一種串聯蓄電池組的充放電均衡系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種串聯蓄電池組的充放電均衡系統，包括系統控制單元、電流發生器、蓄電池組成，其特征在于：蓄電池組由若干節蓄電池串聯組成，除了最上面的蓄電池外每個蓄電池分別接有一個電流發生器；每個電流發生器連接到控制單元，由控制單元控制；電流發生器由正向電流開關和正向續流器、反向電流開關和反向續流器及均流器組成，均流器的一端連接到電流發生器的輸出，另外一端連接正向電流開關、正向續流器、反向電流開關、反向續流器；正向電流開關與正向續流器并聯；反向電流開關與反向續流器并聯。本實用新型優點是：充電時，能夠對不同容量的電池進行個性化充電，確保每個電池均能充滿；放電時，能夠對容量低的電池進行電流補償，使得低容量的電池能延長放電時間，高容量的電池能容量盡可能釋放。
【專利說明】—種串聯蓄電池組的充放電均衡系統
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及的是一種串聯蓄電池組的充放電均衡技術。
【背景技術】
[0002]蓄電池組廣泛應用于電力、電信、建筑、電動汽車、艦船、航天等領域中，作為系統的后備電源使用，蓄電池組大多采用串聯的連接方式，由于電池的品質差異，導致多次充放電后，部分電池容量下降，甚至存在部分損壞的現象。如果串聯的電池組中存在損壞的電池，在放電時，會導致系統過早啟動放電保護，而停止放電，此時大部分好的電池，仍有很多富裕的容量沒有被釋放，而使得的系統沒有起到應有的備用電源的作用。在充電時，由于容量低電池更早充滿，導致系統進入浮充狀態，這樣容量大的電池就不能充滿。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種用串聯蓄電池組的充放電均衡系統，該系統在充電時，能夠對不同容量的電池進行個性化充電，確保每個電池均能充滿。在放電時，還能夠對容量低的電池進行電流補償，使得低容量的電池能延長放電時間，高容量的電池能容量盡可能釋放。在極端情況下，放電時若有個別電池開路，本系統仍能持續放電，直至電池容量放盡。
[0004]本實用新型所述系統輸入為直流，將電池組的輸出接入的系統的充電輸入端時，系統可實現在放電過程中的均衡控制。由于本方案無需要開關電源、變壓器，因此系統具有功能強大，成本低的優勢。
[0005]本實用新型是通過以下技術方案實現的:一種串聯蓄電池組的充放電均衡方法，包括N個串聯的蓄電池和連接在N個串聯的蓄電池兩端的電源，其特征在于:設置一個控制器，控制器控制連接N-1個電流發生器，電流發生器并接在兩個蓄電池之間，電流發生器可以對所并接端輸入或輸出電流，電流發生器有一輸出電流端連接電源的正極端或負端。電源對N個串聯的蓄電池充電放時，蓄電池的動態檢測數據送控制器，連接在蓄電池上下兩端的電流發生器在控制器的控制下，按照蓄電池充放電的額定電流曲線動態地調整充放電的電流值，滿足該蓄電池充放電最優狀態。N個串聯的蓄電池的首個蓄電池僅由其后端連接的電流發生器動態地調整充放電的電流值。N個串聯的蓄電池的末個蓄電池僅由其前端連接的電流發生器動態地調整充放電的電流值。實現權利要求1所述方法的串聯蓄電池組的充放電均衡系統，包括系統控制單元1、電流發生器2、蓄電池3 (或蓄電池模塊9)，其特征在于:蓄電池組由若干節蓄電池3 (或蓄電池模塊9)串聯組成，每個蓄電池3 (或蓄電池模塊9)分別接有一個電流發生器2。電流發生器2連接充電輸入正極5和充電輸入負極8，每個電流發生器2的M腳和P腳連接到控制單元。包括正向電流開關11和正向續流器12，反向電流開關13和反向續流器14及均流器15，其特征在于:均流器15的一端連接到輸出腳O腳,另外一端連接正向電流開關11、正向續流器12、反向電流開關13、反向續流器14。正向電流開關11與正向續流器12并聯。反向電流開關13與反向續流器14。