CN101527463A - 锂离子动力电池组均充系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子动力电池组均充系统，其包括若干个串联的电池单体、一个单相或三相AC接口、一个MCU、若干个均充单元、一个专用控制器和若干通讯线。AC接口与所有均充单元分别连接而为其供电，每个均充单元都与一个对应的电池单体的正负极相连接而为电池单体单独供电，专用控制器通过通讯线与每一个均充单元和MCU通讯连接。相对于现有技术，本发明以均充单元对每个电池单体进行单独充电，充电过程中，电池组的正负极之间并未形成回路，各个电池单体的充电状态互不影响，能够相互独立的达到满充状态，有效避免了电池单体不一致带来的问题。

Description

锂离子动力电池组均充系统
技术领域
本发明涉及一种锂离子动力电池组的充电系统，尤其是一种锂离子动力电池组均充系统。
背景技术
锂离子动力电池组具有能量密度高、比功率大、循环寿命长、容量大、内阻小等诸多优点，因此在电动汽车中得到了日益广泛的应用。
动力汽车的动力电池组一般由若干个电池单体串并联而成，不同的电池单体可能会由于制造和使用环境的不同存在一定的差异。在动力电池组的使用过程中，电池单体的差异性会逐步恶化，这不仅影响了整个动力电池组的性能和使用寿命，而且还会降低安全性能。
例如，在动力电池组充电过程中，其中的某一个或某几个具有较高电压的电池单体会比其他电池单体更早地进入过充状态，此时，如果继续为动力电池组充电，发生过充的电池单体就可能极化作用加强、升温加剧，以致发生燃烧甚至爆炸。如果在具有较高电压的电池单体过充后即停止对整个电池组充电，虽然能够避免发生安全事故，但却无法保证其他电池单体满充，从而造成部分电池容量的浪费。
为了解决上述问题，现有技术的锂离子动力电池组充电时主要采用两种方法平衡电池单体的电压：一种为能量消耗法，另一种为能量转移法。
请参阅图1，在使用能量消耗法充电的动力电池组中，每一个电池单体都与一个限压负载并联，每个限压负载均包括一个电阻和一个开关。充电开始时，开关都处于断开状态。充电过程中，检测电路对每个电池单体的充电状态进行检测，并将检查到的电压信息反馈给微控制单元(Micro controller unit，MCU)，若MCU发现某个电池单体的电压值超过设定电压，则其限压负载的开关接通，使电池单体对所连电阻放电，消耗掉部分能量而使电压重新回到设定值，然后再断开限压负载的开关，直至每个电池单体的电压都达到设定值，从而实现电池组的平衡充电。
但是，能量消耗法会在限压负载的电阻上消耗很多能量，与绿色节能的精神相悖。此外，电阻产生的热量也会为动力电池组的散热带来负担。
请参阅图2，在使用能量转移法充电的动力电池组中，所有电池单体都分别通过切换阵列和检测电路与隔离型DC/DC并联。隔离型DC/DC一般为一个容量较大的可充电电池，其电压与电池组中各电池单体额定电压相同。开始充电时，隔离型DC/DC的可充电电池处于放电状态，并与每个单体电池断路。充电过程中，检测电路对每个电池单体的充电状态进行检测，并将检测到的信息反馈至MCU，若MCU发现某个电池单体的电压值超过设定电压，则通过切换阵列将该电池单体与隔离型DC/DC相连接，电池单体即开始为隔离型DC/DC的电池充电。当该电池单体的电压下降到设定值时，MCU发出指令切断电池单体和隔离型DC/DC之间的并联回路，直至使每个电池单体的电压都达到设定值，从而实现电池组平衡充电。当动力电池组放电时，检测电路对每个电池单体的电压进行检查，若发现哪个电池单体的电压较低，则通过隔离型DC/DC的可充电电池对其充电。但是，上述充电系统内部结构复杂，可靠性低。
