一種電壓均衡電路的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及串聯蓄電設備電壓均衡技術領域，尤其涉及一種電壓均衡電路。
【背景技術】
[0002]可再充電蓄電設備，如鉛酸電池、鋰離子電池和超級電容等，已經廣泛應用于便攜式設備、工業應用、混合動力車和電動車等領域中。對于這些蓄電設備個體來說，其電壓都是有限的，如鋰離子電池電壓大約在3V?4.3V范圍內、超級電容的電壓通常不超過2.7V。
[0003]為了使這些蓄電設備的儲能電壓達到實際應用中高電壓的應用需求，通常通過串聯多個蓄電設備來獲取更高的電壓。但是，在串聯的多個蓄電設備充放電期間，可能會發生各蓄電設備電壓不均衡的情況，以蓄電設備為電池為例，在充電階段，串聯的每個電池就像一個個分壓器，由于電池容量不同和/或電池漏電，會使得電池電壓不平衡，具體的，具有較小電能容量的電池將受到更大的電壓應力，并在電壓應力超過該電池所能承受的最大電壓值時使電池損壞。因此，對于多個串聯的電能存儲設備來說，各蓄電單元之間的電壓均衡是非常重要的。
[0004]早期，在現有技術中，通過使具有較高電壓的蓄電單元向電阻放電來實現各蓄電單元的電壓均衡，但是，這種方法存在一定的缺陷，即高電壓蓄電設備消耗在放電電阻上的功率造成了額外的功率損失。目前，為了克服上述電壓均衡方法會造成功率耗損的技術缺陷，在現有技術中提出了非耗散有源電池電壓均衡的方法，如通過運用有反激式電源轉換技術或雙向降壓_升壓型功率轉換技術的均衡電路來實現電壓均衡。雖然，在這些方法中，不需要白白地在放電電阻上消耗電能；但是，基于反激式電源轉換器或雙向降壓_升壓型功率轉換器的電池均衡電路包含笨重的磁性元器件，會導致均衡電路的體積較大以及更高的成本消耗。
[0005]進一步，為了減小均衡系統的電路體積以及降低成本消耗，在相關專利(如US5710504)中，提出了基于開關電容技術的自動電池電壓均衡系統。如圖1所示，為該專利提供的基于開關電容的電池電壓均衡電路，用于均衡正負極串聯的η個電池單元(Celll?Celln)的電壓，在圖1的均衡電路中，包括:η個單刀雙擲開關(SI?Sn，η為大于等于I的整數)、η-1個電容(Cl?Cn-1)和一個控制單元，其中，η個單刀雙擲開關中任一開關的兩個靜態端子和一對應的電池單元的正、負極分別相連，η個單刀雙擲開關中每兩個相鄰的開關的選擇端子通過一對應的電容相連，該控制單元用于控制η個單刀雙擲開關的開關切換。通過圖1可知，在該電池電壓均衡電路中沒有設置笨重的磁性元器件，減小了均衡系統的電路體積和成本消耗。但是，這種電壓均衡電路只為多個串聯電池中的相鄰電池單元之間提供了電荷轉移路徑，對于整個電壓均衡系統電路來說，電壓均衡速度有限，那么當串聯的電池個數較多時，通過這種電壓均衡電路，需要耗費大量的時間才能實現各電池單元之間的電壓均衡。可見，現有技術中還存在基于開關電容的電壓均衡電路電壓均衡速度慢，不適用于大數量蓄電單元串聯鏈路的電壓均衡的技術問題。

【發明內容】

[0006]本發明通過提供一種電壓均衡電路，解決了現有技術中串聯蓄電設備電壓均衡方法存在功率耗損、均衡電路體積大且成本高，以及電壓均衡速度慢的技術問題，實現了在對多個串聯蓄電設備進行電壓均衡時無功率耗損、均衡電路體積小且成本低，以及電壓均衡速度快且適用于大數量蓄電單元串聯鏈路的電壓均衡的技術效果。
[0007]本發明提供了一種電壓均衡電路，應用于一電源系統中，所述電源系統包括N個蓄電設備，所述N個蓄電設備中任一蓄電設備包括正極和負極，所述N個蓄電設備中的第η個蓄電設備的正極與所述N個蓄電設備中的第η+1個蓄電設備的負極連接，其中，N為大于等于2的整數，η為大于等于I小于N的整數，所述電壓均衡電路100包括:
