CN101777675A - 均衡充电方法及均衡充电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种均衡充电方法及一种均衡充电器，均衡充电方法具有以下步骤：①将电池组中的N(N为整数，N≥2)节单体电池并联；②同时对N节单体电池进行独立快速充电；③各单体电池均达到充电要求后，电池组充电完成。本发明的均衡充电方法将电池组的各单体电池从串联放电的模式改变为并联的模式以同时对电池组的每节电池进行独立充电，这样就能简单地对各单体电池的充电过程进行独立的控制，以保证对各单体电池均衡充电。本发明的充电器以单片机控制中心为核心，简单且精确地实现对各节电池的独立充电和独立控制。

Description

均衡充电方法及均衡充电器

技术领域

本发明涉及一种对电池进行充电的方法及充电器，特别是涉及一种铅酸电池的均衡充电的方法以及运用这种方法的均衡充电器。

背景技术

电池是各种电动设备如电动汽车的主要储能元件，是个比较关键的部件，电池的性能将直接影响到电动汽车的性能。

通常使用的可充电电池组是将多个可充电电池进行串联而组成，所以单节电池是构成电池组的基本单元。从对电动汽车的使用过程中发现，电动汽车中的电池组使用寿命远短于单节电池的正常使用寿命，研究表明这是因为电池存处在不均衡的状态中。

在组成串联电池组的单节电池之间，由于一致性不好和其他因素的影响，使得串联电池组在使用中各节电池所表现出的应用性能也有不同，从而形成了木桶效应。当串联电池组处于充电状态时，往往会出现一节电池被充满时，其他电池还处于未充满状态，由于是串联连接，所以，被充满的单节电池处于过充电状态，直至所有单节电池都被充满电。电池的过充电不仅会使电池的使用寿命大大减少，而且还可能发生电池爆裂的危险。而如果为了避免过充，就会存在有单节电池充电不够的问题，充电少的电池的寿命缩短，引起所在的电池组的寿命缩短，从而使整个电池系统的寿命缩短。由此，充放电过程不均衡，不断重复的充放电过程更加剧了不均衡现象，在这样的状态下长期使用，将会使整个串联电池组的性能大大降低，甚至发生电池组过早的损坏。

当发生电池组损坏的情况时，通常采用的办法就是更换整个电池组，尚未发生损坏的单节电池在更换中也同时被废弃，这种做法造成了很大的浪费。为了解决这些问题必须对电池进行综合有效的均衡充电管理。

传统的处理方式有能耗式均衡方法、双向反激直流-直流转换器均衡方法、双向反激直流-直流转换器均衡方法、同轴多绕组变压器(CWT)的进行充放电均衡方法、双向非能耗式电流转换器均衡方法和升降压直流一直流转换器的充电均衡方法等。

能耗式均衡方法的特点是将过剩的能量消耗掉以避免电池受到损害，此种方式会造成能量的浪费。

双向反激直流一直流转换器均衡、双向反激直流-直流转换器均衡方法可以实现一定的实验性均衡效果，但是由于电路带有大量感性元件、结构复杂、电路体积大等缺陷，降低了其实用性。

同轴多绕组变压器(CWT)的进行充放电均衡方法，理论上同轴多绕组变压器均衡可以完全实现蓄电池充放电均衡，并且不需要功率开关的使用，控制也比较简单。但在实际应用中，变压器的寄生效率，尤其是变压器的漏磁，会导致各个端电压并不相同，各电池模块会造成能量紊乱。

双向非能耗式电流转换器均衡方法，双向非能耗式电流转换器均衡方案可以实现一定的实验性均衡效果，但由于电路结构复杂、能量损耗大等缺陷，限制了其实用性。升降压直流一直流转换器的充电均衡方法，升降压直流一直流转换器均衡方案可以实现一定的实验性均衡效果，但由于能量转移过程中损耗较大，局限了均衡效果的实现，降低了其实用性。

美国专利US 6,046,573《电池组均衡充电系统》(System for Equalizing the Level ofCharge in Batteries)，该系统对每节电池的充放电都是通过一个独立的DC-DC转换器实现，其效率会非常低，电路结构复杂，成本高。

中国专利文献CN 1315239C公开了一种《具有均衡充电控制电路的电池组》，该电池组中的单节电池通过均衡充电控制电路被串联在一起，当发生单节电池被充满时，均衡充电控制电路自动切换，停止对被充满的单节电池的充电，同时继续为其他未充满的电池充电，直至所有单节电池均被充满。这种电池组虽然也能获得一定的均衡充电的效果，但是由于其是对整个电池组恒定电流充电，损耗会比较严重，电池组的充电和放电连接方式通过转换开关实现，比较复杂，系统稳定性不好。

