一种基于动态电容的电池电压均衡电路的制作方法

本发明涉及电池电压均衡，具体的说是一种基于动态电容的电池电压均衡电路。

背景技术：

1、由于锂离子电池具有低自放电率、高能量密度、高电池电压和无记忆效应等优点，它已成为最广泛使用的可充电电池之一。然而，为了满足对高电压和大容量的需求，需要将大量锂离子电池单元串联和并联组成电池组。但是，由于制造公差和环境因素，电池单元的容量和内部电阻可能会存在差异。更糟糕的是，这种不一致性会随着充电和放电的重复使用而逐渐增加。一旦有任何一个电池达到充电或放电截止电压，整个电池组都将停止工作，导致其他电池未能充分利用。因此，需要采用电池电压均衡器来最大化利用锂离子电池单元的容量。

2、开关电容器方法是电池电压均衡器中最常见和最古老的技术之一。虽然这些技术已经现代化，但仍然效率不高且耗时较长，尤其是对于大容量电池而言。被动均衡器技术基于在所有电池端子之间连接纯电阻，尽管这种方法实际上很简单，但它会浪费大量能源。另一方面，使用电感器、电容器或耦合变压器的主动均衡器技术在减少能源浪费方面比被动技术表现更好，但需要复杂的控制电路。

技术实现思路

1、本发明针对目前技术发展的需求和不足之处，提供一种基于动态电容的电池电压均衡电路，来解决现有的电池电压均衡方式效率低、能量损耗大的问题。

2、本发明的一种基于动态电容的电池电压均衡电路，解决上述技术问题采用的技术方案如下：

3、一种基于动态电容的电池电压均衡电路，其包括pwm发生器和动态电容器；

4、pwm发生器包括：

5、第一信号输入端，用于输入第一pwm信号；

6、第二信号输入端，用于输入与所述第一pwm信号互补的第二pwm信号；

7、动态电容器包括：

8、作为储能元件的电感器l和电容器c；

9、串联连接的电池1和电池2，电池1和电池2串联后两端分别接vcc端和接地；

10、以相反的方式断开和闭合电路的开关s1和开关s2，开关s1一端连接第一信号输入端，开关s1另一端连接电池2，开关s2一端连接第二信号输入端，开关s2另一端通过电容器c连接电池2，且开关s1和开关s2还通过电感器l连接电池1；

11、在一个pwm周期内，通过改变第一pwm信号或第二pwm信号的占空比，改变电感器l和电容器c中的能量存储，从而影响电池电压均衡的效果。

12、可选的，一个pwm周期包括如下两种工作模式：

13、模式一：开关s1闭合、开关s2断开；

14、模式二：开关s1断开、开关s2闭合；

15、依次执行模式一和模式二构成前半个pwm周期，继续依次执行模式一和模式二构成后半个pwm周期，从而完成整个pwm周期。

16、进一步可选的，电路初始，执行前半个pwm周期的模式一，pwm发生器控制开关s1闭合、开关s2断开；

17、在前半个pwm周期的模式一下，电路中的元件处于初始值为零的状态，则电路中的电流il由以下表达式给出：

18、

19、

20、其中，il为电感器l的电流，vb为电池电压，rl为电感器l的内阻，l表示电感器l的电感值，t表示电路的工作时间，d为pwm占空比，在一个pwm周期中，ton表示第一pwm信号处于高电平状态的持续时间，toff表示第一pwm信号处于低电平状态的持续时间。

21、进一步可选的，执行前半个pwm周期的模式二，开关s1断开、开关s2闭合；

22、在前半个pwm周期的模式二下，模式一中电感器l在时间t内存储的能量将成为模式二中循环电流ilc的初始电流条件，则电路中的电流ilc以下表达式给出：

23、

24、

25、

26、

27、其中，ilc(s)表示该模式下从频域上分析电流的表达式，ilc(t)表示该模式下从时域上分析电流的表达式，s表示复频率，sl表示复频率与电感值的乘积，l表示电感器l的电感值，rlc是电感器l和电容器c的内阻和，il(0)是前半个pwm周期切换模式二之前电感器l的电流，i′l(0)是电流il(0)的一阶导数，t表示电路的工作时间，d为pwm占空比，在一个pwm周期中，ton表示第一pwm信号处于高电平状态的持续时间，toff表示第一pwm信号处于低电平状态的持续时间。

28、进一步可选的，继续执行后半个pwm周期的模式一，pwm发生器控制开关s1闭合、开关s2断开；

29、基于执行前半个pwm周期的模式二时电感器l因循环电流ilc存储的能量，假设后半个pwm周期的模式一中的初始电流表示为ilc(0)，则该模式下电路中的电流由以下表达式给出：

