專(zhuān)利名稱(chēng)：電壓均衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電壓均衡裝置。
背景技術(shù)：
根據(jù)《廣東電網(wǎng)公司變電站直流電源系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，運(yùn)行中的蓄電池電壓標(biāo)準(zhǔn)為2. 25V，允許偏差為±0. 05V,即允許偏差度為O. 05/2. 25=2. 2%。蓄電池偏差度不達(dá)標(biāo)，有的電池電壓過(guò)高，有的電池電壓過(guò)低，即視為電壓不均衡。一般情況下，運(yùn)行2年以上的蓄電池組都存在電壓不均衡的現(xiàn)象。蓄電池電壓不均衡，則電壓過(guò)高的電池長(zhǎng)期處于過(guò)度充電狀態(tài)，電壓過(guò)低者則長(zhǎng)期欠充。長(zhǎng)期過(guò)充導(dǎo)致蓄電池失水、鼓脹；欠充則導(dǎo)致硫化、結(jié)晶。最終整組蓄電池壽命縮短、退出運(yùn)行。除去對(duì)蓄電池本身的危害，電池電壓不均衡還可能導(dǎo)致蓄電池鼓脹引發(fā)火災(zāi)、全站直流失壓甚至主變燒毀的惡劣情況。因此，采取措施降低所轄范圍的蓄電池偏差度，使得蓄電池電壓回復(fù)均衡，以保障變電站后備直流電源的可靠性，十分必要。 傳統(tǒng)中，可以更好整組蓄電池，特別是運(yùn)行7年以上的蓄電池。但是人力需求大、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用較高?？梢曰罨Ｐ铍姵貑误w，即針對(duì)蓄電池進(jìn)行的大電流的充放電。但是人力需求大、活化對(duì)于過(guò)充的蓄電池效果不明顯。還可增加蓄電池均充次數(shù)，“均充”指為了補(bǔ)償蓄電池使用過(guò)程中產(chǎn)生的電壓不均衡現(xiàn)象，使其恢復(fù)而進(jìn)行的充電。但均衡效果不能持久，僅能保持6到7天的效果。

實(shí)用新型內(nèi)容基于此，有必要針對(duì)電壓不均衡時(shí)更換成本高、人力需求大、效果不好問(wèn)題，提供一種電壓均衡裝置。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種電壓均衡裝置，包括與電池組和電池組內(nèi)電池單體連接的均衡模塊，所述均衡模塊包括采集電池單體電壓和電池組平均電壓的電壓采集電路、比較電壓采集電路采集的電池單體電壓和電池組電壓的比較電路、控制充放電的控制電路，所述電壓采集電路與比較電路連接，所述比較電路與控制電路連接。根據(jù)上述本實(shí)用新型方案，通過(guò)均衡模塊對(duì)電池單體進(jìn)行充電和放電，達(dá)到平衡，獨(dú)立安裝于電池組上，不影響電池原來(lái)的接線與充放電使用；連接簡(jiǎn)單，拆卸容易；電能流動(dòng)在任意的蓄電池單體之間進(jìn)行，相對(duì)快速的實(shí)現(xiàn)全組均衡。進(jìn)一步地，所述每個(gè)均衡模塊連接一個(gè)電池單體。根據(jù)上述本實(shí)用新型方案，每個(gè)電池單體正負(fù)兩端連接一個(gè)均衡模塊，組成分散式均衡回路，電能流動(dòng)在任意的蓄電池單體之間進(jìn)行，對(duì)每個(gè)電池單體進(jìn)行充電和放電，相對(duì)快速的實(shí)現(xiàn)全組均衡，且連接簡(jiǎn)單，拆卸容易。進(jìn)一步地，所述電壓采集電路包括直流變換器。根據(jù)上述本實(shí)用新型方案，通過(guò)電壓采集單元采集電池單體和電池組的電壓，使電能流動(dòng)在任意的蓄電池單體之間進(jìn)行，相對(duì)快速的實(shí)現(xiàn)全組均衡，且連接簡(jiǎn)單，拆卸容易。進(jìn)一步地，所述比較電路包括第一比較器、第二比較器、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容Cl、電容C2，所述第一比較器的第一輸入端連接電阻R2、電阻Rl和電容Cl，電阻Rl另一端和電容Cl另一端并聯(lián)連接電壓采集電路，所述第一比較器第二輸入端連接所述第二比較器第一輸入端，所述第二比較器第二輸入端連接電阻R2另一端、電阻R3和電容C2，電阻R3另一端和電容C2另一端連接電壓采集電路。根據(jù)上述本實(shí)用新型方案，通過(guò)比較單元比較單體電壓和電池組平均電壓大小，使電能流動(dòng)在任意的蓄電池單體之間進(jìn)行，相對(duì)快速的實(shí)現(xiàn)全組均衡，且連接簡(jiǎn)單，拆卸容易。