中国专利文献CN 101123359A公开了《一种无损均衡充电多节串联电池的充电电路》，它包括多个电池串联连接的电池组，电池组与一个电源供应器相连，使电源充电器提供恒流充电源给电池组，每二个电池之间串联连接一个切换开关，且每一电池并联连接一个精密电压检测器，电压检测器检测的结果传送至充电控制电路。充电控制电路与切换开关相连，以控制切换开关的断合。当检测出一节电池的电压达到饱和时，充电控制电路断开对应该电池的切换开关，该电池停止充电，重复直至完成充电。但是其单体电池检测电路存在浮地问题，检测电路成本很高，而且它只适于低电压电池组，不适于铅酸电池，充电方式也只能用恒流方式充电，实用性不高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种充电效率高、简单易行的均衡充电方法。

本发明的另一个目的是提供一种采用上述均衡充电方法的均衡充电器。

实现本发明的第一个目的的技术方案是一种均衡充电方法，具有以下步骤：

①将电池组中的N(N为整数，N≥2)节电池并联；

②同时对N节单体电池进行独立快速充电；

③各单体电池均达到充电要求后，电池组充电完成。

所述第①步中，N节单体电池通过充放电转换接头形成并联模式；所述第②步中，供电电源经过整流滤波、升频变压后对N节电池进行充电；所述第②步中对第一节电池至第N节电池的充电由单片机进行N路脉宽调制输出控制同时独立进行；所述第②步中由各单体电池的电压检测电路采集对应的各单体电池的电压反馈到单片机，由单片机进行控制恒压充电。

所述第③步中，由电流检测电路对每节电池的电流进行采集，并将采集到的该单体电池的电流数据反馈到单片机，由单片机将其与最小门限电流进行比较和控制，当达到最小门限电流时，该单体电池进入固定涓流充电时间，当固定涓流充电时间结束，即该单体电池充电完成；当对单体电池的充电时间达到最大快充时间时，该单体电池也进入固定涓流充电时间，当固定涓流充电时间结束，即该单体电池充电完成。

所述第②步中，还由温度检测电路对每节电池的温度进行采集，并将采集到的数据反馈到单片机，由单片机将其与第一温度设定值和第二温度设定值进行比较和控制，当达到第一温度设定值时，降低对该节电池的充电电流或者暂停充电15分钟，然后进行最小门限电流的判断，直至固定涓流充电时间结束，完成对改节电池的充电；当超过第二温度设定值时，停止对该节电池充电。

所述N为4；所述最小门限电流I＝0.2C；所述第一温度设定值为40°；所述第二温度设定值为45°。

实现本发明另一个目的的技术方案是一种均衡充电器，包括单片机控制中心、电池组充电检测控制模块、电源供电模块和芯片电源模块；所述电源供电模块与电池组充电检测控制模块电连接；所述单片机控制中心与电池组充电检测控制模块电连接，并通过多路脉宽调制输出控制电池组充电检测控制模块；所述芯片电源模块与单片机控制中心、电池组充电检测控制模块和电源供电模块中的芯片电连接。

所述单片机控制中心包括增强型单片机和外围电路；所述增强型单片机包括型号为C8051F350/2的24位采样转换器系统和型号为HEF4051的多路模拟传输器；所述外围电路包括单片机电源滤波电路、晶振电路和单片机复位电路；所述电池组充电检测控制模块包括N节(N为整数，N≥2)相互并联的单节电池和与每节电池对应的电池充电检测电路；所述第一节电池充电检测电路至第N节电池充电检测电路均包括独立的电池充电电路、电池电压检测电路、电池电流检测电路和温度检测电路，且第一节电池充电检测电路至第N节电池充电检测电路分别与单片机控制中心电连接；所述电源供电模块包括相互电连接的EMI滤波整流电路和开关电路；所述芯片电源模块包括两级降压电路；第一级降压电路输入端连接将220V电源电压，输出端输出15V电压给电源供电模块的开关电路的芯片；第二级降压电路输入端连接第一级降压电路输出端，第二级降压电路输出端输出5V电压给单片机控制中心和电池组充电检测控制模块中的各个芯片；所述第二级降压电路包括电源芯片LM317、连接在电源的输出端及负载的电源输入端的2个电解电容以及与每个电解电容分别并联的电容。

