一種基于儲能電容的電池組能量管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于儲能電容的電池組能量管理系統(tǒng)，特別涉及一種利用儲能電容來實現(xiàn)串聯(lián)電池組能量轉(zhuǎn)移的均衡電路。該電路包括一組串聯(lián)的鋰離子電池，每個電池對應一個比較器；由兩個等值電阻組成的分壓支路，該支路用于采樣電池組的平均電壓，并將平均電壓值作為基準電壓輸送到每個比較器的輸入端；每個比較器的輸出端連接到對應均衡支路的場效應晶體管。當電池組中存在高壓電池單體時，相應的比較器輸出高電壓，對應的均衡支路導通，儲能電容吸收高壓電池的能量，直到其電壓下降到平均值，此時另一均衡支路導通，儲能電容向低壓電池放電，均衡電路重復上述工作直到串聯(lián)電池組的每一個單體電池電壓相等。該電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，可以快速實現(xiàn)電池組內(nèi)的能量均衡，最大程度的利用電池組全部儲能為系統(tǒng)供能，延長其工作的壽命。
【專利說明】—種基于儲能電容的電池組能量管理系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型公開了一種基于儲能電容的電池組能量管理系統(tǒng)，特別涉及一種利用儲能電容來實現(xiàn)串聯(lián)電池組電能轉(zhuǎn)移的均衡電路。
【背景技術(shù)】
[0002]自鋰離子電池開發(fā)成功以來，由于其具有比能量高、工作電壓高，無記憶性、自放電率低、循環(huán)壽命長、無污染等獨特優(yōu)勢，現(xiàn)已廣泛應用于無線傳感器領(lǐng)域。普通鋰離子電池的工作端電壓一般在3.6~4.1V之間，由于節(jié)點負載對電源電壓和功率需求的差異，通常將多個鋰離子電池串聯(lián)成組作為供能單元。然而，鋰離子電池由于自身化學特性以及工況環(huán)境的不同，電池組內(nèi)單體電池的容量、內(nèi)阻等性能不一致，導致弱體電池決定電池組整體性能。為了充分利用電池組內(nèi)部所有能量，防止弱體電池過充或者過放情況的發(fā)生，致使電池組提前結(jié)束工作，因此對供能單元進行能量均衡顯得十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本實用新型的目的在于，提供一種基于儲能電容的電池組能量管理系統(tǒng)，本實用新型可以實現(xiàn)供能電池組內(nèi)所有單體電池電壓保持一致,防止弱體電池提前放電或者充電結(jié)束導致串聯(lián)電池組無法工作,避免浪費電池組內(nèi)其他正常電池的剩余能量，極大的延長了無線傳感器的工作時間。
[0004]為了實現(xiàn)上述任務，本實用新型采用如下的技術(shù)解決方案:
[0005]一種基于儲能電容的電池組能量管理系統(tǒng)，其特征在于，包括串聯(lián)電池組、分壓電路、比較器控制電路、均衡電路和儲能電容C，所述的電池組由電池BI與B2串聯(lián)而成；所述的分壓電路由等值電阻Rl與R2串聯(lián)而成，分壓電路接在電池組的正負兩端；所述的比較器控制電路由比較器COMP1、C0MP2組成，所述的比較器COMPl的同向輸入端(3)與C0MP2的反向輸入端(6)同時連接在電阻Rl與R2之間，比較器COMPl的反相輸入端⑵與COMP2的同相輸入端(7)同時連接在電池B2的正極；所述均衡電路由場效應管Ql、Q2、Q3、Q4組成，所述Ql與Q3的門極G同時連接在比較器COMPl的輸出端(1)，所述Q2與Q4的門極G同時連接在比較器C0MP2的輸出端⑶；所述的儲能電容C的正極接場效應管Ql的源極S，儲能電容C的負極接場效應管Q3的源極S ;所述的比較器COMPl的接地端(4)接地，比較器COMPl的供電端(5)通過電阻R3接到電池組的正極；所述場效應管Ql的漏極D接電池組的正極，所述場效應管Q2的漏極D接電容C的正極，效應管Q2的源極S接電池B2的正極，所述場效應管Q3的漏極D接電池B2的正極，所述場效應管Q4的漏極D接電池組的負極，場效應管Q4的源極S接電池B2的負極。
[0006]本實用新型的有益效果是:
[0007]由于鋰離子電池組內(nèi)單體電池的工況、環(huán)境、溫度、化學特性的不同，鋰離子電池組內(nèi)部容易出現(xiàn)能量不一致的現(xiàn)象，表現(xiàn)為電池電壓波動，即電池BI的電壓高于電池B2或者電池B2的電壓高于BI。此時，如果不進行能量均衡，電壓與能量的離散度將越來越大，最終導致低電壓電池提前放電結(jié)束，串聯(lián)電池無法繼續(xù)工作，高電壓電池中還有大量剩余能
量全部浪費。