進(jìn)一步地，所述控制單元包括與非門(mén)、與門(mén)、電阻R4、電阻R5、第一穩(wěn)壓二極管、第二穩(wěn)壓二極管、第一場(chǎng)效應(yīng)管、第二場(chǎng)效應(yīng)管、電感，所述與非門(mén)第一輸入端與所述第一比較器輸出端連接，所述與非門(mén)第二輸入端與脈沖寬度調(diào)制連接，所述與非門(mén)輸出端與電阻 R4連接，電阻R4與第一穩(wěn)壓二極管和第一場(chǎng)效應(yīng)管連接,第一穩(wěn)壓二極管另一端和第一場(chǎng)效應(yīng)管第二端與比較電路連接，所述與門(mén)第一輸入端與所述第二比較器輸出端連接，所述與門(mén)第二輸入端與脈沖寬度調(diào)制連接，所述與門(mén)輸出端與第二場(chǎng)效應(yīng)管連接，第二場(chǎng)效應(yīng)管第二端與第一場(chǎng)效應(yīng)管第三端連接，第二場(chǎng)效應(yīng)管第三端與比較電路連接，電阻R5 —端連接電源，另一端連接第二穩(wěn)壓二極管，第二穩(wěn)壓二極管另一端連接比較電路，電感一端連接電壓采集電路，另一端連接第一場(chǎng)效應(yīng)管第三端。根據(jù)上述本實(shí)用新型方案，通過(guò)控制模塊控制是否對(duì)單體電壓進(jìn)行充電或放電，使電能流動(dòng)在任意的蓄電池單體之間進(jìn)行，相對(duì)快速的實(shí)現(xiàn)全組均衡，且連接簡(jiǎn)單，拆卸容易。

圖I為本實(shí)用新型的電壓均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為均衡模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為分散式均衡回路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體的較佳實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型電壓均衡裝置進(jìn)行詳細(xì)闡述。一種電壓均衡裝置，如圖1，為本實(shí)用新型的電壓均衡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括與電池組和電池組內(nèi)電池單體連接的均衡模塊100，均衡模塊包括采集電池單體電壓和電池組平均電壓的電壓采集電路101、比較電壓采集電路采集的電池單體電壓和電池組電壓的比較電路102、控制充放電的控制電路103，電壓采集電路與比較電路連接，比較電路與控制電路連接。均衡模塊可以是適用于DC135V的DC/DC變換器。本實(shí)用新型電壓均衡裝置適用于各種電源系統(tǒng)，下面以常見(jiàn)的DCllOV變電站直流電源系統(tǒng)為例說(shuō)明。DCllOV直流系統(tǒng)中，由54只蓄電池串聯(lián)成為蓄電池組，經(jīng)由充電機(jī)控制，蓄電池組的端電壓由充電機(jī)控制在DC 121. 5V，蓄電池單體的平均電壓Ua則為DC2. 25V。而蓄電池單體電壓Ui的正常范圍為DC2. 2-2. 3V。[0022]均衡模塊將蓄電池的平均電壓與所在蓄電池的單體電壓進(jìn)行模擬量比較，若單體電壓大于平均電壓，即此單體為全組中電壓過(guò)高的單體。經(jīng)過(guò)比較、控制單元，電能由蓄電池單體向平均電壓方向流動(dòng)。即單體向平均電壓方向充電，也即向蓄電池組的端電壓方向充電，從物理裝置上來(lái)說(shuō)，即單體向均衡線充電。當(dāng)蓄電池單體電壓下降至正常范圍時(shí)，充電過(guò)程停止；反之，均衡線向電壓過(guò)低的單體充電。具體如下如圖2所示，為均衡模塊結(jié)構(gòu)示意圖。電壓采集電路，包括直流變換器，該直流變換器可為適用于DC135V的直流變換器，或適用于其他電壓的直流變換器。 蓄電池單體電壓Ui直接輸入，蓄電池平均電壓Ua由變換器取電池組平均值，若為DCllOV直流 系統(tǒng)，則變比為k: 1=54:1，即Ua=蓄電池端電壓Ud/54。如圖2所示，是均衡模塊結(jié)構(gòu)示意圖。