所述电池组充电检测控制模块的每节电池的充电电路连接在每节电池的正负极，包括MOS管和MOS管驱动芯片；所述电流检测电路连接在每节电池的正负极，包括运放电路，运放电路的输出端连接单片机控制中心，运放电路的放大器为4运放集成芯片LM324；所述温度检测电路包括热敏电阻，热敏电阻放置于各单节电池附近，温度检测电路的输出端连接单片机控制中心；所述电压检测电路连接在每节电池的正负极，包括分压电阻，电压检测电路的输出端连接单片机控制中心。

还包括电池组充放电转换接头；电池组充放电转换接头包括1个母接头和2个公接头；公接头包括1个充电公接头和1个放电公接头。

所述母接头包括2N个插孔，按照上下两排平行且一一对应设置，每个插孔处设有导电铜片，其中上排插孔分别对应N节电池的正极，下排插孔分别对应N节电池的负极；所述每个公接头也包括2N个孔槽，按照上下两排平行且一一对应设置，上排孔槽分别对应N节电池的正极，下排孔槽分别对应N节电池的负极；其中充电公接头下排孔槽由导线连接在一起；放电公接头下排的第一个孔槽与上排的第二个孔槽、下排的第二个孔槽与上排的第三个孔槽、……下排的第N-1个孔槽与上排的第N个孔槽分别由导线连接。

本发明采用上述技术方案具有以下的积极效果：(1)本发明的均衡充电方法将电池组的各单体电池从串联放电的模式改变为并联的模式以同时对电池组的每节电池进行独立充电，这样就能简单地对各单体电池的充电过程进行独立的控制，以保证对各单体电池均衡充电。

(2)本发明的均衡充电方法用单片机按照单节电池数量进行多路脉宽调制输出，同时通过各单体电池的电压检测电路对各单体电池的电压进行实时采集并反馈到单片机，由单片机对各单体电池同时进行充电及电压监控，以保证对各单体电池的充电电压为一恒压，由此可以保证每节电池充电的一致性，提高了充电的准确性和效率，实现了智能化控制。

(3)本发明的均衡充电方法还由各单体电池的电流检测电路对各单体电池的电流进行实时采集并反馈到单片机，当各单体电池的电流达到最小门限电流时，该单体电池即转入固定涓流充电时间，这样能保证电池的充电效果。而当对单体电池的快充时间达到最大快充时间时，也让该单体电池转入固定涓流充电时间，这样可以避免对电池的快充时间过长对电池的损坏。因此本发明的均衡充电方法能有效的保证电池的充电质量。

(4)本发明的均衡充电方法在对每节电池充电的同时还对每节电池进行温度的检测和控制，以4节12V的标准单节电池为例，温度在40°以内时，电池正常充电，当超过40°时，由单片机控制降低充电电流或者暂时停止充电15分钟，当超过45°时，则停止对该节电池充电，这样能避免温度过高，烧坏电池和充电器的危险，保证充电过程的安全，并保护了电池和充电器，延长了它们的使用寿命。

(5)本发明的均衡充电方法同时对每节电池独立充电、独立监控，能保证充电过程中电压、电流及温度各参数的精确控制，不会出现过充或欠充的状况，而且充电时电路升温低，充电效率高。

(6)本发明的充电器以单片机控制中心为核心，通过多路脉宽调制输出控制各节电池充电检测电路的开断，从而简单且精确地实现对各节电池的独立充电和独立控制。

(7)本发明的充电器的单片机控制中心采用的芯片C8051F350是一种完整的24位Δ-∑A/D转换器系统，内置模拟、数字外围和以闪存为基础、运算效能达到50MIPS的8051微控制器。它不仅功能强大还能为系统带来智能型电源管理和传感器诊断功能等好处，能有效减少系统成本，改善系统可靠性和效能。

(8)本发明的充电器的芯片电源模块在电源的输出端及负载的电源输入端介入了电解电容，能有效防止电路各部分电压变化而产生的波动，保证电路电压的稳定。同时考虑到电解电容具有一定的电感，因此在电解电容的两端并联普通电感以有效滤除高频及脉冲干扰信号。

(9)本发明的充电器中的电流检测电路采用四运放集成芯片LM324构成一个简单的电流传感器，通过采集单节电池的电压经放大换算成电流值从而实现实时的电流检测和监控。LM324芯片本身具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，使本放大器的电流检测电路成本低且放大效果好。同时在对运放电路的设计中还设置了多个滤波电容及反馈电路，确保了电流检测电路运行稳定、精确度高、抗干扰能力强。

