對電池組均衡充電的方法及系統的製作方法
2023-06-13 20:33:36
專利名稱：對電池組均衡充電的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種對電池充電的方法及採用該方法的充電系統，尤其是對串聯連接的電池組充電的方法及採用該方法的充電系統。
背景技術：
為提高串聯使用的電池組充電的效率，充電時通常保持電池組的串聯連接關係，由一套充電系統以恆壓、恆流方式對電池組統一充電。由於製造技術的局限，各個電池單體充電特性存在差異，在相同的充電電壓和電流條件下，各個電池單體充電的「接受比」不同。實際操作中，在各個電池單體充電過程的後階段，部分電池單體已充滿電，部分電池單體尚未充滿電，需要繼續充電。已充滿電的電池單體繼續用同樣的電流充電會產生電解液溫度快速上升，形成「電解」「氣化」現象，以至於電池組中某個或幾個電池受損害，甚至報廢的問題。但，此時用較小的電流流過已充滿電的電池單體，則不會產生上述問題，而可繼續向未充滿電的電池單體充電，實現電池組均衡充電。已開發的一些能夠均衡充電的充電系統，在以恆壓、恆流方式對電池組統一充電的充電系統中對每一個電池單體增加連接一個檢測和提供附加電流的器件，並利用一個控制器控制每一個電池單體連接的該器件的工作。例如，中國發明專利說明書CN 1080017C公開的專利號為ZL96197999.2，名為「用於均衡蓄電池充電程度的系統」的技術方案。它提出在串聯連接而成的蓄電池組中，對每一個蓄電池單體或蓄電池組件使用一個可控電壓變換器；該可控電壓變換器一側連接該蓄電池單體或蓄電池組件，另一側連接一個公用的提供附加電流的電流線路；該電流線路的正極連接蓄電池組的正極，負極連接蓄電池組的負極；可控電壓變換器裝有檢測蓄電池單體或蓄電池組件的溫度和電極電壓的裝置；系統中設中央控制單元與各可控電壓變換器通信並進行控制。利用可控電壓變換器在其所連接的蓄電池單體或蓄電池組件未充滿電時向它提供附加電流，滿足充電需要。這種充電方式，使用一個中央控制單元、一個公用的提供附加電流的電流線路、多個可控電壓變換器，特別是多個可控電壓變換器不僅要與蓄電池單體或蓄電池組件連接，還要與中央控制單元連接進行通信並受其控制，系統結構複雜。
發明內容
本發明旨在提供一種採用較簡單的電路結構，就能在電池組充電過程的後階段，自動改用較小的電流對電池組充電，實現均衡充電的，對電池組均衡充電的方法及採用該方法的對電池組均衡充電的系統。
本發明的目的是通過以下方案實現的對電池組均衡充電的方法，其特徵是在串聯連接的電池組的兩端並聯至少兩個開關電源充電電源模塊，其中第一個充電電源模塊的最大輸出電流量為該電池組充電的無損害電流；開始充電時，各個充電電源模塊共同對該電池組充電；該電池組電壓達到指定值時，只有第一個充電電源模塊對該電池組充電；該電池組電壓達到額定值時，對該電池組浮充電。
所述的無損害電流為該電池組容量的0.1C～0.015C。
所述的指定值為該電池組的析氣電壓，所述的額定值為該電池組的最高充電電壓。
本方法發明另一種實施辦法是所述的電池組的兩端並聯至少三個開關電源充電電源模塊，其中第一個充電電源模塊的最大輸出電流量為該電池組充電的無損害電流；開始充電時，各個充電電源模塊共同對該電池組充電；該電池組電壓達到低於指定值的某一預定值時，只由第二個充電電源模塊和第一個充電電源模塊對該電池組充電；該電池組電壓達到指定值時，只有第一個充電電源模塊對該電池組充電；該電池組電壓達到額定值時，對該電池組浮充電。
對電池組均衡充電的系統，其特徵是在串聯連接而成的電池組的兩端並聯至少兩個開關電源充電電源模塊；各個充電電源模塊各自設定獨立的最大輸出電流和最高輸出電壓，各個充電電源模塊最大輸出電流的總和小於該電池組充電的最大電流；其中第一個充電電源模塊的最大輸出電流為該電池組充電的無損害電流，最高輸出電壓為該電池組充電電壓額定值；其餘各個充電電源模塊最高輸出電壓小於或等於該電池組充電電壓指定值。
