CN101635381B - 内带均衡充电的动力锂离子电池充电机 - Google Patents

Abstract

内带均衡充电的动力锂离子电池充电机涉及一种锂离子电池充设备，具体为一种应用于动力锂离子电池充电的均衡器。内带均衡充电的动力锂离子电池充电机，包括充电机外壳，充电机外壳内装有充电机主体和均衡器，在均衡器一侧装有均衡器冷却风扇；充电机主体与均衡器连接，均衡器通过电池插口与外部的动力锂离子电池连接。本发明不再将均衡器设置在动力锂离子电池里面，而是将均衡器设置在充电机外壳内，增大了均衡器周围的空间，并加装了均衡器冷却风扇，有利于均衡器散热，因此允许均衡器通过较大的电流，增加动力锂离子电池的充电速度。

Description

内带均衡充电的动力锂离子电池充电机

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池充设备，具体为一种应用于动力锂离子电池充电的充电机。

背景技术

锂离子动力电池做为一种新型的动力技术，已经在电动自行车、电动摩托车、电动轿车、电动中巴和电动大巴等电动交通工具上得到广泛应用。基于锂离子动力电池的特性，即充电电压不可超过4.2V，放电电压不可低于2.6V。由于锂动力电池连续多次充放电循环会使单体产生差异，使得某个单体的充电电压可能超过4.2V而报废，实现锂动力电池安全均衡充电，这就对充电机提出更高要求。

现在动力锂离子电池上一般预先设置一套均衡器，以均衡各电池单体的电压。在充电时电池单体并联到均衡器。均衡器使每个电池单体在充电时保持电压相等，保证单个电池单体不会电压过高造成损坏。

现有的均衡器由电阻组组成，虽然正常情况下能够保证每个电池单体在充电时保持电压相等，但是不能承受大电流，以致不能满足高速充电的需要；发热量大，浪费能源，充电效率低；性能不稳定，容易烧毁。

现有的均衡器都是装在动力锂离子电池内部，所以对均衡器的温度有很大限制，在电流较大的情况下，均衡器的热量可能烧毁电池，因此对电流强度形成了；由于均衡器装在动力锂离子电池内部，不易于散热，更加限制了均衡器的电流强度，均衡器的电流强度受到了限制，动力锂离子电池的充电速度也就随之受到了限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种内带均衡充电的动力锂离子电池充电机，用于对动力锂离子电池充电，具有如下优点：承受大电流，能满足高速充电的需要；发热量小，节约能源，充电效率高；性能稳定，不易损坏；不再将均衡器设置在动力锂离子电池上，减轻了动力锂离子电池重量；采用智能化充电电压控制系统，便于为不同动力锂离子电池精确设置充电曲线，延长了电池寿命，进一步缩短了充电时间和减少了能源浪费。

本发明所要解决的技术问题可以通过如下技术方案来实现：

内带均衡充电的动力锂离子电池充电机，其特征在于，包括充电机外壳，充电机外壳内装有充电机主体和均衡器，在均衡器一侧装有均衡器冷却风扇；充电机主体与均衡器连接，均衡器通过电池插口与外部的动力锂离子电池连接。

本发明不再将均衡器设置在动力锂离子电池里面，而是将均衡器设置在充电机外壳内，增大了均衡器周围的空间，并加装了均衡器冷却风扇，有利于均衡器散热，因此允许均衡器通过较大的电流，增加动力锂离子电池的充电速度。同时减轻了动力锂离子电池本身的重量。

另外，由于本发明将动力锂离子电池与均衡器分离放置，均衡器的温度不会影响的动力锂离子电池，有利于降低电池故障，延长电池寿命；同时允许均衡器达到更高的温度，进而进一步允许均衡器承受更大的电流，进一步增加动力锂离子电池的充电速度。