(10)本发明的充电器还包括电池组充放电转换接头，每个接头与电池组各节电池的正负极相对应，通过两种具有不同的内部导线连接方式的公接头实现电池组在放电时为串联，在充电时为并联的模式转换，无需繁琐的转换开关，使用方便安全，成本低。

(11)本发明的均衡充电方法以及均衡充电器能从根本上解决电池充电不均衡的问题，确保了每节电池充电的一致性，大大提高了电池的使用寿命，缩减了使用成本。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明均衡充电方法的流程图。

图2为本发明充电器的电路结构框图。

图3为本发明充电器单片机控制中心的单片机及其外围电路图。

图4为本发明充电器的第一节电池充电检测电路图。

图5为本发明充电器的电池组充电电路图，电池组单节电池数量为5只。

图6为本发明充电器的5只单节电池的电流检测电路图。

图7为本发明充电器的5只单节电池的电压检测电路图。

图8为本发明充电器的5只单节电池的温度检测电路图。

图9为本发明充电器的EMI滤波整流电路图。

图10为本发明充电器的开关电路图。

图11为本发明充电器的芯片电源模块电路图。

图12为本发明充电器的公母接头内部连线结构示意图。

图13为本发明充电器充、放电时公接头内外部连线示意图。

具体实施方式

(实施例1、均衡充电方法)

见图1，本实施例的均衡充电方法，其核心是将电池组的各单节电池并联，然后由单片机控制各节电池同时进行充电。具体地说均衡充电的步骤如下：

①将电池组中的N(N为整数，N≥2)节单体电池并联。将各节电池的正极分别用导线引出，负极连接在一起、共用一根导线引出，从而形成N节电池并联。在本实施例中可通过充放电转换接头形成并联模式。

②同时对N节单体电池进行独立快速充电。在这一步中，220V供电电源经过整流滤波、升频变压后对第一节电池进行充电。由单片机进行N路脉宽调制输出控制，同时导通第一节电池至第N节电池的充电电路，对第一节电池至第N节电池充电。现有的标准单节电池电压一般为12V，因此，变压后的充电电压控制在13——14.5V左右。所述由各单体电池的电压检测电路采集对应的各单体电池的电压反馈到单片机，由单片机进行控制保证稳定在恒压13——14.5V对单体电池充电。

③各单体电池均达到充电要求后，电池组充电完成。在本步中，由电流检测电路对各单体电池的电流进行采集，并将采集到的该单体电池的电流数据反馈到单片机，由单片机将其与最小门限电流进行比较和控制，当达到最小门限电流时，该单体电池进入固定涓流充电时间，当固定涓流充电时间结束，即该单体电池充电完成；当对单体电池的充电时间达到最大快充时间时，该单体电池也进入固定涓流充电时间，当固定涓流充电时间结束，即该单体电池充电完成。

仍以12V的标准单节电池为例，电压设定值为13——14.5V，对单节电池的快速充电电压会达到14——14.5V左右，如果采集到的各单体电池电压不在这个范围内，则由单片机进行调整控制，以确保充电的一致性。在本实施例中最小门限电流I＝0.2C，最大快充时间为60分钟，固定涓流充电时间为40分钟。

这样各单节电池都是在恒压下进行充电，能获得一致性以及高质量的充电效果。不同标准的电池，充电电压虽有不同，但是都是确定的，且不同标准的电池的最小门限电流也是可以计算出的，因此本方法可以适用于对各种不同标准的电池进行充电，只需根据不同标准的电池调整即可。

(实施例2、均衡充电方法)

仍见图1，本实施例在实施例1的方法的基础上增加了对电池充电过程中的温度的监控，以保护充电电池，避免出现过流过温现象。

本实施例在实施例1的第②步对每节电池进行充电的同时，还由温度检测电路对每节电池的温度进行实时采集，并将采集到的对应的该节电池的温度数据反馈到单片机，由单片机将其与第一温度设定值和第二温度设定值进行比较和控制，当达到第一温度设定值时，由单片机控制降低对该节电池的充电电流或者暂时停止对该单体电池充电15分钟，然后进行最小门限电流的判断，直至固定涓流充电时间结束，完成对改单体电池的充电。当达到第二温度设定值时，停止对该节电池充电。

