一種均衡充電的電池組充電裝置的製作方法

2023-05-18 13:23:36 4

專利名稱：一種均衡充電的電池組充電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種動力電池組的充電裝置，尤其適合串聯構成的電池組在充電時對 各單體電池之間進行均衡充電的充電裝置。
背景技術：
動力電池，尤其是動力鋰離子電池，是電能存儲的重要部件。動力電池已經廣泛地 應用於能源、通訊、國防、海事等諸多重要領域，尤其是近年來國家大力支持的電動汽車，更 是需要依靠動力電池作為能源。在實際應用中動力電池通常由多個單體電池經串聯或者並 聯後構成電池組。由於在生產過程中，沒有辦法做到每一個單體電池的特性完全一致，因此 導致了電池組在充電與放電工作中各個單體電池的性能出現差異。尤其是在充電的過程 中，性能差的電池已經充滿電，性能好的電池卻還沒充滿電。等到性能好的電池充滿電時， 性能差的電池已經過充了。這就是串聯電池組的水桶效應，水桶效應導致電池組總體性能 下降。過充對電池影響是致命的，直接影響到電池的使用與壽命。單體電池之間的性能差 異會隨著電池組充放電次數的增多而累加起來，導致電池差異越來越大，電池組總體性能 也隨之快速下降，以致於這個問題不得不解決。解決這個問題的辦法就是電池組在每次充 電時，對各個單體電池進行均衡充電，使電池組中的每一個電池都能充足電，每各單體電池 都能充足電就可以使單體電池之間的差異不會隨充放電次數的增加而疊加，保證了電池組 的性能不會變差。因此如何在電池組充電過程中對單體電池進行均衡充電就成為一個很關 鍵的技術問題，至今仍沒有很好的解決。電池組均衡充電的方法和策略大致可分為兩大類型，一類是能量消耗型，一類是 能量轉移型。能量消耗型的均衡原理是在電池組充電過程中，通過旁路器件(典型的旁路器件 是電阻)將充電快的單體電池中的電量消耗掉一部分，使之降低充電速度，以此保證整體 電池組充電的一致性。典型代表如已公開的發明專利(公開號CN101162847A)，該發明專利給出了一種 串聯電池組自動均衡充電的解決方案，利用一一對應的分流器實現自動均衡充電。能量消 耗型的均衡充電方法的缺點在於無謂的能耗，不利於提高電池充電效率，發熱嚴重，因此只 能使用在小容量的電池充電場合，如手機，筆記本電腦等，但大容量(10A時以上)電池很難 使用該方法。能量轉移型均衡方法其基本原理是利用儲能元件(電感、電容等)將充電快的單 體電池的能量轉移到充電慢的單體電池上，以此實現均衡充電。能量轉移型均衡方法在均 衡過程中理論上不會消耗能量，適合於大容量電池。但在實際應用時，由於能量在電池間 搬移需要使用到許多開關元件和儲能元件，電路複雜，控制困難，目前主要停留在理論研究 上，未見實用方案報導。目前用在電動汽車、電動摩託車上的大容量動力二次電池的充電， 都還未能有均衡充電的措施，這對電池的使用壽命是有影響的。因此，給出種實用的大容量 電池均衡充電的解決方案是必要的。發明內容本發明的目的在於提供一種實用的電池均衡充電的充電裝置，與目前大多採用的 均衡充電方法不同。本發明的均衡充電的充電裝置除了主充電迴路之外還設有單體電池 的附加充電裝置，可以自動調節各個單體電池的充電速度，實現各個單體電池的均衡充電。 這種充電方法避免了分流器造成電能的無謂浪費以及能量轉移型電路複雜控制困難的問題。本發明一種均衡充電的電池組充電裝置包括主充電器、並聯於單體電池的副充 電器，、並聯於單體電池上的電壓測量單元、控制CPU等。待充電單體電池組成串聯形式，與 主充電器連接，構成主充電環路。副充電器分別一一併接在對應的單體電池上。單體電池 電壓測量單元輸入端也一一併接在對應的單體電池上，輸出端接控制CPU。控制CPU的輸出 控制端分別接對應的副充電器。所述主充電器是一種恆流源充電電路，它為待充電池組提供恆定的充電電流。所述電池電壓測量單元為電壓測量電路，用於對每一個單體電池電壓的測量。所述控制CPU是一個程序控制器，執行整個充電裝置的各種程序控制。所述副充電器是一種恆流源充電電路，每一個單體電池對應一個副充電器。本發明由主充電器對待充電的電池組進行充電，由副充電器作為補充充電電源對 電池組中充電速度慢的單體電池進行補充充電。副充電器的充電電流可根據實際情況改變 充電電流強度。作為本發明的特例，充電過程可不需要主充電器，完全只依賴副充電器對待 充的電池組進行充電。

