏了整组电瓶就不能用，这是由于通常串联镍镉蓄电瓶组充放电控制器只检查电瓶组的整体电流来避免过充过放。但是在串联电池中，尽管通过单体电池的电压相同，并且因为其容量，电阻和残余电量不可能完全相同，电池的充放电深度也会不同，容量大的总会欠充欠放，而容量小的总会过充过放，这就导致容量大的衰减平缓、寿命长，容量小的衰减推进、寿命减短，随着充放电次数降低，恶性循环，差别会越来越大，最终小容量电池会很快失效因而造成电瓶组提早失效。
[0004]为了防止上述电瓶电流不均衡造成的过充电和过放电现象的发生，人们采取了如选购单体电瓶容量，电阻差别小的电瓶组成电瓶组等各类各样的方式和举措。并且尽管这么，因为电瓶组的反复充放电，单体电瓶容量，电阻差别会逐步累积降低而显得不均衡，绝对一致的电瓶是不存在的铅酸蓄电池串联和并联，所以怎样保持串联镍镉蓄电瓶组在使用过程中的均衡一致变得愈发重要。
[0005]本发明的一种串联镍镉蓄电瓶组主动均衡电路使用一种双PffM驱动专用集成电路形成相位差180度的方波来控制两组互补场效应管，切换一组电解电容器并联在串联蓄电瓶组每位电板上，不断地循环往复进行充放电，进而实现使电流高的电板往电抬高的电瓶转移电能，最终达到电流一致的均衡目的。实践证明保护电路简单、不使用控制复杂的单片机数据采集拓扑，耗电少，成本低，均衡效率高，工作稳定可靠，性能优良，在实际使用中疗效良好。
【发明内容】
[0006]为了防止使用单片机数据采集拓扑检测串联电瓶组各单体电瓶电流从而控制均衡电路的复杂方案，本发明的串联镍镉蓄电瓶组主动均衡电路使用一种双PWM驱动专用集成电路形成相位差180度的方波来控制两组互补场效应管，切换一组电解电容器，不断地循环往复并联在串联蓄电瓶组每位电板上进行充放电，进而实现使电流高的电板往电抬高的电瓶转移电能，最终达到电流一致的均衡目的。
[0007]本发明所采用的技术方案如图1所示，适宜N个串联镍镉蓄电瓶电源，每位电池标称电流12V但不限于12V。
[0008]电路由电池BATl至ΒΑΤη，场效应管FETl至FET4n，双PffM驱动集成电路Ul，以及电容CCl至C2n-2网路构成。
[0009]图1为本发明原理图均衡电路工作过程如下。
[0010]双PffM驱动集成电路Ul形成两列频度IKHz到50KHz相位差180度的方波El和E2,通过晶闸管Dl到D4n分别驱动P沟道场效应管FET3，FET4,FET7，FET8,FET11，FET12至FET4n-l,FET4n和N沟道场效应管FET1，FET2,FET5,FET6,FET9,FETlO至,FET4n-2o因为方波El和E2相位差180度，P沟道场效应管FET3，FET4,FET7，FET8,FETlI，FET12至,FET4n导通时，N沟道场效应管FETl,FET2,FET5,FET6,FET9,FETlO至FET4n-3,则关断，此时电容网路CC1，CC2，CC3，CC4，CC5，CC6至，CC2n-2分别并连接在电池BAT2至BATn的两端充电到电池的电流，即CC1，CC2的电流等于电池BAT2的电流，CC3，CC4的电流等于电池BAT3的电流，CC5，CC6的电流等于电池BAT4的电流，CC2n-3，CC2n-2的电流等于电池BATn的电流；反之P沟道场效应管FET3，FET4,FET7，FET8,FETlI，FET12至,FET4n关断时，N沟道场效应管FETl,FET2,FET5,FET6,FET9,FETlO至,则导通，此时电容网路CCl，CC2，CC3，CC4，CC5，CC6至CC2n-3，分别并连接在电池BATl至BATn-1的两端，假如CC1，CC2的电流小于BATl的电流，则CC1，CC2向BATl充电，等效于BAT2向BATl充电，否则BATl向BAT2充电。对于BAT3和BAT4，BAT4和BAT5，BATn-1和ΒΑΤη，同理亦然，即:相邻的两电池，只要是电流较高的，通过电容的中介，其电量向电流较低的电池转移，这么周而往复，使所有电流高的电池电流增加，电抬高的电池电流下降，达到电池均衡的目的。
[0011]因为电容的充放电速率快，效率高，本发明的串联镍镉蓄电瓶组主动均衡电路可以达到很大的均衡电压(数安培到数10安培)和很高的均衡效率(90%到98%)。采用左右对称的电路构造，可以使均衡电压翻番。
[0012]下边结合附图1和施行例对发明进一步说明。
[0013]图1中，BATI,ΒΑΤ2,ΒΑΤ3,ΒΑΤ4为4节串联的电池，-16为小功率场效应管，最大电压10A，U1频度定为lOKHz，CC1-CC12为。在以上电路参数时，可以达到的均衡基本参数如下所示。
[0014]电流:48V(12V电池4块)
最大均衡电压:4.5A
均衡时间:〈6h静态电压:〈18mAOUmgT?候JOT单:
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【主权项】
1.一种串联镍镉蓄电瓶组主动均衡电路，具体地，本发明使用一种双PffM驱动集成电路形成相位差180度的方波来控制两组场效应管开关，切换一组电解电容器并联在串联蓄电瓶组每位电瓶上，不断地循环往复进行充放电，进而实现使电流高的电瓶往电抬高的电瓶转移电能，最终达到电流一致的均衡目的。2.按照权力要求1所述的一种串联镍镉蓄电瓶组主动均衡电路，其驱动集成电路为一种可形成双PWM方波的集成电路，两波形相位差为180度。3.按照权力要求1所述的一种串联镍镉蓄电瓶组主动均衡电路，其驱动方波的频度为1-40KHZ。4.按照权力要求1所述的一种串联镍镉蓄电瓶组主动均衡电路，两组场效应管分别为P型和N型互补效应管。5.按照权力要求1所述的一种串联镍镉蓄电瓶组主动均衡电路，为了减小均衡电压，采用左右对称的电路构造，使均衡电压翻番。
【专利摘要】可充电串联镍镉蓄电瓶组成本低，性价比高，安全可靠铅酸蓄电池串联和并联，被广泛应用于电动单车、电动车辆、通讯、便携式工具、航空航天、太阳能、风力发电及各类储能装置中。串联镍镉蓄电瓶组受损主要诱因是因为电瓶组中各个电板特点不一致，不均衡造成的过充电和过放电问题。本发明涉及一种串联镍镉蓄电瓶组主动均衡电路。具体地，使用一种双PWM驱动专用集成电路形成相位差180度的方波来控制两组互补场效应管，切换一组电解电容器并联在串联蓄电瓶组每位电瓶上，不断地循环往复进行充放电，因而实现使电流高的电瓶往电抬高的电瓶转移电能，最终达到电流一致的均衡目的。实践证明保护电路简单、不使用控制复杂的单片机数据采集拓扑，耗电少，成本低,均衡效率高，工作稳定可靠，性能优良,在实际使用中疗效良好。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】
【申请号】CN2
【发明人】米国民,吴铁军
【申请人】丹东思诚科技有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年10月12日