該系統中所述的無損害電流為該電池組容量的0.1C～0.015C。所述的指定值為該電池組的析氣電壓，所述的額定值為該電池組的最高充電電壓。
本方法發明另一種對電池組均衡充電的系統實施結構是所述的電池組的兩端並聯至少三個開關電源充電電源模塊；各個充電電源模塊各自設定獨立的最大輸出電流和最高輸出電壓，各個充電電源模塊最大輸出電流的總和小於該電池組充電的最大電流；其中第一個充電電源模塊的最大輸出電流為該電池組充電的無損害電流，最高輸出電壓為該電池組充電電壓額定值；其中第二個充電電源模塊的最高輸出電壓為該電池組充電電壓指定值；其餘各個充電電源模塊最高輸出電壓為低於指定值的某一預定值。
推薦的作法是所述的各個充電電源模塊包括檢測電路、整流電路、直流開關逆變電路和開關脈衝調製發生器；整流電路為直流開關逆變電路提供工作電源；檢測電路檢測電池組的電極電壓，並向開關脈衝調製發生器提供電池組的電極電壓與設定電壓的偏差信號；開關脈衝調製發生器為直流開關逆變電路提供控制其輸出電流和電壓的開關脈衝。
特別是所述的各個充電電源模塊還具有可調整的輸出電流設定電路和輸出電壓設定電路。
本發明對電池組均衡充電的方法，利用開關電源輸出級整流二極體反向隔離的特點，在串聯連接的電池組的兩端並聯至少兩個具有不同最高輸出電壓的開關電源充電電源模塊，充電的前期階段，各個充電電源模塊共同對該電池組充電；該電池組電壓達到指定值時，只有一個充電電源模塊以該電池組容量的0.1C～0.015C的無損害電流對該電池組充電；使該電池組中「接受比大的」和「接受比小的」均衡無損害地充滿電。充電過程無需人工調節，便於操作，可有效延長電池組的使用壽命，減少廢棄電池組對環境造成的汙染。使用多個具有不同最高輸出電壓開關電源充電電源模塊，使充電過程分為多個電壓遞增，電流遞減的階段，不僅電池組能均衡無損害地充滿電，而且充電速度加快。採用上述方法的對電池組均衡充電的系統，採用模塊化的組織結構，系統擴充性好，易於根據具體情況調整。可減少用戶的使用費用。各個充電電源模塊有整流電路為直流開關逆變電路提供工作電源；檢測電路檢測電池組的電極電壓，並向開關脈衝調製發生器提供電池組的電極電壓與設定電壓的偏差信號；開關脈衝調製發生器為直流開關逆變電路提供控制其輸出電流和電壓的開關脈衝。充電電源模塊本身即可獨立完成充電的基本功能，無需配置其它的裝置，便於生產和維修，有利於系列化推廣應用。特別是各個充電電源模塊還具有可調整的輸出電流設定電路和輸出電壓設定電路。每一種規格的充電電源模塊可按照具體應用條件調整使用，適用範圍廣。
圖1是本發明對電池組均衡充電的系統一個實施例的結構示意圖。
圖2是本發明對電池組均衡充電的系統又一個實施例的結構示意圖。
圖3是對電池組均衡充電的系統中開關電源充電電源模塊的一個較佳實施例的方框結構示意圖。
具體實施例方式
本發明對電池組均衡充電的系統的一個實施例是一個對1000馬力以上的大型內燃機，如鐵路內燃機車的啟動電池組充電的系統，它的結構請參見圖1。該啟動電池組是由48塊單體電壓為2V的蓄電池串聯連接而成的電池組1。電池組1的容量為460Ah，充電的最大電流為60A，充電的最高充電電壓為124.8V，析氣電壓為116V。電池組1的兩端並聯兩個開關電源充電電源模塊2、3。根據電池組1的特性，設定兩個充電電源模塊2、3各自獨立的最大輸出電流I2、I3和最高輸出電壓V2、V3，其中第一個充電電源模塊2的最大輸出電流I2為460Ah×0.05C＝23A，即經發明人試驗電池組1充電的無損害電流，最高輸出電壓V2為電池組1充電電壓額定值124.8V；第二個充電電源模塊3最高輸出電壓V3等於該電池組1的析氣電壓116V，最大輸出電流I3可按兩個充電電源模塊2、3最大輸出電流的總和(I2+I3)小於該電池組1充電的最大電流60 A的原則確定，使I3選定為35A。