有鉴于此，确有必要提供一种结构简单的锂离子动力电池组均充系统。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种结构简单的锂离子动力电池组均充系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂离子动力电池组均充系统，其包括若干个串联的电池单体、一个单相或三相AC接口、一个MCU、若干个均充单元、一个专用控制器和若干通讯线，AC接口分别与所有均充单元连接而为其供电，每个均充单元都与一个电池单体的正负极相连接而为电池单体单独供电，专用控制器通过通讯线与每一个均充单元和MCU通讯连接。
作为本发明锂离子动力电池组均充系统的一种改进，所述各个均充单元都包括一个能将交流电转换为直流电的AC/DC转换器。
作为本发明锂离子动力电池组均充系统的一种改进，所述各个均充单元都包括一个能检测相应电池单体的电压、电流、温度和内阻的测控单元，测控单元检测到的数据通过通讯线传送至专用控制器。
作为本发明锂离子动力电池组均充系统的一种改进，所述专用控制器的功能包括以下功能中的一种或几种：为AC/DC转换器提供经校准的恒流、恒压基准，监测并记录来源于AC/DC转换器的充电电流、来源于电池单体电极和温度传感器的电压和温度，监测电池单体的端电压和温度，判断是否过压以决定是否断开AC/DC转换器，判断是否欠压和超温，根据设定的截止电流条件和定时条件判断是否结束充电，并向AC/DC转换器发出断开命令。
作为本发明锂离子动力电池组均充系统的一种改进，所述锂离子动力电池组均充系统包括一个与电池单体串联的开关，MCU通过控制开关断开来保护电池组。
作为本发明锂离子动力电池组均充系统的一种改进，所述通讯线为隔离通讯线。
相对于现有技术，本发明以均充单元对每个电池单体进行单独充电，充电过程中，电池组的正负极之间并未形成回路，各电池单体的充电状态互不影响，因此能够相互独立的达到满充状态，有效避免了电池单体不一致带来的问题。
此外，本发明的电路结构比较简单，避免了电池组中各种结构复杂的均衡控制，因此能够将以往难度大的专用充电机化整为零，使充电电路和动力电池组结合为一体。对外实现直接和通用的交流电接口，便于随时随地为动力电池组进行充电，具有良好的实用性。
附图说明
下面结合附图和各个具体实施方式，对本发明及其有益技术效果进行详细说明，其中：
图1为现有技术中一种锂离子动力电池组均充系统的示意图，其使用能量消耗法平衡电池单体的电压。
图2为现有技术中另一种锂离子动力电池组均充系统的示意图，其使用能量转移法平衡电池单体的电压。
图3为本发明锂离子动力电池组均充系统的示意图。
图4为图3所示锂离子动力电池组均充系统中，均充单元的一个具体实施方式的示意图。
具体实施方式
图3所示为本发明锂离子动力电池组均充系统的结构示意图，其包括若干个电池单体20、一个开关S1、若干个均充单元40、一个单相或三相AC接口42、一个微控制单元60(Micro controller unit，MCU)、一个专用控制器70和若干隔离通讯线80。
电池单体20在电池组的正极和负极之间串联连接，并在图示实施方式中于负极端与开关S1串联。均充单元40的数量和电池单体20的数量相同，每一个均充单元40的两端分别与一个电池单体20的正负极对应连接。单相或三相AC接口42分别与所有均充单元40连接并为其供电，专用控制器70通过隔离通讯线80分别与每一个均充单元40和MCU 60通讯连接。
请一并参阅图4，每个均充单元40都包括一个能将交流电转换为直流电的AC/DC转换器46和一个能检测相应电池单体20的电压、电流、温度和内阻的测控单元44，测控单元44检测到的电压、电流等数据通过隔离通讯线80传送至专用控制器70。
MCU 60与一个设于电池组负极输出线的霍尔传感器62连接。MCU 60通过隔离通讯线80接收电池组各单元信息，并通过控制开关S1的开闭来执行保护动作。