正向電流開關11的控制端連接到P腳。反向電流開關13的控制腳連接到M腳。其中正向電流開關、反向電流開關，可以用MOS管實現。正向續流器、反向續流器可以用二極管實現。其中正向電流開關、正向續流器可以用具有集成續流二極管的MOS管實現，反向電流開關，反向續流器可以用具有集成續流二極管的MOS管實現。均流器15可以用電感實現。還可以采用分級結構，將權利要求書2所述串聯蓄電池組的充放電均衡系統看作一個蓄電池模塊9，多個蓄電池模塊9按照權利要求書2所述充放電均衡系統的結構進行連接，形成級聯嵌套的系統結構。
[0006]本實用新型具有以下有益效果:1、結構簡單，電流發生器2中，正向電流開關11和正向續流器12、反向電流開關13和反向續流器14可以采用集成續流二極管的MOS管，此時電流發生器2只有三個元件，結構簡單，價格低廉，功能強大。2、該系統在充電時，能夠對不同容量的電池進行個性化充電，確保每個電池均能充滿。3在放電時，如果將蓄電池組的輸出連接到充電輸入5能夠對容量低的電池進行電流補償，使得低容量的電池能延長放電時間，高容量的電池能容量盡可能釋放。在極端情況下，放電時若有個別電池開路，本系統仍能持續放電，直至電池容量放盡。3、本技術還可以分級連接，將一組如圖一所示的電路看成為一個蓄電池模塊9，替代圖一中的蓄電池3，后形成更大規模的蓄電池組，如圖三所示，由于每個電池模塊9內部的電流發生器2內的MOS管只需承受蓄電池模塊9的充電電壓，而無需承受圖三中總的充電輸入電壓，因此可以選擇導通電阻更小，耐壓更低，成本更低的MOS管，因此這種分級的系統連接結構，可進一步降低系統的成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]附圖1為本實用新型的系統原理圖。
[0008]附圖2為本實用新型的電流發生器原理圖。
[0009]附圖3為本實用新型的多級系統連接原理圖。
[0010]下面結合實施例對本實用新型做詳細說明。
【具體實施方式】
[0011]一種串聯蓄電池組的充放電均衡方法，包括N個串聯的蓄電池和連接在N個串聯的蓄電池兩端的電源，其特征在于:設置一個控制器，控制器控制連接N-1個電流發生器，電流發生器并接在兩個蓄電池之間，電流發生器可以對所并接端輸入或輸出電流，電流發生器有一輸出電流端連接電源的正極端或負端。電源對N個串聯的蓄電池充電放時，蓄電池的動態檢測數據送控制器，連接在蓄電池上下兩端的電流發生器在控制器的控制下，按照蓄電池充放電的額定電流曲線動態地調整充放電的電流值，滿足該蓄電池充放電最優狀態。N個串聯的蓄電池的首個蓄電池僅由其后端連接的電流發生器動態地調整充放電的電流值。N個串聯的蓄電池的末個蓄電池僅由其前端連接的電流發生器動態地調整充放電的電流值。一種串聯蓄電池組的充放電均衡系統如圖一，包括控制單元1、電流發生器2、蓄電池3組成，其特征在于:多節蓄電池3采用串聯連接方式。每個電流發生器2的輸出端O腳連接對應蓄電池正極6。電流發生器2的V腳連接充電輸入正極5，電流發生器2的G腳連接充電輸入負極8。所有的電流發生器2的P腳和M腳連接到控制單元I。蓄電池3數量比電流發生器2數量多一個，串聯蓄電池組的最上端的蓄電池3不連接電流發生器2，直接連接充電輸入正極5。
[0012]控制單元I是一個具有驅動多個電流開關的電路模塊，可以控制每個電流發生器2的輸出電流的大小和方向。
[0013]電流發生器2的結構如圖二所示，由正向電流開關11和正向續流器12，反向電流開關13和反向續流器14及均流器15組成。均流器15的一端連接到輸出腳O腳，另外一端連接正向電流開關11、正向續流器12、反向電流開關13、反向續流器14。正向電流開關11與正向續流器12并聯。反向電流開關13與反向續流器14并聯。正向電流開關11的控制端連接到P腳。反向電流開關13的控制腳連接到M腳。正向續流器12和反向續流器14的作用是:當正向電流開關11、反向電流開關13關閉時為均流器15中電流提供泄放通路。