30、

31、

32、其中，vb为电池电压，t表示电路的工作时间，rl为电感器l的内阻，l表示电感器l的电感值，d为pwm占空比，在一个pwm周期中，ton表示第一pwm信号处于高电平状态的持续时间，toff表示第一pwm信号处于低电平状态的持续时间。

33、进一步可选的，继续执行后半个pwm周期的模式二，开关s1断开、开关s2闭合；

34、在后半个pwm周期的模式二下，电路的能量存储受后半个pwm周期的模式一中il(t)的影响，则该模式下电路中的电流由以下表达式给出：

35、

36、

37、其中，vb为电池电压，t表示电路的工作时间，rl为电感器l的内阻，l表示电感器l的电感值，ilc(0)表示后半个pwm周期的模式一中的初始电流，d为pwm占空比，在一个pwm周期中，ton表示第一pwm信号处于高电平状态的持续时间，toff表示第一pwm信号处于低电平状态的持续时间。

38、进一步可选的，一个完整的pwm周期执行完毕后，pwm发生器继续有序控制开关s1和开关s2的启闭状态，使电路依次处于模式一、模式二、模式一和模式二的状态下构成一个完整的pwm周期并循环，从而使电路中的环流持续。

39、优选的，pwm发生器的频率设置为1khz。

40、优选的，电池1和电池2选用额定电压为12v和容量为200ah的铅酸电池，电池1和电池2之间串联有滤波器cf1和滤波器cf2，滤波器cf1和滤波器cf2的值设置为10μf。

41、本发明的一种基于动态电容的电池电压均衡电路，与现有技术相比具有的有益效果是：

42、本发明通过动态电容技术，可以实现更快的均衡，通过增加占空比，可以通过最小化串联电池之间的电压差来增强电压平衡，解决了现有的电池电压均衡方式效率低，能量损耗大的问题。

技术特征：

1.一种基于动态电容的电池电压均衡电路，其特征在于，其包括pwm发生器和动态电容器；

2.根据权利要求1所述的一种基于动态电容的电池电压均衡电路，其特征在于，一个pwm周期包括如下两种工作模式：

3.根据权利要求2所述的一种基于动态电容的电池电压均衡电路，其特征在于，电路初始，执行前半个pwm周期的模式一，pwm发生器控制开关s1闭合、开关s2断开；

4.根据权利要求3所述的一种基于动态电容的电池电压均衡电路，其特征在于，执行前半个pwm周期的模式二，开关s1断开、开关s2闭合；

5.根据权利要求4所述的一种基于动态电容的电池电压均衡电路，其特征在于，继续执行后半个pwm周期的模式一，pwm发生器控制开关s1闭合、开关s2断开；

6.根据权利要求5所述的一种基于动态电容的电池电压均衡电路，其特征在于，继续执行后半个pwm周期的模式二，开关s1断开、开关s2闭合；

7.根据权利要求6所述的一种基于动态电容的电池电压均衡电路，其特征在于，一个完整的pwm周期执行完毕后，pwm发生器继续有序控制开关s1和开关s2的启闭状态，使电路依次处于模式一、模式二、模式一和模式二的状态下构成一个完整的pwm周期并循环，从而使电路中的环流持续。

8.根据权利要求1所述的一种基于动态电容的电池电压均衡电路，其特征在于，pwm发生器的频率设置为1khz。

9.根据权利要求8所述的一种基于动态电容的电池电压均衡电路，其特征在于，电池1和电池2选用额定电压为12v和容量为200ah的铅酸电池，电池1和电池2之间串联有滤波器cf1和滤波器cf2，滤波器cf1和滤波器cf2的值设置为10μf。

技术总结本发明公开一种基于动态电容的电池电压均衡电路，涉及电池电压均衡技术领域，包括PWM发生器和动态电容器；PWM发生器包括：第一信号输入端，用于输入第一PWM信号；第二信号输入端，用于输入与第一PWM信号互补的第二PWM信号；动态电容器包括：作为储能元件的电感器和电容器；电池1和电池2，两者串联后两端分别接VCC端和接地；以相反的方式启闭电路的S1和S2，S1一端连接第一信号输入端，另一端连接电池2，S2一端连接第二信号输入端，另一端通过电容器连接电池2，且S1和S2还通过电感器连接电池1；在一个PWM周期内，通过改变输入信号的占空比，改变储能元件的能量存储，从而影响均衡效果，解决现有电池电压均衡方式效率低、能量损耗大的问题。技术研发人员：张灿家,赵鑫鑫,姜凯,李锐,魏子重受保护的技术使用者：山东浪潮科学研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4