在充电期间，专用控制器70为AC/DC转换器46提供经校准的恒流、恒压基准，监测并记录来源于AC/DC转换器46的充电电流、来源于电池单体20电极和温度传感器的电压和温度，监测电池单体20的端电压和温度，判断是否过压以决定是否断开AC/DC转换器46，判断是否欠压和超温，并将所有信息按约定协议通过隔离通讯线80发送给与其连接的电脑(图未示)；在恒压充电阶段，专用控制器70还可以根据设定的截止电流条件和定时条件判断是否结束充电，并向AC/DC转换器46发出断开命令。
在使用本发明锂离子动力电池组均充系统充电时，外部单相或三相交流电源通过AC接口42供电，电流先流入各个均充单元40，经AC/DC转换器46转换为直流电后再对每个电池单体20进行单独充电。因为电池组的正负极之间未形成回路，所以各个电池单体20的充电状态互不影响。
各个均充单元40中的测控单元44对相应电池单体20的电压、电流、温度和内阻进行检测，并通过隔离通讯线80将检测到的数据传送至专用控制器70，使用隔离通讯线80可以防止外界信号对传输信号的干扰。专用控制器70为AC/DC转换器46提供经校准的恒流、恒压基准，监测并记录来源于AC/DC转换器42的充电电流、来源于电池单体20的电极和温度传感器的电压和温度，监测电池单体20的端电压和温度，判断是否过压以决定是否断开充电源42，判断是否欠压和超温，从而实现先恒流后恒压地为电池单体20充电。在恒压充电阶段，专用控制器70还可以根据设定的截止电流条件和定时条件判断是否结束充电，并向AC/DC转换器46发出断开命令，完成充电过程。
本发明以均充单元40分别对每个电池单体20进行单独充电，在充电过程中，电池组的正负极之间未形成回路，因此各电池单体20的充电状态互不影响，能够相互独立的达到满充状态，有效避免了因电池单体20不一致带来的种种问题。此外，本发明的电路结构简单，避开了电池组中各种结构复杂的均衡控制，因此能够将现有的专用充电机化整为零，使充电电路和动力电池组结合为一体，对外实现直接和通用的交流电接口，便于随时随地为动力电池组进行充电，具有良好的实用性。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (6)

1、一种锂离子动力电池组均充系统，其包括：若干个串联的电池单体、一个单相或三相AC接口和一个MCU，其特征在于：所述锂离子动力电池组均充系统还包括若干个均充单元、一个专用控制器和若干通讯线，AC接口与所有均充单元分别连接而为其供电，每个均充单元都与一个对应的电池单体的正负极相连接而为电池单体单独供电，专用控制器通过通讯线与每一个均充单元和MCU通讯连接。
2、根据权利要求1所述的锂离子动力电池组均充系统，其特征在于：所述每一个均充单元都包括一个能将交流电转换为直流电的AC/DC转换器。
3、根据权利要求2所述的锂离子动力电池组均充系统，其特征在于：所述每一个均充单元都包括一个能检测相应电池单体的电压、电流、温度和内阻的测控单元，测控单元检测到的数据通过通讯线传至所述专用控制器。
4、根据权利要求3所述的锂离子动力电池组均充系统，其特征在于：所述专用控制器的功能包括以下功能中的一种或几种：为AC/DC转换器提供经校准的恒流、恒压基准，监测并记录来源于AC/DC转换器的充电电流、来源于电池单体电极和温度传感器的电压和温度，监测电池单体的端电压和温度，判断是否过压以决定是否断开AC/DC转换器，判断是否欠压和超温，根据设定的截止电流条件和定时条件判断是否结束充电，并向AC/DC转换器发出断开命令。
5、根据权利要求1至4中任意一项所述的锂离子动力电池组均充系统，其特征在于：所述锂离子动力电池组均充系统包括一个与电池单体串联的开关，所述MCU通过控制开关断开来保护电池组。
6、根据权利要求1至4中任意一项所述的锂离子动力电池组均充系统，其特征在于：所述通讯线为隔离通讯线。
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