一種具有修復維護功能的蓄電池充電裝置的製作方法

2023-12-01 05:14:36

專利名稱：一種具有修復維護功能的蓄電池充電裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於電池電源的電カ應用領域。特別涉及是由大容量、多個蓄電池串聯成蓄電池組的充放電儲存能力的維護等的日常使用。
背景技術：
目前，電動自行車、電動汽車的使用與發展在減少廢氣排放、節能環保方面能起到的積極作用已是全球共識，是汽車產業發展新的戰略方向。為此世界各國都用巨額投資來推動這個產能的迅速成長。在我國，尤其是電動自行車在城市的交通道路日益擁堵的今天， 已經有替代了以前的腳踏自行車的趨勢。雖然電動自行車的成長曆經過非議、但電動自行車的騎、駕方便、行使靈活、動カ的能源成本較低，被廣大用戶所選擇，並得到了快速的發展。美中不足的是蓄電池的使用壽命較短、蓄電池更換成本較高。也就是因為蓄電池使用壽命較短，更換成本較高的因素。在電動汽車產業的發展中受到了很大的制約。電動汽車的主要成本高,蓄電池就是實際成本高的原因。蓄電池作為儲存電能的最重要的環節。蓄電池它的儲存電荷的能力下降是導致蓄電池失效的主要現象。而蓄電池失效的機理是由三個方面構成；1、是蓄電池組在生產製造中的容量差異約佔75 %的失效率。2、是電解質中的電解液枯竭，密封特性不良、工作溫度過熱等導致電解液蒸發的約佔15%的失效率。3、電極連接的エ藝不良導致可靠性下降及其他約佔10%的失效率(後兩個問題可以通過其它エ藝方法出廠前予以剔除)。本發明主要是解決第一個問題，解決好第一個問題就是可以把普通蓄電池需要更換的平均周期延長ー 倍。使蓄電池達到應該有的設計壽命。從而大大地降低了蓄電池的使用成本。目前蓄電池在實際的應用中通常採用多個串聯而成。在充電時也串聯在一起充電。不論是哪種充電的模式恆定電壓、限制電流，還是恆定電流、限制電壓的方法，都沒有能夠克服整個蓄電池組的每一個蓄電池在充電時都充滿的要求和目的。這種充滿電或充電結束的主要標誌是看蓄電池組的端電壓是否達到飽和值電壓。這樣的充電，長期重複即每次充滿電的電荷量都是以最小、最壞的蓄電池為限度的充電運行模式；蓄電池組中的就是好的電池也因為長期得不到充滿而效能下降。最後導致整個蓄電池組變成稍微一充電就充滿，稍微ー放電就放完的結局。

發明內容
本發明提供ー種具有修復維護功能的蓄電池充電裝置，對整個電池組的每隻蓄電池進行充電模式與充電的電荷量進行管理的裝置，當其中有一隻或ニ只蓄電池充電完成後不影響其它蓄電池的繼續充電，一直到整個蓄電池組的每一個蓄電池都充滿電，才會完成充電。ー種具有修復維護功能的蓄電池充電裝置，包括AC/DC電源輸入模塊，用於將交流電源或直流高壓電源整流成供應後面電路的平穩直流電源；
脈寬調製充電供電模塊，用於把電源的電能通過脈寬調製開關電路給各個蓄電池進行充電，且把輸入電源的電網與蓄電池充電網絡物理隔離；多組檢測模塊，用於檢測對應各個蓄電池的充電電壓、充電電流、充電時間；電池管理控制模塊，用於接收各組檢測模塊傳遞過來的充電電流、充電電壓信號和充電時間信號，實時記錄各個蓄電池充電電流和充電時間的積累，井根據各個蓄電池充電電流和充電時間的積累記錄來控制各個蓄電池的充電，當某一個蓄電池充電電流和充電時間的積累達到預定值時，則表明此蓄電池完成充電，電池管理控制模塊對此蓄電池停止充電； 電池管理控制模塊與各個蓄電池之間連接有充電控制線，用於給蓄電池提供充電電流的通路、給檢測和控制各個蓄電池提供通路，充電控制線的數目與需要充電的蓄電池個數相關，它們的數學關係是充電控制線數目為N，蓄電池個數為n，則N = n+1 ;其中兩根充電控制線連接到串聯在最外端的蓄電池上作為主充電控制線，電池管理控制模塊通過主充電控制線檢測串聯蓄電池組的總電壓和總電流，剰餘的n-1根充電控制線作為輔助充電控制線串聯各個蓄電池。