專利名稱：一種電池組的充電裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電池組的充電裝置。
背景技術：
當前大多數電池(如鉛酸電池/各類鋰電池等)的充電方式，如圖I所示，至少經過一個恒流和一個恒壓階段，一般以在恒定電壓(Vc)下當充電電流減小至截止電流(Ic)為充電截止；這種充電方式也稱為TAPER型充電方式。截止電流(Ic) 一般取為O. I倍的恒流值。現有對電池組的充電可分為串聯充電和并聯充電，并聯充電最常見的為單線制并聯充電。常見的單線制并聯充電如圖2所示，所有并充模塊同時工作，每個并充模塊的充電模式為TAPER型，且可獨立進行充電控制。傳統的單線制并聯充電方法會出現充電結束時，各電池端電壓不一致的情況，無法消除連接線壓降對各電池影響的不一致性。此方法不但沒有體現并充方式對均衡電池、提高電池壽命的優點，反而加劇了電池的不一致性和離散度，縮短了電池組壽命。傳統單線制并聯充電方法在充電結束時各電池端電壓，至少有如下幾種可能假設所有并充模塊的參數性能一致，其充電停止的截止電流為Ic、恒壓為Vc ;各連接線(L0 Ln)參數性能一致，其總的內阻(線內阻+連接內阻)均為r。I.電池組首、尾電池，如圖2中VBl和VBn，其充電結束時其電池端電壓有可能=Vc - IcXr (此時相鄰電池充電未結束)，也可能=Vc — 2IcXr (此時相鄰電池充電已結束)。2.電池組中其它電池，如圖2中VB2和VB3，
其充電結束時其電池端電壓都有三種可能如此時相鄰電池中，有一個充電未結束，一個已結束，其=Vc — IcXr ;如此時相鄰電池充電都已結束，其=Vc — 2IcXr ;如此時相鄰電池充電都未結束，其=Vc。因各電池性能及并充模塊等必然存在差異，必導致電池組中各電池完成充電的順序必然有先后，故各電池在充電截止時必然出現不同的端電壓；而且系統無法對這種隨機出現的不同電池的不同端電壓進行補償。另外，在高壓高功率應用的電池組環境中，其電池節數較多且充電電流較大，若完全用并充模塊來進行并充，雖然可以解決串充方式中無法針對各電池進行差異性充電的問題，實現了各電池的均衡及最佳性能，提高了電池組的使用壽命，但是其具有經濟性差，成本聞，體積大等缺點。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在于傳統單線制并聯充電方法因各電池充電結束順序的不同而出現的電池端電壓不一致的問題，而提供了一種可有效的減輕電池極化，加快電池充電速度，降低電池充電溫升，提高電池使用壽命的電池組的充電裝置。[0010]一種電池組的充電裝置，所述電池組由若干個單體電池串聯而成，所述的充電裝置包括若干個并充模塊，各并充模塊分別與其對應的單體電池連接而構成充電回路，充電回路連接至時序控制器。假設本實用新型所有并充模塊的參數性能一致，其充電停止的截止電流為Ic、恒壓為Vc ;各連接線(L0 Ln)參數性能一致，其總的內阻(線內阻+連接內阻)均為r，采用本發明的充電方法和充電裝置，所有電池在結束充電時的端電壓為VB = Vc - 2IcXr。優選地，所述的充電裝置還包括一個用于對電池組進行串聯充電的串充模塊，所述串充模塊與電池組串聯。即串聯充電與并聯充電相結合，具體的充電策略可為充電伊始，串充模塊開始已額定的電流恒流充電，并充模塊此時并不充電，但會檢測其各電池端電