其中比較電路，包括第一比較器、第二比較器、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容Cl、電容C2，第一比較器的第一輸入端連接電阻R2、電阻Rl和電容Cl，電阻Rl另一端和電容Cl另一端并聯(lián)連接電壓采集電路，第一比較器第二輸入端連接第二比較器第一輸入端，第二比較器第二輸入端連接電阻R2另一端、電阻R3和電容C2，電阻R3另一端和電容C2另一端連接電壓采集電路。當(dāng)蓄電池單體電壓Ui在2. 2-2. 3V范圍內(nèi)，即接近于平均電壓Ua時(shí)，第一比較器輸出高電平，第二比較器輸出低電平；當(dāng)Ui大于2. 3V時(shí)，第一比較器輸出高電平，第二比較器輸出高電平；當(dāng)Ui小于2. 2V時(shí)，第一比較器輸出低電平，第二比較器輸出低電平。如圖2所示，是均衡模塊結(jié)構(gòu)示意圖。其中，控制電路包括與非門(mén)、與門(mén)、電阻R4、電阻R5、第一穩(wěn)壓二極管、第二穩(wěn)壓二極管、第一場(chǎng)效應(yīng)管、第二場(chǎng)效應(yīng)管、電感,與非門(mén)第一輸入端與第一比較器輸出端連接，與非門(mén)第二輸入端與脈沖寬度調(diào)制(PWM，Pulse WidthModulation)連接，PWM是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變。PWM具有啟動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管的功能，根據(jù)比較器的高電平或低電平輸入相應(yīng)的高電平或低電平。與非門(mén)輸出端與電阻R4連接，電阻R4與第一穩(wěn)壓二極管和第一場(chǎng)效應(yīng)管連接，第一穩(wěn)壓二極管另一端和第一場(chǎng)效應(yīng)管第二端與比較電路連接，與門(mén)第一輸入端與第二比較器輸出端連接，與門(mén)第二輸入端與脈沖寬度調(diào)制連接，與門(mén)輸出端與第二場(chǎng)效應(yīng)管連接，第二場(chǎng)效應(yīng)管第二端與第一場(chǎng)效應(yīng)管第三端連接，第二場(chǎng)效應(yīng)管第三端與比較電路連接，電阻R5 —端連接電源，另一端連接第二穩(wěn)壓二極管，第二穩(wěn)壓二極管另一端連接比較電路，電感一端連接電壓采集電路，另一端連接第一場(chǎng)效應(yīng)管第三端。當(dāng)蓄電池單體電壓Ui在2. 2-2. 3V范圍內(nèi)，即接近于平均電壓Ua,第一比較器輸出高電平，第二比較器輸出低電平，場(chǎng)效應(yīng)管Ql、Q2均不導(dǎo)通；當(dāng)Ui大于2. 3V，即單體電壓高于平均電壓，第一比較器輸出高電平，第二比較器輸出高電平，場(chǎng)效應(yīng)管Ql不導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管Q2導(dǎo)通，Ui向電感L充電，當(dāng)Ui下降至低于
2.3V時(shí)，Q2斷開(kāi)，Ui的充電過(guò)程停止，電壓剛好達(dá)到正常范圍。隨后由于電感L的續(xù)流作用，L將會(huì)通過(guò)第一穩(wěn)壓二極管把電能流動(dòng)至Ua0從物理裝置來(lái)說(shuō)，此過(guò)程是電壓過(guò)高蓄電池單體向均衡線充電。當(dāng)Ui小于2. 2V，第一比較器輸出低電平，第二比較器輸出低電平。場(chǎng)效應(yīng)管Q2不導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)Ql導(dǎo)通，Ua向電感L充電，Ql斷開(kāi)后，由于電感L的續(xù)流作用，L將會(huì)向Ui充電。充電后，若Ui仍未達(dá)到2. 2V,則繼續(xù)第一比較器輸出低電平,第二比較器輸出低電平。場(chǎng)效應(yīng)管Q2不導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)Ql導(dǎo)通。直到Ui上升至高于2. 2V, Ua的充電過(guò)程停止，Ui達(dá)到正常范圍。從物理裝置來(lái)說(shuō)，此過(guò)程是均衡線向電壓過(guò)低蓄電池單體充電。如圖3所示，為分散式均衡回路結(jié)構(gòu)示意圖。每個(gè)電池單體正負(fù)兩端連接一個(gè)均衡模塊，則組成分散式均衡回路結(jié)構(gòu)示意圖。在DCllOV直流電源系統(tǒng)中，分散式均衡回路由54個(gè)均衡模塊連接而成。均衡模塊二次側(cè)分別加裝于蓄電池單體的正負(fù)兩端，一次側(cè)加裝于蓄電池組端電壓。每一個(gè)均衡模塊與均衡線之間的電能流動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)任意一個(gè)電壓過(guò)高蓄電池單體與過(guò)低單體之間的均衡，每一個(gè)蓄電池單體電壓將穩(wěn)定在正常范圍DC