還包括輔助充電供電模塊，AC/DC電源輸入模塊連接輔助充電供電模塊，輔助充電供電模塊通過充電控制線連接電池管理控制模塊和各個蓄電池。還包括有充電維護供斷電切換開關陣列，設置在蓄電池組與脈寬調製充電供電模塊的輸出端之間，用於將蓄電池斷開或接入輔助充電模塊，電池管理控制模塊動態掃描各個蓄電池的充電電流，當某個蓄電池的充電電流不足吋，控制充電維護供斷電切換開關陣列將蓄電池接入輔助充電供電模塊。設置有多組脈寬調製充電供電模塊，每組脈寬調製充電供電模塊連接ー組檢測模塊，並且對應ー個蓄電池進行充電。各組脈寬調製充電供電模塊之間設置有串並聯切換開關，串並聯切換開關連接電池管理控制模塊。還包括有工作狀態信號燈，工作狀態信號燈連接電池管理控制模塊，當電池管理控制模塊檢測到某個蓄電池充電異常，驅動工作狀態信號燈予以指示。輔助充電控制線的導線截面積比主充電控制線的導線截面積小40 % -60 %。因為在通常充電時，輔助充電控制線中的電流比主充電控制線的電流小很多，例如第一個蓄電池在充電電流I1是3八，第二個蓄電池在充電電流I2是3. 2A、第三個蓄電池I3是3. 3A、第四個蓄電池I4是2. 9A。則第一條輔助充電控制線Ifxl中的電流等於Ifxl = I2-I1 = 3. 2-3 = 0. 2A，則第二條輔助充電控制線Ifx2中的電流等於Ifx2 = I3-I2 = 3. 3-3. 2 = 0. 1A，則第三條輔助充電控制線Ifx3中的電流等於Ifx3 = I4-I3 = 2. 9-3. 3 = -0. 4A。而此時蓄電池正端主線Iz+的電流Iz+是第一個蓄電池正端的充入電流為3A，蓄電池負端主線Iz-的電流 Iz-是第四個蓄電池負端流出電流值-3. 3A，(充電導線電流流出設參考方向為正+)。本發明在與蓄電池組的連接充電時每個串聯點之間必須連接一條輔助充電控制線，充電電路的連接方法主要特徵是；正、負兩端，有ニ條主充電控制線，其中在電池組中間串聯點，須配置輔助充電控制線X條(X = n-l，n是電池的個數。例如10個電池時，X = 9 條)。充電的電路供電單元為n個，與電池的個數相同。本發明的ー種具有修復維護功能的蓄電池充電裝置；經過本裝置的反覆使用，可以實現蓄電池的蓄電能力自行修復和維護。並且使蓄電池組內的每ー個電池都獲得充盈的電能，在使用時整個電池組放電的伏安特性得到效能最大化。使電動車的運行達到使用方便、安全、環保、低廉的使用目的。具體特點如下，第一、充電的電能採用恆定電流定時記錄電能的定量控制的方法。即實時累計蓄電池的實際儲存的電量。用顯示電路，提示每ー個電池充電充滿的後的狀態。當所有蓄電池都充滿後，完成該次的充電。經過三次以上的充電，放電使用與的循環就可以將以前長期充電不佳而本身是沒有失效的電池得到蓄電能力恢復，從而讓整個蓄電池組經過充電後保持蓄電池容量均衡、電量充沛。第二、對蓄電池組中任意ー個的失效，在充電過程中用顯示電路進行提示性閃爍。 通常蓄電池的每ー個電池的電荷量相差越小，使用效能越高，由於每個電池都由一個單元的供電器提供充電電流，若該電池已經失效，則表現為內阻變大，充電電流達不到額定的強度、和特定的充電所需要的時間。第三、本發明裝置中設計留有一個通訊接ロ ；可以用多個本發明裝置的級連使用， 對方便地統ー整合管理。通過通訊接ロ電源管理控制臺與單個蓄電池通訊。第四、本發明應用在單個蓄電池上後的蓄電池仍然可以常規地進行連接組合使用，只需要對蓄電池的連接形式和運行模式進行設置。即蓄電池是串聯或並聯、自動監控或集合聯控。第五、LED顯示或聲光提示、報警等功能。採取了即多個蓄電池串聯又具有單個蓄電池獨立並聯形式的蓄能，充電。