[0008]N個單刀雙擲開關，所述N個單刀雙擲開關中的第i個單刀雙擲開關包括:選擇端子、第一靜態端子和第二靜態端子；所述第i個單刀雙擲的第一靜態端子與所述N個蓄電設備中的第i個蓄電設備的正極連接，所述第i個單刀雙擲開關的第二靜態端子與所述第i個蓄電設備的負極連接；其中，i為大于等于I且小于等于N的整數；
[0009]N個電容，所述N個電容中的第i個電容包括第一端子和第二端子；所述第i個電容的第一端子與所述第i個單刀雙擲開關的選擇端子連接；所述第i個電容的第二端子連接到一公共中性線上；
[0010]通過控制線與所述第i個單刀雙擲開關連接的開關控制器；所述開關控制器用于控制所述第i個單刀雙擲開關的選擇端子與所述第i個單刀雙擲開關的第一靜態端子或第二靜態端子連接。
[0011]可選的，所述第i個單刀雙擲開關，包括:
[0012]第一金屬氧化物半導體場效應管；
[0013]與所述第一金屬氧化物半導體場效應管串聯的第二金屬氧化物半導體場效應管。
[0014]可選的，所述第i個單刀雙擲開關的選擇端子為所述第一金屬氧化物半導體場效應管與所述第二金屬氧化物半導體場效應管的連接點；
[0015]所述第一金屬氧化物半導體場效應管的柵極和所述第二金屬氧化物半導體場效應管的柵極分別通過所述控制線與所述開關控制器連接。
[0016]可選的，所述電壓均衡電路還包括:N個電感；
[0017]其中，所述第i個電容的第二端子通過所述N個電感中的第i個電感與所述公共中性線連接。
[0018]可選的，所述N個蓄電設備包括充電電池和超級電容二者至少其一。
[0019]可選的，所述充電電池具體為:單一電池單元或由多個單一電池單元串聯而成的電池組。
[0020]可選的，所述開關控制器通過所述控制線向所述第i個單刀雙擲開關發送控制信號，用于控制所述第i個單刀雙擲開關的選擇端子與所述第i個單刀雙擲開關的第一靜態端子或第二靜態端子連接。
[0021]可選的，所述控制信號具體為:一雙極性方波信號或一對互補的單極性矩形波信號。
[0022]可選的，所述控制信號控制所述第i個單刀雙擲開關以固定頻率或可變頻率進行開關切換。
[0023]本發明中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點:
[0024]由于在本發明中，電壓均衡電路包括N個單刀雙擲開關、N個電容和一個開關控制器；其中，N個單刀雙擲開關與N個串聯的蓄電設備一一對應連接，同時N個單刀雙擲開關與N個電容一一對應連接；具體的，N個單刀雙擲開關中任一開關的兩個靜態端子與該開關所對應的一蓄電設備的正、負極分別連接，該開關的選擇端子與該開關所對應的一電容的第一端子連接，該電容的第二端子連接到一公共中性線上；當開關控制器通過一控制線與該開關連接時，該開關控制器能夠控制該開關的選擇端子與該開關的第一靜態端子或第二靜態端子連接。通過這種電路設計，在進行電壓均衡時，不用將高電壓蓄電設備的電能耗損在放電電阻上，不需采用笨重的磁性元器件，且在N個蓄電設備中任意兩個蓄電設備之間，建立一條可供這兩個蓄電設備直接進行電荷轉移的路徑，有效地解決了現有技術中串聯蓄電設備電壓均衡方法存在功率耗損、均衡電路體積大且成本高，以及電壓均衡速度慢的技術問題，實現了在對多個串聯蓄電設備進行電壓均衡時無功率耗損、均衡電路體積小且成本低，以及電壓均衡速度快且適用于大數量蓄電單元串聯鏈路的電壓均衡的技術效果。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為【背景技術】提供的一種基于開關電容的電池電壓均衡電路原理圖；
[0027]圖2為本發明實施例提供的一種電壓均衡電路原理圖；
[0028]圖3A-圖3B為本發明實施例提供的任一單刀雙擲開關的內部結構示意圖；
[0029]圖4A-圖4B為本發明實施例提供的電壓均衡電路的兩種工作狀態示意圖；
[0030]圖5為本發明實施例提供的通過均衡電路為多個串聯電池組進行電壓均衡的電路原理圖；
[0031]圖6為本發明實施例提供的集成電感器的低開關噪聲均衡電路原理圖。
【具體