以4节12V的标准单节电池为例，前述第一温度设定值为40°，第二温度设定值为45°。因此，温度检测电路采集到的对应的该节电池的实时温度如果在40°以内，进行正常的充电，如果超过40°，则由单片机适当降低充电电流或者暂停充电15分钟，如果超过45°，则停止对该节电池充电。

(实施例3、均衡充电器)

见图2，本实施例的均衡充电器包括单片机控制中心1、电池组充电检测控制模块2、电源供电模块3和芯片电源模块4。电源供电模块3与电池组充电检测控制模块2电连接；单片机控制中心1与电池组充电检测控制模块2电连接，并通过多路脉宽调制输出控制电池组充电检测控制模块2；芯片电源模块4与单片机控制中心1、电池组充电检测控制模块2和电源供电模块3中的芯片电连接。电池组充电检测控制模块2包括N节(N为整数，N≥2)相互并联的单节电池和与每节电池对应的电池充电检测电路2-1——2-N。电源供电模块3包括相互电连接的EMI整流滤波电路3-1和开关电路3-2。

本实施例的电路图以5节电池为例，图3至图11具体地表示了各部分的电路原理图。

见图3，单片机控制中心1包括增强型单片机和外围电路。增强型单片机包括型号为C8051F350/2的24位采样转换器系统和型号为HEF4051的多路模拟传输器。外围电路包括单片机电源滤波电路、晶振电路和单片机复位电路。

(a)图为C8051F350/2，是一个24位采样转换器系统，它包括32个引脚。各引脚的连接及作用如下：引脚1与HEF4051多路模拟传输器的引脚3相连，用于拓展模拟信号采集通道，二者对应的网络标识为ADCO；引脚2至引脚6用于第一节电池至第五节电池的电压采集信号的输入；引脚7和引脚8用于第一节电池及第二节电池的电流采集信号的输入；引脚9通过接机壳接地；引脚10和引脚21分别为模拟信号、数字信号的电源输入，采用的都是经DC/DC降压后的5V电源；引脚11和引脚12为单片机写程序和复位使用；引脚13、引脚14、引脚20、引脚28至引脚32空置；引脚15和引脚16接单片机晶振电路；引脚17至引脚19与HEF4051的引脚9至引脚11电连接；引脚22接地；引脚23至引脚27用于控制第一节电池至第五节电池的充电电路的开断。

(b)图为HEF4051，它是一个多路模拟传输器，它包括16个引脚。各引脚的连接及作用如下：引脚1、引脚2、引脚4、引脚5和引脚12用于第一节电池至第五节电池的温度采集信号的输入；引脚3与C8051F350/2的引脚1电连接；引脚6至引脚8接地；引脚9至引脚11与C8051F350/2的引脚17至引脚19电连接；引脚13至引脚15用于第三节电池至第五节电池的温度采集信号的输入；引脚16为数字信号的电源输入，采用的是经DC/DC降压后的5V电源。

(c)图为C8051F350/2的数字电源和模拟电源的滤波电路；数字电源并联电容C97接地，模拟电源并联电容C98接机壳，两电源之间串联分压电阻R104。

(d)图为C8051F350/2外接晶振电路，包括电阻R98、R100，电容C99、C100和晶振XTAL，与C8051F350/2连接处的网络标识为P0.2和P0.3，分别对应引脚15和引脚16。(e)图为C8051F350/2的复位电路和编程输入接口，包括十芯接头MHDR2X5，电阻R103、R105、R106，电容C96和C101以及开关S1，与C8051F350/2连接处的网络标识为J1和J2，分别对应引脚11和引脚12。

图4至图8为第一节电池至第五节电池的充电检测电路。其中图4为第一节电池的充电检测电路2-1，包括第一节电池的充电电路、电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路。图5为第一节电池至第五节电池的充电电路。图6为第一节电池至第五节电池的电流检测电路。图7为第一节电池至第五节电池的电压检测电路。图8为第一节电池至第五节电池的温度检测电路。每节电池的充电电路、电压检测电路、电流检测电路均连接在每节电池的正负极。