壓，但任意并充模塊檢測到電池端電壓達到限壓閥值時，會告知串充模塊。串充模塊接受到信號后，停止充電，并對電池組進行固定時間的恒流放電，然后停止放電，串充模塊將降低充電電流，當任意并充模塊檢測到電池端電壓達到限壓閥值時，串充模塊停止充電，再對電池組進行放電，然后再降低充電電流進行恒流充電，周而復始，直到后串充模塊恒流充電電流降到與并充模塊相同，且有電池端電壓達到限壓閥值時，串充模塊停止充電(此過程一般不超過5段)。此后并充模塊開始充電，其采用交替脈沖充電控制方法，根據既定的時序進行交替工作，當電池充電電流降到充電截止電流時，該電池并充完成，當所有電池完成并充后，整個充電完成。本實用新型所述的單體電池可為單節電池，亦可為由若干節電池串并組成的電池模塊；此電池可為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池等二次電池，亦可為電容或超級電容等儲能器件。本實用新型所述的并充模塊、串充模塊可為恒流源和/或恒壓源。優選地，所述的并充回路中各并充模塊連接至時序控制器。優選地，在各充電回路中串聯控制開關，各控制開關連接至時序控制器。優選地，所述電池組由NI個單體電池串聯而成，所述的充電裝置包括N2個并充模塊和轉換開關組，NU N2均為大于零的整數；當NI為偶數時，N2 = N1/2，按單體電池的排列順序，每兩個相鄰的單體電池為一個電池集合，每個電池集合通過轉換開關組連接同一并充模塊；當NI為奇數時，N2 =(N1+1)/2，按單體電池的排列順序，每兩個相鄰的單體電池為一個電池集合，多余的一個單體電池為一個獨立的電池集合，每個電池集合通過轉換開關組連接同一并充模塊；所述的轉換開關組連接至時序控制器。優選地，所述的轉換開關組為每個電池集合中在任何時刻只接通其中一個單體電池與并充模塊而進行充電的轉換開關。優選地，所述的轉換開關組為電子開關。優選地，所述的轉換開關組為機械觸點開關。本實用新型的有益效果在于I、采用時序控制器及轉換開關組控制相鄰電池交替脈沖充電，解決了傳統單線制并聯充電方法因各電池充電結束順序的不同而出現的電池端電壓不一致的問題，可有效的減輕電池極化，加快電池充電速度，降低電池充電溫升，提高電池使用壽命；2、采用串充和并充結合充電，串聯充電完成電池組所需的最大相同能量的充電，并聯充電完成電池組中各電池的差異性的充電，可在充電中實現電池的均衡和最佳性能，大大提高整個電池組的使用壽命，特別適用于各類鋰離子電池組的充電；3、采用一個并充模塊給相鄰兩個單體電池充電，從而可減少一半的并充模塊，可降低成本，減小體積，模塊化方便擴展，尤其是在并充模塊功率較大時優勢更加明顯。
圖I是傳統充電過程中電流/電壓與時間的關系圖。圖2是傳統并聯充電的電路原理圖。圖3是本實用新型所述充電裝置的電路原理圖。圖4是實施例I所述充電裝置的電路原理圖。圖5是實施例2所述充電裝置的電路原理圖。圖6是實施例3所述充電裝置的電路原理圖。圖7是實施例4所述充電裝置的電路原理圖。圖8是實施例5所述充電裝置的電路原理圖。圖9是實施例3進行串聯充電時電流/電壓一時間關系圖。圖10是實施例3進行并聯充電時兩個控制時序的通斷波形圖。圖11是實施例3轉換開關組的一種電路原理圖。圖12是實施例3轉換開關組的一種電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，但本實用新型的保護范圍并不限于此。實施例I參照圖3，一種電池組的充電裝置，所述電池組由若干個單體電池VB1、VB2、VB3、…、VBn (η為大于等于2的整數)串聯而成，所述的充電裝置包括若干個對單體電池進行并聯充電的并充模塊1#、2#、3#、…、η#，所述的并充模塊與對應的單體電池之間構成并充回路，所述的并充回路中各并充模塊連接至時序控制器。本實施例的工作原理是在時序控制器控制下，各并充模塊交替通斷，所有奇數項電池VB1、VB3、…、VB(2x-l，x為大于等于I的整數)由SI時序控制充電，所有偶數項電池VB2、VB4、…、VB(2x)由S2時序控制充電，兩個時序的通斷波形如圖10所示，即奇數項電池在充電時，偶數項電池斷開充電；而偶數項電池在充電時，奇數項電池斷開充電。所述的時序SI和S2導通時間為Ton，關閉時間為Toff，D = Ton/ (Ton+Toff)為占空比，圖10中D=49%, Td為死區時間，Td = 1%。