一种电压均衡电路的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及串联蓄电设备电压均衡技术领域，尤其涉及一种电压均衡电路。
【背景技术】
[0002]可再充电蓄电设备，如铅酸电池、锂离子电池和超级电容等，已经广泛应用于便携式设备、工业应用、混合动力车和电动车等领域中。对于这些蓄电设备个体来说，其电压都是有限的，如锂离子电池电压大约在3V?4.3V范围内、超级电容的电压通常不超过2.7V。
[0003]为了使这些蓄电设备的储能电压达到实际应用中高电压的应用需求，通常通过串联多个蓄电设备来获取更高的电压。但是，在串联的多个蓄电设备充放电期间，可能会发生各蓄电设备电压不均衡的情况，以蓄电设备为电池为例，在充电阶段，串联的每个电池就像一个个分压器，由于电池容量不同和/或电池漏电，会使得电池电压不平衡，具体的，具有较小电能容量的电池将受到更大的电压应力，并在电压应力超过该电池所能承受的最大电压值时使电池损坏。因此，对于多个串联的电能存储设备来说，各蓄电单元之间的电压均衡是非常重要的。
[0004]早期，在现有技术中，通过使具有较高电压的蓄电单元向电阻放电来实现各蓄电单元的电压均衡，但是，这种方法存在一定的缺陷，即高电压蓄电设备消耗在放电电阻上的功率造成了额外的功率损失。目前，为了克服上述电压均衡方法会造成功率耗损的技术缺陷，在现有技术中提出了非耗散有源电池电压均衡的方法，如通过运用有反激式电源转换技术或双向降压_升压型功率转换技术的均衡电路来实现电压均衡。虽然，在这些方法中，不需要白白地在放电电阻上消耗电能；但是，基于反激式电源转换器或双向降压_升压型功率转换器的电池均衡电路包含笨重的磁性元器件，会导致均衡电路的体积较大以及更高的成本消耗。
[0005]进一步，为了减小均衡系统的电路体积以及降低成本消耗，在相关专利(如US5710504)中，提出了基于开关电容技术的自动电池电压均衡系统。如图1所示，为该专利提供的基于开关电容的电池电压均衡电路，用于均衡正负极串联的η个电池单元(Celll?Celln)的电压，在图1的均衡电路中，包括:η个单刀双掷开关(SI?Sn，η为大于等于I的整数)、η-1个电容(Cl?Cn-1)和一个控制单元，其中，η个单刀双掷开关中任一开关的两个静态端子和一对应的电池单元的正、负极分别相连，η个单刀双掷开关中每两个相邻的开关的选择端子通过一对应的电容相连，该控制单元用于控制η个单刀双掷开关的开关切换。通过图1可知，在该电池电压均衡电路中没有设置笨重的磁性元器件，减小了均衡系统的电路体积和成本消耗。但是，这种电压均衡电路只为多个串联电池中的相邻电池单元之间提供了电荷转移路径，对于整个电压均衡系统电路来说，电压均衡速度有限，那么当串联的电池个数较多时，通过这种电压均衡电路，需要耗费大量的时间才能实现各电池单元之间的电压均衡。可见，现有技术中还存在基于开关电容的电压均衡电路电压均衡速度慢，不适用于大数量蓄电单元串联链路的电压均衡的技术问题。
【发明内容】
[0006]本发明通过提供一种电压均衡电路，解决了现有技术中串联蓄电设备电压均衡方法存在功率耗损、均衡电路体积大且成本高，以及电压均衡速度慢的技术问题，实现了在对多个串联蓄电设备进行电压均衡时无功率耗损、均衡电路体积小且成本低，以及电压均衡速度快且适用于大数量蓄电单元串联链路的电压均衡的技术效果。
[0007]本发明提供了一种电压均衡电路，应用于一电源系统中，所述电源系统包括N个蓄电设备，所述N个蓄电设备中任一蓄电设备包括正极和负极，所述N个蓄电设备中的第η个蓄电设备的正极与所述N个蓄电设备中的第η+1个蓄电设备的负极连接，其中，N为大于等于2的整数，η为大于等于I小于N的整数，所述电压均衡电路100包括:
[0008]N个单刀双掷开关，所述N个单刀双掷开关中的第i个单刀双掷开关包括:选择端子、第一静态端子和第二静态端子；所述第i个单刀双掷的第一静态端子与所述N个蓄电设备中的第i个蓄电设备的正极连接，所述第i个单刀双掷开关的第二静态端子与所述第i个蓄电设备的负极连接；其中，i为大于等于I且小于等于N的整数；
[0009]N个电容，所述N个电容中的第i个电容包括第一端子和第二端子；所述第i个电容的第一端子与所述第i个单刀双掷开关的选择端子连接；所述第i个电容的第二端子连接到一公共中性线上；
[0010]通过控制线与所述第i个单刀双掷开关连接的开关控制器；所述开关控制器用于控制所述第i个单刀双掷开关的选择端子与所述第i个单刀双掷开关的第一静态端子或第二静态端子连接。
[0011]可选的，所述第i个单刀双掷开关，包括:
[0012]第一金属氧化物半导体场效应管；
[0013]与所述第一金属氧化物半导体场效应管串联的第二金属氧化物半导体场效应管。
[0014]可选的，所述第i个单刀双掷开关的选择端子为所述第一金属氧化物半导体场效应管与所述第二金属氧化物半导体场效应管的连接点；
[0015]所述第一金属氧化物半导体场效应管的栅极和所述第二金属氧化物半导体场效应管的栅极分别通过所述控制线与所述开关控制器连接。
[0016]可选的，所述电压均衡电路还包括:N个电感；
[0017]其中，所述第i个电容的第二端子通过所述N个电感中的第i个电感与所述公共中性线连接。
[0018]可选的，所述N个蓄电设备包括充电电池和超级电容二者至少其一。
[0019]可选的，所述充电电池具体为:单一电池单元或由多个单一电池单元串联而成的电池组。
[0020]可选的，所述开关控制器通过所述控制线向所述第i个单刀双掷开关发送控制信号，用于控制所述第i个单刀双掷开关的选择端子与所述第i个单刀双掷开关的第一静态端子或第二静态端子连接。
[0021]可选的，所述控制信号具体为:一双极性方波信号或一对互补的单极性矩形波信号。
[0022]可选的，所述控制信号控制所述第i个单刀双掷开关以固定频率或可变频率进行开关切换。
[0023]本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点:
[0024]由于在本发明中，电压均衡电路包括N个单刀双掷开关、N个电容和一个开关控制器；其中，N个单刀双掷开关与N个串联的蓄电设备一一对应连接，同时N个单刀双掷开关与N个电容一一对应连接；具体的，N个单刀双掷开关中任一开关的两个静态端子与该开关所对应的一蓄电设备的正、负极分别连接，该开关的选择端子与该开关所对应的一电容的第一端子连接，该电容的第二端子连接到一公共中性线上；当开关控制器通过一控制线与该开关连接时，该开关控制器能够控制该开关的选择端子与该开关的第一静态端子或第二静态端子连接。通过这种电路设计，在进行电压均衡时，不用将高电压蓄电设备的电能耗损在放电电阻上，不需采用笨重的磁性元器件，且在N个蓄电设备中任意两个蓄电设备之间，建立一条可供这两个蓄电设备直接进行电荷转移的路径，有效地解决了现有技术中串联蓄电设备电压均衡方法存在功率耗损、均衡电路体积大且成本高，以及电压均衡速度慢的技术问题，实现了在对多个串联蓄电设备进行电压均衡时无功率耗损、均衡电路体积小且成本低，以及电压均衡速度快且适用于大数量蓄电单元串联链路的电压均衡的技术效果。
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0026]图1为【背景技术】提供的一种基于开关电容的电池电压均衡电路原理图；
[0027]图2为本发明实施例提供的一种电压均衡电路原理图；
[0028]图3A-图3B为本发明实施例提供的任一单刀双掷开关的内部结构示意图；
[0029]图4A-图4B为本发明实施例提供的电压均衡电路的两种工作状态示意图；
[0030]图5为本发明实施例提供的通过均衡电路为多个串联电池组进行电压均衡的电路原理图；
[0031]图6为本发明实施例提供的集成电感器的低开关噪声均衡电路原理图。
【具体