[0008]當電池BI的能量高于B2的能量時，即電池B2的電壓低于電池組平均值，此時比較器COMPl的輸出為高電壓，連接在COMPl的輸出端的場效應管Ql和Q3導通，電池BI與電容C構(gòu)成回路，電池BI開始對電容C進行充電過程，電容C的電壓不斷上升而電池BI的電壓不斷下降直至BI的電壓低于電池組平均電壓。這時，COMPl輸出變?yōu)榈碗娖?，C0MP2的輸出變?yōu)楦唠娖?，連接在C0MP2的輸出端的場效應管Q2和Q4導通，電池B2與電容C構(gòu)成回路，電容C開始對電池B2進行充電，把儲存在電容C的能量轉(zhuǎn)移到電池B2內(nèi)，電池B2電壓與能量不斷上升而電容C的電壓不斷下降，高能量電池BI也處于開路狀態(tài)，電池BI的電壓不斷上升恢復至高于平均電壓，比較器控制電路不斷重復上述的過程持續(xù)的將BI的能量轉(zhuǎn)移到電池B2中，直到兩節(jié)電池的能量與電壓非常接近，即電池組能量處于均衡狀態(tài)。當電池B2的能量高于BI的能量時，即電池B2的電壓高于電池組平均值時，均衡過程上述的類似。
[0009]該電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，可以自動快速實現(xiàn)電池組內(nèi)部的能量均衡，充分利用電池組內(nèi)每個單體的能量，防止弱體電池過充或者過放，導致電池組提前結(jié)束充電或者供電，充分延長系統(tǒng)的工作時間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的解釋說明。
[0011]圖1是電路原理圖； [0012]圖2是均衡過程中電池端電壓采樣曲線。
[0013]圖1中，81、82為鋰離子電池，0)1^1、0)1^2為比較器，01、02、03、04為場效應管，C為儲能電容，R1、R2、R3為電阻。
[0014]圖2中，Bl_Voltage為高電壓電池BI的端電壓采樣曲線，B2_Voltage為低電壓電池B2的端電壓采樣曲線。
【具體實施方式】
[0015]如圖1中，由等值電阻Rl、R2組成的分壓支路，將串聯(lián)電池組的電壓均分，并將平均電壓作為基準電壓輸送到每個比較器的輸入端。比較器COMPl的正端接電池組平均電壓，負端接電池B2的正極，當電池組BI的電壓大于電池B2的電壓時，比較器COMPl輸出為高電壓，相應的場效應管Ql和Q3導通，高壓電池BI為電容C充電，此時BI的端電壓開始下降，直到BI的端電壓小于B2的端電壓。由于比較器C0MP2的正端接電池B2的正極，負端接電池組平均電壓，當BI的端電壓小于B2的端電壓時，即電池組的平均電壓小于B2的電壓，比較器C0MP2輸出高電壓，相應的場效應管Q2和Q4導通，儲存在電容C的能量轉(zhuǎn)移到電池B2中，這時電池BI開路，電壓不斷恢復直至高于電池B2，比較器C0MP2輸出低電壓，而COMPl又開始輸出高電壓，不斷重復循環(huán)上述過程，當電池BI和B2的電壓非常接近時，均衡系統(tǒng)停止工作。
[0016]圖2中，Bl_Voltage為高電壓電池BI的端電壓采樣曲線，B2_Voltage為低電壓電池B2的端電壓采樣曲線，在系統(tǒng)啟動均衡之后，高電壓電池電壓不斷下降，而低電壓電池不斷上升，經(jīng)過一段時間均衡后，兩個電池的電壓值之差小于系統(tǒng)啟動閥值，完成了鋰離子電池組的均衡過程，場效應管選用英飛凌公司的IPG20N04型號。
【權(quán)利要求】
1.一種基于儲能電容的電池組能量管理系統(tǒng)，其特征在于，包括串聯(lián)電池組、分壓電路、比較器控制電路、均衡電路和儲能電容C，所述的電池組由電池BI與B2串聯(lián)而成；所述的分壓電路由等值電阻Rl與R2串聯(lián)而成，分壓電路接在電池組的正負兩端；所述的比較器控制電路由比較器COMP1、C0MP2組成，所述的比較器COMPl的同向輸入端(3)與C0MP2的反向輸入端(6)同時連接在電阻Rl與R2之間，比較器COMPl的反相輸入端⑵與C0MP2的同相輸入端(7)同時連接在電池B2的正極；所述均衡電路由場效應管Ql、Q2、Q3、Q4組成，所述Ql與Q3的門極G同時連接在比較器COMPl的輸出端(I)，所述Q2與Q4的門極G同時連接在比較器C0MP2的輸出端⑶；所述的儲能電容C的正極接場效應管Ql的源極S，儲能電容C的負極接場效應管Q3的源極S。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的一種基于儲能電容的電池組能量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的比較器COMPl的接地端(4)接地，比較器COMPl的供電端(5)通過電阻R3接到電池組的正極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的一種基于儲能電容的電池組能量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述場效應管Ql的漏極D接電池組的正極，所述場效應管Q2的漏極D接電容C的正極，效應管Q2的源極S接電池B2的正極，所述場效應管Q3的漏極D接電池B2的正極，所述場效應管Q4的漏極D接電池組的負極，場效應管Q4的源極S接電池B2的負極。
【文檔編號】H01M10/42GK203690972SQ201320819931
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月14日
【發(fā)明者】郎雪峰 申請人:郎雪峰