圖I為本發明裝置的結構示意圖。圖2為本發明裝置的總體方框圖一。圖3本本發明裝置的總體方框圖ニ。圖4本發明裝置的一種應用原理圖。圖5本發明裝置在電動助動車的蓄電池充電中的一種應用原理圖。圖6本發明裝置在電動助動車的蓄電池充電的一種應用原理圖。
具體實施例方式下面以四個蓄電池串聯充電形式為例，對本發明作詳細說明。如圖1，充電裝置包括外殼4，外殼4設置有蓄電池一充電狀態指示燈5、蓄電池ニ 充電狀態指示燈6、蓄電池三充電狀態指示燈7、蓄電池四充電狀態指示燈8以及交流電輸入電源指示燈9，外殼4兩端連接有交流電輸入電源插頭I，充電輸出多芯插頭2，此實施例為五芯插頭，對應五根充電控制線。如圖2，充電裝置由交流電源輸入，經過AC/DC電源輸入模塊的整流、濾波成特定方向能滿足後面電路需要的平穩的直流電源，AC/DC電源輸入模塊連接脈寬調製充電供電模塊，脈寬調製充電供電模塊把AC/DC電源輸入模塊的直流電源通過脈寬調製開關電路並經過變壓器耦合把電能以蓄電池合適的電壓、電流對蓄電池充電，且把輸入電源的電網與蓄電池充電網絡的物理隔離，提供使用安全，脈寬調製充電供電模塊給電池管理控制模塊供電。同時需要充電的四個蓄電池串聯組成蓄電池組，蓄電池一和蓄電池四位於最外端，蓄電池ニ和蓄電池三位於中間，蓄電池一的正極和蓄電池四的負極分別連出一根充電控制線接到檢測模塊，這兩根充電控制線稱為主充電控制線，蓄電池一的負極與蓄電池ニ 的正極、蓄電池ニ的負極與蓄電池三的正極、蓄電池三的負極與蓄電池四的正極都通過導線串聯起來，此三根串聯導線同時也分別連接到檢測模塊，此三根串聯導線稱為輔助充電控制線，檢測模塊連接到電池管理控制模塊，檢測模塊檢測每個蓄電池是否短路，如果短路表明蓄電池已經損壞，同時採用採樣電阻對充電電流進行採樣，檢測每個蓄電池的充電電流、充電電壓，電池管理控制模塊用於接收檢測模塊傳遞過來的各個蓄電池的充電電流、充電電壓信號和充電時間信號，實時記錄各個蓄電池充電電流和充電時間的積累，井根據各個蓄電池充電電流和充電時間的積累記錄來控制各個蓄電池的充電，當某一個蓄電池充電電流和充電時間的積累達到預定值時，則表明此蓄電池完成充電，電池管理控制模塊對此蓄電池停止充電。如圖3，交流電接入後通過AC/DC電源輸入模塊的整流濾波電路變成直流電，然後分成四路脈衝調製充電供電模塊輸出，分別接入四個蓄電池上進行充電。如圖4為一組充電電路的原理不意圖，此圖中相同的標號表不選用相同的兀器件，110 220V的交流電輸入INPUT，經過整流濾波電路變成合適的直流電，然後經過採用集成晶片5L0380R組成的脈衝寬度調製電路，通過變壓器T2隔離，最後通過輸出端OUTPUT 給電池充電，輸出電壓Vout，輸出電流Iout即是給電池的充電電壓和充電電流。檢測電路通過採樣取值電阻R7取值充電電壓和電流，通過光耦合器OC輸出充電電壓和電流信號。如圖5所示為四組充電裝置可分別對四組串聯的電池進行充電，此圖中相同的標號表示選用相同的元器件，交流電接入後通過AC/DC電源輸入模塊的整流濾波電路變成直流電，然後經過變壓器Tl變換後變成合適的電壓，並且分成四路輸出，分別接入四個蓄電池上進行充電，同時檢測電路通過取值採樣電阻R對充電電流和充電電壓進行檢測，並將得到的電流電壓信號輸入到電池管理控制模塊。此實施例中増加了ー個輔助充電供電模塊，電池管理控制模塊根據輸入的充電電流電壓信號，判斷如果充電電流和充電電壓過低，就將開關陣列的開關 JK1-1、JK1-2、JK2-1、JK2-2、JK3-1、JK3-2、JK4-1、JK4-2 全部合上接通，將輔助充電供電模塊接入原先的充電模塊，如果充電電流和充電電壓正常，就斷開 JKl-I、JK1-2、JK2-1、JK2-2、JK3-1、JK3-2、JK4-1、JK4-2。如圖6為四組充電裝置可分別對四組串聯的電池進行充電，同時每組充電裝置接入蓄電池的時候連接有開關JK1、JK2、JK3，可以根據需要進行切換，當四組蓄電池是串聯時，就接通開關JK1、JK2、JK3，四組充電裝置可分別對四組串聯的電池進行充電，當四組蓄電池並聯時，電池管理控制模塊控制切換模塊斷開開關JK1、JK2、JK3，將充電裝置作為一路接入並聯的蓄電池進行充電。