所述充电机主体采用电流型高频开关电源，电流型高频开关电源通过高频开关电源输出电流控制装置与微型控制器连接，由微型控制器控制高频开关电源输出的电流曲线。

电流型高频开关电源具有输出电流易于控制，电流调整响应速度快的特点，在微型控制器的控制下可以迅速进行输出电流调整，精确的输出预先设置的动力锂离子电池充电曲线。

所述均衡器与动力锂离子电池间通过插头和插口连接。

所述均衡器包括给动力锂离子电池的单个电池充电的复数个相对独立的子均衡器，所述子均衡器连接动力锂离子电池的单个电池；

所述子均衡器包括监控单个电池电压的电压监控装置，电压监控装置具有两个信号输入端，分别连接单个电池的正极和负极；

电压监控装置具有一信号输出端，连接一开关电路的控制端，开关电路的输入端和输出端分别连接单个电池的正极和负极。

电压监控装置采集到单个电池的电压值，当电压值小于某一设定值时，电压监控装置控制开关电路断开输入端和输出端，即断开单个电池的正极和负极，电池正常充电；当电压值大于某一设定值时，电压监控装置控制开关电路接通输入端和输出端，即接通单个电池的正极和负极，电池放电以免过充。

电压监控装置包括一比较器，比较器的一输入端连接基准电压，比较器的另一输入端连接分压电阻组，分压电阻组连接单个电池两极，采集单个电池电压信号，比较器的输出端连接开关电路的控制端。

采集到单个电池电压信号后，与基准电压值进行比较，得出单个电池电压值是否过高。并向开关电路的控制端发出相应信号。

所述开关电路的控制端连接一三极管的集电极，所述三极管的另外两管脚分别连接单个电池两极。

所述三极管其中一个管脚串接有一电阻，所述电阻并联发光二极管。

开关电路的三极管导通与否受电压监控装置控制，单个电池电压过高三极管导通对其进行放电，所述电阻起到限流作用对放电速度进行限制，以免损坏电池。同时所述电阻起到反馈作用，三极管损坏击穿后放电电流失去控制，电阻两端电压较高，所述发光二极管点亮，使三极管的损坏情况形成视觉反馈。

本发明采用比较器对电压信号进行采集和比较，进而对三极管放电情况进行控制。比较器和三极管都有极高的反应速度，因此本发明反应速度快，可以对电池起到最及时的保护。三极管导通时电阻较小，可以承受较大电流，对于需要承受更大电流的情况可以选用大功率的三极管。

基于上述原因：因为本发明反应速度快、承载电流大，可以对单个电池的过充情况及时放电，所以可以允许锂离子电池充电机以更大的输出功率为锂离子电池充电，从而大大提高充电效率；

因为三极管导通时电阻较小，发热量小，节约能源，同时因为发热量小的原因本发明不易损坏。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明的整体结构原理图；

图2为本发明的子均衡器的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参照图1，内带均衡充电的动力锂离子电池充电机，包括充电机外壳11，充电机外壳11内装有充电机主体12和均衡器13，在均衡器13一侧装有均衡器冷却风扇14；充电机主体12与均衡器13连接，均衡器13通过插头和插口与外部的动力锂离子电池15连接。

本发明不再将均衡器13设置在动力锂离子电池15里面，而是将均衡器13设置在充电机外壳11内，增大了均衡器13周围的空间，并加装了均衡器冷却风扇14，有利于均衡器13散热，因此允许均衡器13通过较大的电流，增加动力锂离子电池15的充电速度。

另外，由于本发明将动力锂离子电池15与均衡器13分离放置，均衡器13的温度不会影响的动力锂离子电池15，有利于降低电池故障，延长电池寿命；同时允许均衡器13达到更高的温度，进而进一步允许均衡器13承受更大的电流，进一步增加动力锂离子电池15的充电速度。

充电机主体12采用电流型高频开关电源，电流型高频开关电源通过高频开关电源输出电流控制装置16与微型控制器17连接，微型控制器17采用单片机，微型控制器17控制充电机主体12输出的电流曲线。

电流型高频开关电源具有输出电流易于控制，电流调整响应速度快的特点，在单片机的控制下可以迅速进行输出电流调整，精确的输出预先设置的动力锂离子电池充电曲线。为了使动力锂离子电池充电曲线更加精确，单片机从电流型高频开关电源输出端采集电流信号，形成反馈。由于采集电流信号反馈的技术属于成熟技术，因此不再详述。

为提高充电机输出的恒压、恒流性能，电流型高频开关电源选用PWM控制模式的电流型高频开关电源，实现对充电机初级电流脉冲逐个进行检测并控制，因此在输入电压变化或输出负载变化而引起的初级电流变化能快速得到修正。实践证明，工作频率为25KHz时较为理想，此时脉冲间隔时间仅为20μs，因此动态响应时间为20μs。极高的响应速度为充电机提供高精度恒压、恒流特性，使其精度达±0.2％以上。

