CN101325271A - 一种串联电池组均衡管理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种串联电池组均衡管理装置，均衡管理装置的工作电源及充电隔离电源的输入端经电源转换开关、自锁开关与电池组的输出电极或外部电源连接，在电池组充电、放电或闲置时，及无外部电源供电的情况下，均衡管理装置均可以对电池组中各单体电池的端电压进行均衡调整，使电池组中各单体电池端电压一致。采用级连连接的转换开关与电池组中各单体电池连接，避免因个别转换开关的故障或误动作导致的单体电池短路的灾难性后果。自锁开关避免了均衡管理装置非工作状态下对电池组的电能的消耗。

Description

一种串联电池组均衡管理装置
所属技术领域
本发明涉及一种串联电池组均衡管理装置，特别涉及一种可以在充电、放电及电池组闲置过程中对串联动力电池组中各单体电池的端电压进行均衡管理的装置。
背景技术
随着电动自行车、混合动力汽车的快速发展，对动力电池组需求日益增长，尤其是锂动力电池具有电压高、密度大、体积小、重量轻等优势，为业界所青睐，以锂电池串联组成的动力电池组应用越来越多。
由于构成电池组的各个单体电池的荷电能力、充电和放电特性及寿命等初始差异及电池组服役过程中各个电池特性的变化不一致，串联电池组中的一个单体电池的荷电能力下降或失效时，该单体电池在充电过程中表现为端电压上升过快或过慢，还会伴随电池发热，采用普通的充电方法会在检测到一个单体电池的端电压超过规定电压而其它电池尚未充满时停止充电，导致整个电池组的荷电能力无法发挥。
中国专利200520061050.7公开了一种带有均压分流控制板的串联电池组充电控制装置，均压分流控制板附加在每个单体电池上，充电过程中可以对端电压较高的单体电池进行分流，以减少该单体电池的充电电流，降低其端电压的上升速度，达到各单体电池端电压一致的目的，由于均压分流电路工作时耗散能量，会伴随发热，对于大功率、大容量的电池，均压分流控制电路的作用极为微弱。
中国专利02127989.6公开了一种蓄电池组分只均充方法及装置，通过继电器的切换，对串联电池组中的各单体电池依次充电，达到各单体电池端电压一致的目的。但是该方法效率较低。将各单体电池通过继电器直接连接到充电电源的方法存在安全隐患，在众多继电器中有一个继电器发生故障(如触点粘结)时，另一继电器动作将导致电池组中一个或多个电池短路，对于大型动力电池组将是灾难性的事故。
中国专利200610157109.1公开了一种动力电池组电压均衡管理装置，通过充电电池选通模块和放电电池选通模块，及隔离充电/放电单元，可以实现用动力电池组中电压较高的电池单体向电压较低的电池单体充电，达到动力电池组中各单体电池的端电压趋于一致。该方案必须同时控制充电电池选通模块和放电电池选通模块，控制系统复杂，对控制元件要求较高，选通模块中任何一个选通开关的故障，都可能造成电池短路的灾难性后果。
发明内容
本发明提出了一种串联电池组均衡管理装置，在电池组充电、放电或闲置时均可以对电池组中各单体电池的端电压进行均衡调整，保持电池组中各单体电池端电压状态一致，实现高效均衡管理的同时避免因个别元件的故障可能导致的灾难性后果，提高电池组均衡管理的安全性。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：控制器6通过端电压检测电路4实时检测串联电池组中各单体电池的端电压，充电隔离电源7的输入端经自锁开关9与串联电池组的输出电极连接，充电隔离电源7中的隔离DC/DC转换电路将串联电池组的端电压转换成略高于单体电池的端电压，经恒流控制电路构成恒流充电电源，控制器6依据检测到的各单体电池的端电压，控制级连的转换开关，将恒流充电电源连接到端电压最低的单体电池，为端电压最低的单体电池充电，当该单体电池的端电压上升到与电池组中当时最高电压的单体电池的端电压的差值小于规定值时，停止对该单体电池充电。控制器重新检测当前各单体电池的端电压，控制级连的转换开关，对端电压最低的单体电池充电，以此类推，直到所有电池的端电压达到均匀一致。
多个双端转换开关采用级连的方式连接构成级连连接的转换开关2，参见图1，每个双端转换开关的移动端与相邻双端转换开关常闭端相连，各双端转换开关的常开端与电池组中各单体电池的电极一一对应连接，第一个双端转换开关的移动端，即级连连接的转换开关的输入端，经自锁开关9与充电隔离电源7连接，级连连接的转换开关避免因个别双端转换开关的故障或误动作导致的单体电池短路的灾难性后果。
均衡管理装置的工作电源及充电隔离电源的输入端经自锁开关与电池组的输出电极相连接，在电池组充电、放电或闲置时，及无需外部电源供电的情况下，均衡管理装置也可以正常工作。