權利要求
1.ー種具有修復維護功能的蓄電池充電裝置，其特徵在於，包括AC/DC電源輸入模塊，用於將交流電源或直流高壓電源整流成供應後面電路的平穩直流電源；脈寬調製充電供電模塊，用於把電源的電能通過脈寬調製開關電路給各個蓄電池進行充電，且把輸入電源的電網與蓄電池充電網絡物理隔離；檢測模塊，用於檢測各個蓄電池的充電電壓、充電電流、充電時間；電池管理控制模塊，用於接收檢測模塊傳遞過來的各個蓄電池的充電電流、充電電壓信號和充電時間信號，實時記錄各個蓄電池充電電流和充電時間的積累，井根據各個蓄電池充電電流和充電時間的積累記錄來控制各個蓄電池的充電，當某一個蓄電池充電電流和充電時間的積累達到預定值時，則表明此蓄電池完成充電，電池管理控制模塊對此蓄電池停止充電；電池管理控制模塊與各個蓄電池之間連接有充電控制線，用於給蓄電池提供充電電流的通路、給檢測和控制各個蓄電池提供通路，充電控制線的數目與需要充電的蓄電池個數相關，它們的數學關係是充電控制線數目為N，蓄電池個數為n，則N = n+1 ;其中兩根充電控制線連接到串聯在最外端的蓄電池上作為主充電控制線，電池管理控制模塊通過主充電控制線檢測串聯蓄電池組的總電壓和總電流，剰餘的n-1根充電控制線作為輔助充電控制線串聯各個蓄電池。
2.根據權利要求I所述的ー種具有修復維護功能的蓄電池充電裝置，其特徵在於，還包括輔助充電供電模塊，AC/DC電源輸入模塊連接輔助充電供電模塊，輔助充電供電模塊通過充電控制線連接電池管理控制模塊和各個蓄電池。
3.根據權利要求2所述的ー種具有修復維護功能的蓄電池充電裝置，其特徵在於，還包括有充電維護供斷電切換開關陣列，設置在蓄電池組與脈寬調製充電供電模塊的輸出端之間，用於將蓄電池斷開或接入輔助充電模塊，電池管理控制模塊動態掃描各個蓄電池的充電電流，當某個蓄電池的充電電流不足吋，控制充電維護供斷電切換開關陣列將蓄電池接入輔助充電供電模塊。
4.根據權利要求I所述的ー種具有修復維護功能的蓄電池充電裝置，其特徵在於，設置有多組脈寬調製充電供電模塊，每組脈寬調製充電供電模塊連接檢測模塊，並且對應ー 個蓄電池進行充電。
5.根據權利要求4所述的ー種具有修復維護功能的蓄電池充電裝置，其特徵在於，各組脈寬調製充電供電模塊之間設置有串並聯切換開關，串並聯切換開關連接電池管理控制模塊。
6.根據權利要求I所述的ー種具有修復維護功能的蓄電池充電裝置，其特徵在於，還包括有工作狀態信號燈，工作狀態信號燈連接電池管理控制模塊，當電池管理控制模塊檢測到某個蓄電池充電異常，驅動工作狀態信號燈予以指示。
7.根據權利要求I所述的ー種具有修復維護功能的蓄電池充電裝置，其特徵在於，輔助充電控制線的導線截面積比主充電控制線的導線截面積小40 % -60 %。
全文摘要
本發明提供一種具有修復維護功能的蓄電池充電裝置，對整個電池組的每隻蓄電池進行充電模式與充電的電荷量進行管理的裝置，當其中有一隻或二隻蓄電池充電完成後不影響其它蓄電池的繼續充電，一直到整個蓄電池組的每一個蓄電池都充滿電，才會完成充電。經過本裝置的反覆使用，可以實現蓄電池的蓄電能力自行修復和維護。並且使蓄電池組內的每一個電池都獲得充盈的電能，在使用時整個電池組放電的伏安特性得到效能最大化。使電動車的運行達到使用方便、安全、環保、低廉的使用目的。
文檔編號H02J7/02GK102611176SQ201210072158
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月19日 優先權日2012年3月19日
發明者胡會明, 陸華洋 申請人:德清勃朗特能源科技有限公司