圖4中單體電池共四個，其可為三元鋰電池或錳酸鋰電池，容量可為10Ah，其中與電池VBl和電池VB3相連的并充模塊1#和3#為奇數項，由時序SI控制；與電池VB2和電池VB4相連的并充模塊2 #和4#為偶數項，由時序S2控制。并充模塊均具有自主停止充電功能，充電截止電流為Ic = O. 5A，恒壓電壓為Vc = 4. 3，恒流電流I = 5A，r = O. I Ω，此處選擇 f = 1Hz, D = 49%, Td = 1%。控制策略為充電伊始就開始脈沖交替充電，具體而言開始各節電池，以5A的脈沖進行充電，到充電電壓達到4. 3V即恒壓電壓值時，以恒壓脈沖進行充電，此時充電電流會逐步減小，下降到截止電流O. 5A時充電結束；充電結束后所有單體電池端電壓VB=Vc -2IcXr = 4. 2V，其中Ic為充電停止的截止電流，Vc為恒壓，r為各連接線(LO Ln)的總內阻(線內阻+連接內阻)。實施例2參照圖5，一種電池組的充電裝置，所述電池組由若干個單體電池VB1、VB2、VB3、VB4串聯而成，所述的充電裝置包括若干個對單體電池進行并聯充電的并充模塊1#、2#、3#、4#，所述的并充模塊與對應的單體電池之間構成并充回路，在各充電回路中串聯控制開關，各控制開關均連接至時序控制器。本實用新型工作時，在時序控制器控制下，奇數項和偶數項的控制開關交替導通或關閉。其它工作原理同實施例I。實施例3參照圖6，一種電池組的充電裝置，所述電池組由若干個單體電池VBl、VB2、VB3···VBn (η為大于等于2的整數)串聯而成，所述的充電裝置包括串充模塊和若干個對單體電池進行并聯充電的并充模塊1#、2#、3#…η#，所述的并充模塊與對應的單體電池之間構成并充回路，所述的并充回路中各并充模塊連接至時序控制器。所述的串充模塊與整個電池組串聯。本實施例中采用串聯充電與并行充電相結合的方式，先串充再并充，串聯充電完成電池組所需的最大相同能量的充電，并聯充電完成電池組中各電池的差異性的充電，每個并充模塊都有自主停止充電功能，當所有并充模塊完成充電時，整個充電結束。串聯充電的技術參數為串充電流Ιφ = 20Α ;串充電池限壓閥值Vs = 4. 3V ;降恒流分為3段分別為20Α、10Α、5Α ;放電電流I放=5Α，保持時間為1S。并聯充電的技術參數為并聯充電截止電流為Ic = O. 5Α，恒壓電壓為Vc = 4. 3，恒流電流I = 5Α, r = O. I Ω ,此處選擇f = 1Hz, D = 49% ;控制策略為充電伊始就開始脈沖交替充電。如以圖6中η = 4為例，單體電池采用三元鋰電池或錳酸鋰電池，容量為20Ah，I個串充模塊和4個并充模塊，其中與I #電池和3 #電池相連的并充模塊為奇數項由SI時序控制 ’與2 #電池和4 #電池相連的并充模塊為偶數項由S2時序控制。本實用新型工作時，充電伊始，串充模塊開始20A恒流充電，并充模塊此時并不充電，但會檢測其各電池端電壓，隨著充電的進行，當有并充模塊檢測到電池端電壓達到限壓閥值Vs=4. 3V時，會告知串充模塊。串充模塊接受到信號后，停止充電，并對電池組進行5S恒流放電1S，然后停止放電；串充模塊將降低充電電流為10A，當并充模塊檢測到電池端電壓在次達到限壓閥值4. 3V時，串充模塊停止充電，再對電池組進行5S恒流放電1S，停止放電；然后再降低充電電流為5A，當并充模塊檢測到電池端電壓在次達到限壓閥值4. 3V時，串聯充電結束。本實施例進行串聯充電時電流/電壓一時間關系如圖9所不。串聯充電結束后，各并充模塊開始充電，各并充模塊以5A的交替脈沖(f=lHz，D=49%)進行充電，到充電電壓達到4. 3V即恒壓電壓值時，以恒壓脈沖進行充電，此時充電電流會逐步減小，下降到截止電流O. 5A時充電結束；當所有電池完成并充后，整個充電結束。本實施例進行并聯充電時兩個時序的通斷波形如圖10所示，并聯充電原理可參見實施例I描述。充電結束后各電池端電壓VB=Vc - 2IcXr = 4. 2V。