自锁开关受控制器的控制，在均衡管理完成后，控制器释放自锁开关，关闭均衡管理装置的工作电源和均衡充电电源，避免对电池组的电能消耗。
本发明的有益效果是：均衡管理装置的工作电源及充电隔离电源的输入端经电源转换开关10、自锁开关9与电池组的输出电极或外部电源连接，在电池组充电、放电或闲置时，及无外部电源供电的情况下，均衡管理装置均可以对电池组中各单体电池的端电压进行均衡调整，保持电池组中各单体电池端电压的一致。
采用级连连接的转换开关与电池组中各单体电池连接，避免因个别转换开关的故障或误动作导致的单体电池短路的灾难性后果。
自锁开关9受控制器6的控制，置于工作电源8及充电隔离电源7与电池组输出电极连接的通路上，避免了均衡管理装置非工作状态下对电池组的电能的消耗。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是串联电池组均衡管理装置的电路结构图。
图2是控制器6的微控制器程序流程图。
图中，1、串联电池组中的单体电池，2、级连连接的转换开关，3、均衡充电选通电路，4、端电压检测电路，5、充电开关，6、控制器，7、充电隔离电源，8、工作电源，9、自锁开关，10、电源转换开关，11、主充电开关，12、主放电开关。
具体实施方式
本实施例是一个动力电池组的均衡管理装置，串联的动力电池组由14个20AH的锂电池构成，电池组的输出电压为42～58.8V，参见图1，级连连接的转换开关2使用14个双端转换电磁继电器(JQX-14F-2Z)，按图1所示连接各双端转换电磁继电器及个单体电池。各双端转换电磁继电器的控制端与均衡充电选通电路3连接.均衡充电选通电路3使用数字解码集成电路(CD4514)，其输出端与级连连接的转换开关2中14个继电器的控制端连接，数字输入端与控制器6连接。端电压检测电路4由前端信号调整及A/D转换器构成，前端信号调整采用高共模差分放大器集成电路(MAX4080)，A/D转换器采用16路12位A/D转换器集成电路(ad7490)，端电压检测电路4将各单体电池端电压转换为数字量。控制器6使用AT89C51微控制器，与端电压检测电路连接，采集各单体电池的端电压，控制充电开关5，并通过均衡充电选通电路3控制级连连接的转换开关2，将端电压最低的单体电池的正负电极通过充电开关5与充电隔离电源7连接。充电隔离电源7使用输出电压可调DC/DC隔离变换器，在DC/DC隔离变换器的输出端串联一个限流电阻(R)，控制器6依据检测到的端电压最低的单体电池的当前端电压值控制充电隔离电源7的DC/DC隔离变换器的输出电压，使输出电压高于正在均衡充电的电池的当前端电压0.2V，从而控制均衡充电的电流为0.2V/R。自锁开关9由一个复位按键和一个常开触点的电磁继电器(JQX-14F-1H)构成，复位按键与电磁继电器一对常开触点并联，电磁继电器的控制端与控制器6连接。
主充电开关11和主放电开关12使用常开触点的电磁继电器(JQX-14F-1H)，其控制端与控制器6连接。
电源转换开关10使用手动单转换开关，充电时，或有外电源时，将电源转换开关10的游动端与b点连接，即可以使用充电机或外部提供的DC24V～60V的电源对电池组的各单体电池进行均衡充电。当电池组闲置、放电或不具备外部供电时，将电源转换开关10的游动端与a点连接，按一次自锁开关9的复位按键，控制器6上电工作并向自锁开关9的电磁继电器输出闭合控制信号。电磁继电器闭合，维持均衡管理装置的供电。当均衡充电结束后，控制器6向自锁开关9的电磁继电器输出断开控制信号，断开均衡管理装置的供电，均衡管理装置不再消耗电池组的电能。
参见图2，编制控制器6的微控制器程序流程，微控制器实时检测各单体电池的端电压，并依据各单体电池的端电压、端电压最大值、端电压最小值及端电压最大值与端电压最小值的差值控制均衡充电的进程，并对主充电和主放电进行控制，当各单体电池的端电压的差值小于0.1V时，均衡充电结束。

Claims (3)

1.一种串联电池组均衡管理装置，包括级连连接的转换开关(2)，均衡充电选通电路(3)，控制器(6)，充电隔离电源(7)，自锁开关(9)，其特征在于：充电隔离电源(7)的输入端经自锁开关(9)与串联电池组的输出电极连接。
2.根据权利要求1所述的一种串联电池组均衡管理装置，其特征在于：所述的级连连接的转换开关(2)由多个双端转换开关采用级连的方式连接构成，每个双端转换开关的移动端与相邻双端转换开关常闭端相连，各双端转换开关的常开端与电池组中各单体电池的电极一一对应连接。
3.根据权利要求1所述的一种串联电池组均衡管理装置，其特征在于：所述的自锁开关(9)包含有一个复位开关和一个常开触点的开关，常开触点开关的控制端与控制器(6)连接。
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