當內燃機車進庫後，將其啟動電池組1與該系統連接，該系統開始充電，兩個充電電源模塊2、3共同對該電池組1充電；該電池組1電壓達到116V時，由於第二個充電電源模塊3最高輸出電壓不再大於該電池組1的電極電壓，故不再對其放電，即沒有電流輸出，只有第一個充電電源模塊2以最大輸出電流23A對該電池組1充電；該電池組電壓1達到124.8V值時，第一個充電電源模塊2對該電池組1浮充電。從而實現對啟動電池組1的48塊蓄電池中各個單體「接受比大的」和「接受比小的」均衡無損害充滿電。
內燃機車啟動前，要對機油、柴油、空氣加熱，啟動電池組1的電壓下降，當降到116V以下時，兩個充電電源模塊2、3都進入全功率輸出工作狀態，為內燃機車提供電源，啟動時電量足非常有力，內燃機車啟動後，將啟動電池組1與該系統分離。採用這種使用方法對內燃機車低溫啟動非常有利，啟動電池組1的壽命延長1-2倍。
本方法發明對電池組均衡充電的系統另一個實施例是一個對通訊設備後備電池組充電的系統，它的結構請參見圖2。該後備電池組是由每塊單體電壓為12V的蓄電池兩個串聯為一組，再由5組並聯連接而成的電池組1。電池組1的容量為195Ah，充電的最大電流為40A，充電的最高充電電壓為31.2V，析氣電壓為28.8V。電池組1的兩端並聯三個充電電源模塊2、3、4。其中第一個充電電源模塊2的最大輸出電流I2為195Ah×0.015C＝2.9A，即該電池組1充電的無損害電流，最高輸出電壓V2為該電池組1充電的最高充電電壓31.2V；第二個充電電源模塊3的最高輸出電壓V3為該電池組1充電的析氣電壓值28.8V，最大輸出電流I3為15A；第三個充電電源模塊4最高輸出電壓V4為26V，最大輸出電流I4為20A。
該系統中開始充電時，三個充電電源模塊2、3、4共同對該電池組1充電；該電池組1電壓達到預定值26V時，只由第二個充電電源模塊3和第一個充電電源模塊2對該電池組1充電；該電池組1電壓達到指定值28.8V時，只有第一個充電電源模塊2對該電池組1充電；該電池組電壓1達到額定值31.2V時，第一個充電電源模塊2對該電池組1浮充電。
上述兩個實施例中，充電電源模塊的數量並不限制在兩個和三個，根據電池組的容量和每一個充電電源模塊的功率限制，第一個充電電源模塊2、第二個充電電源模塊3和第三個充電電源模塊4本身可以用具有相同參數的充電電源模塊並聯組成。另外，也可以設置多個預定值並使用對應的充電電源模塊，使充電過程既安全又快速。這種充電方法和系統也適用於鋰電池、鎳鉻電池等其它類型的電池組，只是析氣電壓要按具體的電池類型使用相應的名稱。
本發明電池組均衡充電的系統中恆流開關電源充電電源模塊的一個推薦的較佳實施例的方框結構請參看圖3。各個充電電源模塊包括整流電路5、直流開關逆變電路6、開關脈衝調製發生器7、檢測電路8、輸出電流設定電路9、輸出電壓設定電路10。整流電路5的輸入端連接市電，輸出端連接直流開關逆變電路6，它為直流開關逆變電路6提供工作電源。檢測電路8的輸入端連接電池組1的兩個電極，輸出端連接開關脈衝調製發生器7；它的作用是檢測電池組1的電極電壓，並向開關脈衝調製發生器7提供電池組1的電極電壓與設定電壓的偏差信號。可調整的輸出電流設定電路9和輸出電壓設定電路10的輸出端分別連接到開關脈衝調製發生器7。開關脈衝調製發生器7輸出端連接直流開關逆變電路6，它為直流開關逆變電路6提供控制其輸出電流和電壓的開關脈衝。直流開關逆變電路6輸出端連接電池組1的電極，它向電池組1提供充電電壓和電流。
