一種基于儲能電容的電池組能量管理系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種基于儲能電容的電池組能量管理系統，特別涉及一種利用儲能電容來實現串聯電池組能量轉移的均衡電路。該電路包括一組串聯的鋰離子電池，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電池組的每一個單體電池電壓相等。該電路結構簡單、成本低廉，可以快速實現電池組內的能量均衡，最大程度的利用電池組全部儲能為系統供能，延長其工作的壽命。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本技術公開了一種基于儲能電容的電池組能量管理系統，特別涉及一種利用儲能電容來實現串聯電池組能量轉移的均衡電路。該電路包括一組串聯的鋰離子電池，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電池組的每一個單體電池電壓相等。該電路結構簡單、成本低廉，可以快速實現電池組內的能量均衡，最大程度的利用電池組全部儲能為系統供能，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
本技術公開了一種基于儲能電容的電池組能量管理系統，特別涉及一種利用儲能電容來實現串聯電池組電能轉移的均衡電路。
技術介紹
自鋰離子電池開發成功以來，由于其具有比能量高、工作電壓高，無記憶性、自放電率低、循環壽命長、無污染等獨特優勢，現已廣泛應用于無線傳感器領域。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境的不同，電池組內單體電池的容量、內阻等性能不一致，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部所有能量，防止弱體電池過充或者過放情況的發生，致使電池組提前結束工作，因此對供能單元進行能量均衡顯得十分必要。
技術實現思路
針對上述現有技術存在的缺陷和不足，本技術的目的在于，提供一種基于儲能電容的電池組能量管理系統，本技術可以實現供能電池組內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束導致串聯電池組無法工作,避免浪費電池組內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。為了實現上述任務，本技術采用如下的技術解決方案:一種基于儲能電容的電池組能量管理系統，其特征在于，包括串聯電池組、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串聯而成；所述的分壓電路由等值電阻Rl與R2串聯而成，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。本技術的有益效果是:由于鋰離子電池組內單體電池的工況、環境、溫度、化學特性的不同，鋰離子電池組內部容易出現能量不一致的現象，表現為電池電壓波動，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束，串聯電池無法繼續工作，高電壓電池中還有大量剩余能量全部浪費。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輸出變為低電平，C0MP2的輸出變為高電平，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的能量轉移到電池B2內，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，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的將BI的能量轉移到電池B2中，直到兩節電池的能量與電壓非常接近，即電池組能量處于均衡狀態。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。該電路結構簡單、成本低廉，可以自動快速實現電池組內部的能量均衡，充分利用電池組內每個單體的能量，防止弱體電池過充或者過放，導致電池組提前結束充電或者供電，充分延長系統的工作時間。【專利附圖】【附圖說明】以下結合附圖和【具體實施方式】對本技術作進一步的解釋說明。圖1是電路原理圖； 圖2是均衡過程中電池端電壓采樣曲線。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。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】如圖1中，由等值電阻Rl、R2組成的分壓支路，將串聯電池組的電壓均分，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，不斷重復循環上述過程，當電池BI和B2的電壓非常接近時，均衡系統停止工作。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，經過一段時間均衡后，兩個電池的電壓值之差小于系統啟動閥值，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。【權利要求】1.一種基于儲能電容的電池組能量管理系統，其特征在于，包括串聯電池組、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串聯而成；所述的分壓電路由等值電阻Rl與R2串聯而成，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，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于儲能電容的電池組能量管理系統，其特征在于，包括串聯電池組、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B1與B2串聯而成；所述的分壓電路由等值電阻R1與R2串聯而成，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、COMP2組成，所述的比較器COMP1的同向輸入端(3)與COMP2的反向輸入端(6)同時連接在電阻R1與R2之間，比較器COMP1的反相輸入端(2)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Q1、Q2、Q3、Q4組成，所述Q1與Q3的門極G同時連接在比較器COMP1的輸出端(1)，所述Q2與Q4的門極G同時連接在比較器COMP2的輸出端(8)；所述的儲能電容C的正極接場效應管Q1的源極S，儲能電容C的負極接場效應管Q3的源極S。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：郎雪峰，
申請(專利權)人：郎雪峰，
類型：新型
國別省市：北京;11