[实用新型]电池充放电均衡与制动能量回收的机电装置

说明书

技术领域：

本实用新型是电池充放电均衡与制动能量回收的机电一体装置。适用于各种二次电池应用领域中的充放电电压整组均衡与分段均衡，适用于电机制动能量回收，适用于风光储能系统低压储能，适用于直流电动机降压启动控制与倍流控制。适用于有源二端元件或无源二端元件的电路连接转换。

背景技术：

1.电池电压均衡的必要性：

二次电池单体与单体之间就存在容量上的差异、内阻的差异、组装的差异、工程应用环境的差异等，所有的差异集中表现在某一时刻的电压上。

目前锂离子电池单体100%DOD循环次数可突破2000次，若每天做一次100%DOD，经过5年零6个月后，电池容量是初始容量的80%。即电池单体在这段时间应该是无故障的，实际上12个单体电池串联成组使用时600次后电池容量不足初始容量的70%左右。并联成组使用时900次后电池容量是初始容量的85%左右。

在所有的工程应用中电池总是要将单体串联起来使用，电池串联成组使用时，不论是充电还是放电，都是以该组电池中的极高与极低单体电压为准，充电时单体电压高于某个阈值，系统停止充电，电池组总的储能量∑E与单体储存能量的关系是：∑E_charge=E_单体min×单体个数，放电时单体电压低于某个阈值，系统停止放电电，电池组总的释放能量∑E与单体储存能量的关系是：∑E_discharge=E_单体min×单体个数。为了让电池组能尽可能储存与释放更多的能量，为了让电池得到更好的利用，我们必须对电池组进行容量均衡。因为所有的差异集中表现在静态电压上。所以我们只要对电池组电压均衡就可以了。

2.传统的电池均衡分析：

2.1.简单分流式电池均衡处理技术：

在电池均衡处理技术上，方式多种多样，最常见的一种电池电压均衡是分流式，在电池上并联一个半导体开关与一个限流电阻网络，对电池充电时，当电池电压升高达到某一个阈值，半导体开关被触发导通，让充电电流旁路到电压低的电池上，最后是电压低的电池与电压高的电池，电压基本相等。这种均衡方式的优点是，电路拓扑简单，充电均衡功能容易实现。该均衡技术缺点之一：充电均衡是基本实现了，但是放电均衡根本就没有考虑到，所以是单边的均衡，对电池成组使用来说帮助不大，该均衡技术缺点之二：半导体开关的导通内阻最小也是毫欧（mΩ）数量级，限流电阻的选配各制造商不一样，最小的也有选用到3ohm，就简单的电损耗也是：Q=I²R，所以方案的均衡电流不能做大，如果均衡电流越大，电能损耗就越严重，控制系统环境温度升高，系统工作紊乱。如果均衡电流越小，电池要均衡相等的电量，所需要的时间就会很长。该均衡技术缺点之三：对体育电池单体容量越来越大的情况，这种均衡是无法达到用户的目的，更保障不了电池的一致性。该均衡技术缺点之四：半导体开关在使用的过程中优点是很多，无触点接触，噪声小，无电弧等，但是一旦失效，短路的情况总是远远多于开路的情况，如果半导体开关一旦发生短路电池单体就与旁路均衡电阻构成自放电网络，电池本身是被动体，所以它就会把储存的电量无保留的放掉。这就是均衡装置的“自放电”。

2.2.改进的分流式电池均衡处理技术：

这种简单均衡处理技术的基础上添加了2个半导体开关，其中一个半导体电子开关串联在电池回路中，另一个旁路在均衡电路上，这两个半导体在电路中来完成放电均衡功能，这是该方案的优点。最主要的缺点就是这2个半导体开关在工作时电流为主干路电流，损耗是非常大的，根本起不到节能的作用，所以目前，在小电流电池组中基本使用，但是对于大容量电池组来说无任何实用价值，这种均衡技术同时存在简单分流均衡技术所有缺点，并且旁路在均衡电路上的半导体开关如果失效，将对电池单体直接短路，对于整个电池管理系统来说，由于短路极其容易发生火灾，爆炸等灾难性事故。所以这种技术就更理想化了。

2.3.开关电源充电均衡技术