参照图2，所述均衡器13包括给动力锂离子电池15的单个电池21充电的复数个相对独立的子均衡器，所述子均衡器通过电池插口连接动力锂离子电池15的单个电池21。

子均衡器，包括监控单个电池21电压的电压监控装置22，电压监控装置具有两个信号输入端，分别连接单个电池21的正极和负极。

电压监控装置包括一比较器22，比较器22的一输入端连接基准电压端V，比较器22的另一输入端连接分压电阻R1、R2，分压电阻R1、R2组连接单个电池21两极，采集单个电池21电压信号，比较器22的输出端连接开关电路的控制端。

开关电路的控制端连接继电器J，继电器J的输入输出端分别连接单个电池1的正极和通过限流电阻R3连接三极管T的基极，三极管T的另外两管脚分别连接单个电池21两极。

三极管T其中一个管脚串接有一电阻RD，所述电阻RD并联发光二极管LED，发光二极管LED串联一个起保护作用的二极管。

电压监控装置通过分压电阻R1、R2，采集到单个电池的电压值，并于基准电压端V电压进行对比，当电压值小于基准电压端V电压时，电压监控装置控制开关电路断开输入端和输出端，即断开单个电池21的正极和负极，电池正常充电；当电压值大于基准电压端V电压时，电压监控装置控制开关电路接通输入端和输出端，即接通单个电池21的正极和负极，单个电池21放电以免过充。充电过程中，当某个单体电池充电电压超过额定值(3.7V)时，对应的子均衡器应当开通使单体电池分流，因此基准电压端V电压应设置为3.7V。

与三极管T连接的电阻RD起到限流作用对放电速度进行限制，以免损坏单个电池21。同时所述电阻RD起到反馈作用，三极管损T坏击穿后放电电流失去控制，电阻RD两端电压较高，所述发光二极管LED点亮，使三极管T的损坏情况形成视觉反馈，进行报警。

三极管和比较器均具有很高的反应速度和稳定性，本发明反应速度快、承载电流大，可以对单个电池的过充情况及时放电，所以可以允许锂离子电池充电机以更大的输出功率为锂离子电池充电，从而大大提高充电效率；

因为三极管导通时电阻较小，发热量小，节约能源，同时因为发热量小的原因本发明不易损坏。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.均衡充电的动力锂离子电池充电机，其特征在于，包括充电机外壳，充电机外壳内装有充电机主体和均衡器，在均衡器一侧装有均衡器冷却风扇；充电机主体与均衡器连接，均衡器通过电池插口与外部的动力锂离子电池连接；所述充电机主体采用电流型高频开关电源，电流型高频开关电源通过高频开关电源输出电流控制装置与微型控制器连接，由微型控制器控制高频开关电源输出的电流曲线；

所述均衡器包括给动力锂离子电池的单个电池充电的复数个相对独立的子均衡器，所述子均衡器通过电池插口连接动力锂离子电池的单个电池；

所述子均衡器，包括监控单个电池电压的电压监控装置，电压监控装置具有两个信号输入端，分别连接单个电池的正极和负极；

电压监控装置具有一信号输出端，连接一开关电路的控制端，开关电路的输入端和输出端分别连接单个电池的正极和负极；

所述电压监控装置包括一比较器，比较器的一输入端连接基准电压，比较器的另一输入端连接分压电阻组，分压电阻组连接单个电池两极，比较器的输出端连接开关电路的控制端；

所述开关电路的控制端连接一三极管的集电极，所述三极管的另外两管脚分别连接单个电池的两极；

所述开关电路的控制端连接一三极管的集电极，所述三极管其中一个管脚串接有一电阻，所述电阻并联发光二极管，使三极管的损坏情况形成视觉反馈。

2.根据权利要求1所述的均衡充电的动力锂离子电池充电机，其特征在于，所述电流型高频开关电源选用PWM控制模式的电流型高频开关电源。

3.根据权利要求1所述的均衡充电的动力锂离子电池充电机，其特征在于，所述微型控制器为单片机。

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