2.2-2. 3V。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬 于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種電壓均衡裝置，其特征在于，包括與電池組和電池組內(nèi)電池單體連接的均衡模塊，所述均衡模塊包括采集電池單體電壓和電池組平均電壓的電壓采集電路、比較電壓采集電路采集的電池單體電壓和電池組電壓的比較電路、控制充放電的控制電路，所述電壓采集電路與比較電路連接，所述比較電路與控制電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電壓均衡裝置，其特征在于，所述每個(gè)均衡模塊連接一個(gè)電池單體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電壓均衡裝置，其特征在于，所述電壓采集電路包括直流變換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電壓均衡裝置，其特征在于，所述比較電路包括第一比較器、第二比較器、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容Cl、電容C2，所述第一比較器的第一輸入端連接電阻R2、電阻Rl和電容Cl，電阻Rl另一端和電容Cl另一端并聯(lián)連接電壓采集電路，所述第一比較器第二輸入端連接所述第二比較器第一輸入端，所述第二比較器第二輸入端連接電阻R2另一端、電阻R3和電容C2，電阻R3另一端和電容C2另一端連接電壓采集電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電壓均衡裝置，其特征在于，所述控制電路包括與非門(mén)、與門(mén)、電阻R4、電阻R5、第一穩(wěn)壓二極管、第二穩(wěn)壓二極管、第一場(chǎng)效應(yīng)管、第二場(chǎng)效應(yīng)管、電感，所述與非門(mén)第一輸入端與所述第一比較器輸出端連接，所述與非門(mén)第二輸入端與脈沖寬度調(diào)制連接，所述與非門(mén)輸出端與電阻R4連接，電阻R4與第一穩(wěn)壓二極管和第一場(chǎng)效應(yīng)管連接，第一穩(wěn)壓二極管另一端和第一場(chǎng)效應(yīng)管第二端與比較電路連接，所述與門(mén)第一輸入端與所述第二比較器輸出端連接，所述與門(mén)第二輸入端與脈沖寬度調(diào)制連接，所述與門(mén)輸出端與第二場(chǎng)效應(yīng)管連接，第二場(chǎng)效應(yīng)管第二端與第一場(chǎng)效應(yīng)管第三端連接，第二場(chǎng)效應(yīng)管第三端與比較電路連接，電阻R5 —端連接電源，另一端連接第二穩(wěn)壓二極管，第二穩(wěn)壓二極管另一端連接比較電路，電感一端連接電壓采集電路，另一端連接第一場(chǎng)效應(yīng)管第
專(zhuān)利摘要一種電壓均衡裝置，包括與電池組和電池組內(nèi)電池單體連接的均衡模塊，所述均衡模塊包括采集電池單體電壓和電池組平均電壓的電壓采集電路、比較電壓采集電路采集的電池單體電壓和電池組電壓的比較電路、控制充放電的控制電路，所述電壓采集電路與比較電路連接，所述比較電路與控制電路連接。本實(shí)用新型方案，通過(guò)均衡模塊對(duì)每個(gè)電池單體進(jìn)行充電和放電，而均衡模塊之間又相互連接，最終蓄電池電壓達(dá)到要求范圍內(nèi)。均衡模塊獨(dú)立安裝于電池組上，不影響電池原來(lái)的接線與充放電使用；連接簡(jiǎn)單，拆卸容易；電能流動(dòng)在任意的蓄電池單體之間進(jìn)行，相對(duì)快速的實(shí)現(xiàn)全組均衡。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202696189SQ20122023171
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者張勝寶, 楊忠亮, 周永光, 李嫦艷, 佘楚云 申請(qǐng)人:深圳供電局有限公司