權利要求
1.對電池組均衡充電的方法，其特徵是在串聯連接的電池組的兩端並聯至少兩個開關電源充電電源模塊，其中第一個充電電源模塊的最大輸出電流量為該電池組充電的無損害電流；開始充電時，各個充電電源模塊共同對該電池組充電；該電池組電壓達到指定值時，只有第一個充電電源模塊對該電池組充電；該電池組電壓達到額定值時，對該電池組浮充電。
2.根據權利要求1所述的對電池組均衡充電的方法，其特徵是所述的無損害電流為該電池組容量的0.1C～0.015C。
3.根據權利要求2所述的對電池組均衡充電的方法，其特徵是所述的指定值為該電池組的析氣電壓，所述的額定值為該電池組的最高充電電壓。
4.根據權利要求1或2或3所述的對電池組均衡充電的方法，其特徵是所述的電池組的兩端並聯至少三個開關電源充電電源模塊；開始充電時，各個充電電源模塊共同對該電池組充電；該電池組電壓達到低於指定值的某一預定值時，只由第二個充電電源模塊和第一個充電電源模塊對該電池組充電；該電池組電壓達到指定值時，只有第一個充電電源模塊對該電池組充電；該電池組電壓達到額定值時，對該電池組浮充電。
5.對電池組均衡充電的系統，其特徵是在串聯連接而成的電池組的兩端並聯至少兩個開關電源充電電源模塊；各個充電電源模塊各自設定獨立的最大輸出電流和最高輸出電壓，各個充電電源模塊最大輸出電流的總和小於該電池組充電的最大電流；其中第一個充電電源模塊的最大輸出電流為該電池組充電的無損害電流，最高輸出電壓為該電池組充電電壓額定值；其餘各個充電電源模塊最高輸出電壓小於或等於該電池組充電電壓指定值。
6.根據權利要求5所述的對電池組均衡充電的系統，其特徵是所述的無損害電流為該電池組容量的0.1C～0.015C。
7.根據權利要求6所述的對電池組均衡充電的系統，其特徵是所述的指定值為該電池組的析氣電壓，所述的額定值為該電池組的最高充電電壓。
8.根據權利要求5或6或7所述的對電池組均衡充電的系統，其特徵是所述的電池組的兩端並聯至少三個開關電源充電電源模塊；其中第二個充電電源模塊的最高輸出電壓為該電池組充電電壓指定值；其餘各個充電電源模塊最高輸出電壓為低於指定值的某一預定值。
9.根據權利要求8所述的對電池組均衡充電的系統，其特徵是所述的各個充電電源模塊包括檢測電路、整流電路、直流開關逆變電路和開關脈衝調製發生器；整流電路為直流開關逆變電路提供工作電源；檢測電路檢測電池組的電極電壓，並向開關脈衝調製發生器提供電池組的電極電壓與設定電壓的偏差信號；開關脈衝調製發生器為直流開關逆變電路提供控制其輸出電流和電壓的開關脈衝。
10.根據權利要求9所述的對電池組均衡充電的系統，其特徵是所述的各個充電電源模塊還具有可調整的輸出電流設定電路和輸出電壓設定電路。
全文摘要
本發明涉及對串聯連接的電池組充電的方法及充電系統。它利用開關電源輸出級整流二極體反向隔離的特點，在串聯連接的電池組的兩端並聯至少兩個具有不同最高輸出電壓的開關電源充電電源模塊，使充電過程分為至少兩個電壓遞增，電流遞減的階段；該電池組電壓達到指定值時，只有一個充電電源模塊以該電池組容量的0.1C～0.015C的無損害電流對該電池組充電；使該電池組中「接受比大的」和「接受比小的」均衡無損害地充滿電。充電過程無需人工調節，便於操作，可有效延長電池組的使用壽命，減少廢棄電池組對環境造成的汙染。採用上述方法的對電池組均衡充電的系統，採用模塊化的組織結構，系統擴充性好，易於根據具體情況調整。可減少用戶的使用費用。
文檔編號H01M10/44GK1567645SQ03138718
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月25日 優先權日2003年6月25日
發明者黃耀俊 申請人:黃耀俊