[0014]電流發生器2正常使用時V腳連接充電輸入正極5，G腳連接充電輸入負極8。M腳、P腳連接控制單元I。輸出腳O腳連接到電池正極。電路工作時，充電輸入正極5電位應高于輸出腳O腳的電位,輸出腳O腳的電位高于充電輸入負極8的電位。均流器15的作用是輸出穩定的電流。
[0015]當正向電流開關11導通而反向電流開關13斷開時，由于V腳和O腳的電壓差，而在均流器15上產生流出O腳的電流，此時當正向電流開關11斷開，則自反向續流器14提供均流器15的電流，因此當P腳上出現適當頻率和適當占空比的連續PWM的方波時，在O腳上將產生連續可控的流出電流。
[0016]反之，當反向電流開關13導通而正向電流開關11斷開時，由于O腳和G腳的電壓差，而在均流器15上產生流入O腳的電流，此時當反向電流開關13斷開，則自正向續流器12提供均流器15的電流，因此當M腳上出現適當頻率和適當占空比的連續PWM的方波時，在O腳上將產生連續可控的流入電流。
[0017]從正向續流器12或反向續流器14流過的電流對均衡各個電池之間的能量也具有重要作用，與均流器15中的電流組合控制，即可實現對每節電池的均衡充電或均衡放電。
[0018]特別的，如果在正向續流器12有電流流過時，關閉正向電流開關11。而在反向續流器14有電流流過時，關閉反向電流開關13。將有助于大大降低反向續流器14、正向續流器12的功耗，可系統效率達到更高。
[0019]因此電流發生器可以產生大小和方向可控的電流。當按照上述方法連接系統時，除了最上段的蓄電池3外每個蓄電池3都連接一個電流發生器2，本專業技術人員根據電路原理不難理解如果能夠控制每個電流發生器2的電流，將可以控制流過每個蓄電池的電流。
【權利要求】
1.串聯蓄電池組的充放電均衡系統，包括系統控制單元(I)、電流發生器(2)、蓄電池(3)或蓄電池模塊(9)，其特征在于:蓄電池組由若干節蓄電池(3)或蓄電池模塊(9)串聯組成，每個蓄電池(3)或蓄電池模塊(9)分別接有一個電流發生器(2);電流發生器(2)連接充電輸入正極(5)和充電輸入負極(8)，每個電流發生器(2)的M腳和P腳連接到控制單J Li ο
2.按權利要求1所述的串聯蓄電池組的充放電均衡系統，其特征在于:所述的電流發生器(2)，包括正向電流開關(11)和正向續流器(12)，反向電流開關(13)和反向續流器(14)及均流器(15)，均流器(15)的一端連接到輸出腳O腳，另外一端連接正向電流開關(11)、正向續流器(12)、反向電流開關(13)、反向續流器(14);正向電流開關(11)與正向續流器(12)并聯；反向電流開關(13)與反向續流器(14);正向電流開關(11)的控制端連接到P腳；反向電流開關(13)的控制腳連接到M腳。
3.按權利要求2所述的的串聯蓄電池組的充放電均衡系統，其特征在于:其中正向電流開關、反向電流開關，可以用MOS管實現；正向續流器、反向續流器用二極管實現。
4.按權利要求2所述的的的串聯蓄電池組的充放電均衡系統，其特征在于:其中正向電流開關、正向續流器可以用具有集成續流二極管的MOS管實現，反向電流開關，反向續流器用具有集成續流二極管的MOS管實現。
5.按權利要求2所述的串聯蓄電池組的充放電均衡系統，其特征在于:均流器(15)用電感實現。
6.按權利要求1所述的串聯蓄電池組的充放電均衡系統，其特征在于:采用分級結構，將權利要求1所述串聯蓄電池組的充放電均衡系統看作一個蓄電池模塊(9)，多個蓄電池模塊(9)按照權利要求1所述充放電均衡系統的結構進行連接，形成級聯嵌套的系統結構。
【文檔編號】H02J7/00GK203827003SQ201420069387
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年2月18日 優先權日:2014年2月18日
【發明者】李強, 趙春萌, 陳小山 申請人:寶星電器（上海）有限公司