[0056]實施例4參照圖6，一種電池組的充電裝置，所述電池組由四個單體電池VB1、VB2、VB3、VB4串聯而成，所述的充電裝置包括串充模塊、二個并充模塊1#和2#、轉換開關組和時序控制器，按單體電池的排列順序，每兩個相鄰的單體電池為一個電池集合，即VB1、VB2為一個電池集合，VB3、VB4為一個電池集合，每個電池集合通過轉換開關組連接同一并充模塊；所述的轉換開關組均連接時序控制器。所述串充模塊與整個電池組串聯。本實施例中采用串聯充電與并聯充電相結合的方式，先串聯充電再并聯充電，串聯充電完成電池組所需的最大相同能量的充電，并聯充電完成電池組中各電池的差異性的充電，每個并充模塊都有自主停止充電功能，當所有并充模塊完成充電時，整個充電結束。本實施例的串聯充電原理可參見實施例3。并聯充電時，在時序控制器控制下，
所有奇數項電池VB1、VB3由SI時序控制充電，所有偶數項電池VB2、VB4由S2時序控制充電，兩個時序的通斷波形圖如圖10所示，即奇數項電池在充電時，偶數項電池斷開充電；而偶數項電池在充電時，奇數項電池斷開充電。并充模塊1#在任一時刻，或者與電池VBl導通形成充電回路，或者與電池VB2導通形成充電回路；同理，并充模塊2#在任一時刻，或者與電池VB3導通形成充電回路，或者與電池VB4導通形成充電回路。圖11表不一種轉換開關組的工作原理圖，SI和S2不允許同時導通。圖12表示另一種轉換開關組的工作原理圖，此時若只用開關Kl和K2組成雙刀雙擲開關，在確保安全下，很難做到導通和關閉都為50%，故在此引入了輔助開關K3。其真值表如下
權利要求1.一種電池組的充電裝置，所述電池組由若干個單體電池串聯而成，其特征在于所述的充電裝置包括若干個并充模塊，各并充模塊分別與其對應的單體電池連接而構成充電回路，充電回路連接至時序控制器。
2.根據權利要求I所述的電池組的充電裝置，其特征在于所述的充電裝置還包括一個用于對電池組進行串聯充電的串充模塊，所述串充模塊與電池組串聯。
3.根據權利要求I或2所述的電池組的充電裝置，其特征在于所述的并充回路中各并充模塊連接至時序控制器。
4.根據權利要求I或2所述的電池組的充電裝置，其特征在于在各充電回路中串聯控制開關，各控制開關連接至時序控制器。
5.根據權利要求I或2所述的電池組的充電裝置，其特征在于所述電池組由NI個單體電池串聯而成，所述的充電裝置包括N2個并充模塊和轉換開關組，NI、N2均為大于零的整數； 當NI為偶數時，N2 = N1/2，按單體電池的排列順序，每兩個相鄰的單體電池為一個電池集合，每個電池集合通過轉換開關組連接同一并充模塊； 當NI為奇數時，N2 =(N1+1)/2，按單體電池的排列順序，每兩個相鄰的單體電池為一個電池集合，多余的一個單體電池為一個獨立的電池集合，每個電池集合通過轉換開關組連接同一并充模塊； 所述的轉換開關組均連接時序控制器。
6.根據權利要求5所述的電池組的充電裝置，其特征在于所述的轉換開關組為每個電池集合中在任何時刻只接通其中一個單體電池與并充模塊而進行充電的轉換開關。
7.根據權利要求5所述的電池組的充電裝置，其特征在于所述的轉換開關組為電子開關。
8.根據權利要求5所述的電池組的充電裝置，其特征在于所述的轉換開關組為機械觸點開關。
專利摘要本實用新型涉及一種電池組的充電裝置，所述電池組由若干個單體電池串聯而成，所述的充電裝置包括若干個并充模塊，各并充模塊分別與其對應的單體電池連接而構成充電回路，充電回路連接至時序控制器。本實用新型解決了因各電池充電結束順序的不同而出現的電池端電壓不一致的問題，可在充電中實現電池的均衡和最佳性能，減少了一半的并充模塊，可降低成本，減小體積，模塊化方便擴展。
文檔編號H02J7/00GK202616824SQ20122022034
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者陳春飛 申請人:陳春飛