圖1為本發明實施例的原理示意圖。圖2為本發明副充電器輸出電壓電流特性示意圖。圖中1.主充電電源，2.若干只電壓測量單元，3.若干只待充電的單體電池，4.若 幹只副充電器，5.控制CPU。Ubat是單體電池最高充電電壓，I。是設定的單體電池輔助充電 電流。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明做進一步的說明。參見圖1，本發明設有主充電電源1、若 幹只電壓測量單元2，若干只待充電單體電池3，若干只副充電器4，控制CPU 5。主充電電源1 一般情況下獨立於其他部分，它的實質是一個恆流源，就是通常說 的充電器。主充電器通過接頭1-1、1_2與待充電池組4頭尾相連，形成主充電迴路對待充 電池組進行充電。若干只電壓測量單元2對應連接在相應的單體電池兩端，用於將該單體電池電壓 取出測量。若干只副充電器4對應連接在相應的單體電池兩端，用於在控制CPU 5的控制下 對相應的單體電池進行補充充電。副充電器是一個先恆流、後恆壓的充電單元，其特性如圖 2所示。充電時，當單體電池電壓還未充到其最高充電電壓Ubat時，副充電器表現為恆流源，為充電迴路提供強度為Ic恆定的充電電流。當單體電池電壓已經充到其最高充電電壓Ubat 時，副充電器表現為恆壓源，充電電流為0，不再為充電迴路提供電流。 控制CPU 5執行總體調度，在充電過程中，根據電壓測量單元測得的每一個單體 電池電壓進行分析，確定出充電慢的單體電池，指揮相應的副充電器對充電慢的單體電池 進行補充充電，讓充電慢的單體電池充電速度加快，趕上充電快的單體電池，以此保證所有 單體電池能夠同時充滿電。作為特殊工作狀態，本發明可在缺主充電器的情況下工作。在 缺主充電器的情況下，所有的副充電器全部工作，分別對各自對應的單體電池充電。由於副 充電器的電壓-電流特性，副充電器最高充電電壓為Ubat，不會使單體電池出現電壓過充的 情況。在缺主充電器的情況下，依然可以實現各個電池的均衡充電。
權利要求1.一種均衡充電的電池組充電裝置，其特徵在於設有主充電器、並聯在待充電單體電 池上的副充電器、並聯在待充電單體電池上的電壓測量單元、控制CPU，待充電單體電池組 成串聯形式，與主充電器連接，構成主充電環路，單體電池電壓測量單元與副充電器分別 一一併接在對應的單體電池上，控制CPU的輸入端接收單體電池電壓測量單元送來的個單 體電池電壓信號，輸出控制端分別接對應的副充電器，副充電器可在控制CPU控制下對相 應的單體電池進行輔助充電。
2.根據權利要求1所述的一種均衡充電的電池組充電裝置其特徵在於所述副充電器 是一個先恆流、後恆壓的充電單元，充電時，當單體電池電壓還未充到其最高充電電壓Ubat 時，副充電器表現為恆流源，為充電迴路提供強度為Ic恆定的充電電流，當單體電池電壓已 經充到其最高充電電壓Ubat時，副充電器表現為恆壓源，充電電流為0，不再為充電迴路提 供電流。
3.根據權利要求1所述的一種均衡充電的電池組充電裝置，其特徵在於測量單元檢 測充電過程各單體電池電壓，據此控制CPU找出最少為一個的電壓最低單體電池，控制相 應副充電器對其進行輔助充電，使之加快充電速度。
4.根據權利要求1或2所述的一種均衡充電的電池組充電裝置，其特徵在於副充電 器在缺主充電器的情況下可全部工作，分別對各自對應的單體電池提供充電電流，以此實 現均衡充電。
專利摘要一種均衡充電的電池組充電裝置，包括主充電器、並聯在待充電單體電池上的副充電器，並聯在待充電單體電池上的電壓測量單元、控制CPU等。在電池組充電過程中，採用對電池組中充電慢的單體電池提供附加的補充充電電流，使之加快充電速度，以此保證整個電池組充電一致。待充電單體電池組成串聯形式，與主充電器連接，構成主充電環路。單體電池電壓測量單元與副充電器分別一一併接在對應的單體電池上，控制CPU的輸入端接收單體電池電壓測量單元送來的個單體電池電壓信號，輸出控制端分別接對應的副充電器並控制之，對相應的單體電池提供附加的充電電流，使之充電速度加快，保證整個電池組比較均勻的充電。
文檔編號H02J7/00GK201860135SQ201020564058
公開日2011年6月8日 申請日期2010年10月12日 優先權日2010年10月12日
發明者陳林 申請人:陳林