见图4，C8051F350/2的引脚23(网络标识为P1.0)输出信号使MOS管驱动芯片IRS2117导通MOS管Q1对第一节电池(BT1)充电。充电电路还包括二极管D5，电阻R12、R14和R19，电容C8、C11、C12、C15和C16，型号为AFK477M35H32T的电解电容C17，电感L1和型号为SK36A的二极管D8。电流检测电路主要是通过运放电路将采集到的电压参数传送给单片机控制中心1的C8051F350/2的引脚7(网络标识为ADC6)进行转换成电流值以及比较和控制，运放电路采用的四运放集成芯片LM324。电流检测电路还包括反馈电阻R33，滤波电容C30、C35、C40和C41，电阻R32和R39。电压检测电路是通过电阻分压后将电压参数传送给单片机控制中心1的C8051F350/2的引脚2(网络标识为ADC1)进行比较和控制。电压检测电路包括电阻R61、R62、R63和R68电容C72和C73以及型号为BAV99的肖特基二极管D30；R62、R63、R68组成分压电路，D30确保向单片机输入口ADC1的采样电压在0-5V之间。温度检测电路是通过放置负温采样热敏电阻R69在第一节电池旁边，当温度升高时，R69阻值下降，即输入HEF4051的引脚12(网络标识为ADC11)的电压下降；当温度降低时，R69阻值升高，即输入HEF4051的引脚12(网络标识为ADC11)电压提高；由此通过阻值的变化得到温度的变化，并将温度参数传送给单片机控制中心1的HEF4051的引脚12(网络标识为ADC11)进行比较和控制。温度检测电路包括热敏电阻R69，电阻R59和R67，电容C74和C75。

见图5，与第一节电池充电电路相似，C8051F350/2的引脚24(网络标识为P1.1)输出信号使MOS管驱动芯片IRS2117导通MOS管Q4对第二节电池(BT2)充电；第二节电池的充电电路还包括二极管D10，电阻R22、R23和R29，电容C20、C22、C23、C26和C27，型号为AFK477M35H32T的电解电容C28，电感L2和型号为SK36A的二极管P18。C8051F350/2的引脚25(网络标识为P1.2)输出信号使MOS管驱动芯片IRS2117导通MOS管Q6对第三节电池(BT3)充电；第三节电池的充电电路还包括二极管D20，电阻R36、R37和R42，电容C32、C33、C34、C36和C37，型号为AFK477M35H32T的电解电容C38，电感L3和型号为SK36A的二极管D25。C8051F350/2的引脚26(网络标识为P1.3)输出信号使MOS管驱动芯片IRS2117导通MOS管Q7对第四节电池(BT4)充电；第四节电池的充电电路还包括二极管D26，电阻R46、R47和R52，电容C46、C47、C48、C51和C52，型号为AFK477M35H32T的电解电容C54，电感L4和型号为SK36A的二极管D27。C8051F350/2的引脚27(网络标识为P1.4)输出信号使MOS管驱动芯片IRS2117导通MOS管Q8对第五节电池(BT5)充电；第五节电池的充电电路还包括二极管D28，电阻R55、R56和R58，电容C56、C59、C60、C61和C62，型号为AFK477M35H32T的电解电容C63，电感L5和型号为SK36A的二极管D29。单片机控制中心1通过脉宽调制使相应一节电池的MOS管驱动芯片控制相应MOS管的开断，从而实现每节充电电路的导通和停止的切换。

见图6，(a)图为第一节电池的电流检测电路，与图5中的网络标识A1处电连接。(b)图为第二节电池电流检测电路，与图5中的网络标识A2处电连接；包括四运放集成芯片LM324，反馈电阻R51，滤波电容C53、C55、C57和C58，电阻R50和R54，LM324的引脚7输出电压值传送给单片机控制中心1的C8051F350/2的引脚8(网络标识为ADC7)进行电压——电流转换以及比较和控制。(c)图为第三节电池电流检测电路，与图5中的网络标识A3处电连接；包括四运放集成芯片LM324，反馈电阻R65，滤波电容C65、C71、C76和C77，电阻R64和R71，LM324的引脚8输出电压值传送给单片机控制中心1的HEF4051的引脚13(网络标识为ADC8)进行电压——电流转换以及比较和控制。(d)图为第四节电池电流检测电路，与图5中的网络标识A4处电连接；包括四运放集成芯片LM324，反馈电阻R81，滤波电容C82、C83、C88和C89，电阻R80和R89，LM324的引脚14输出电压值传送给单片机控制中心1的HEF4051的引脚14(网络标识为ADC9)进行电压——电流转换以及比较和控制。(e)图为第五节电池电流检测电路，与图5中的网络标识A5处电连接；包括四运放集成芯片LM324，反馈电阻R102，滤波电容C92、C95、C102和C103，电阻R101和R108，LM324的引脚1输出电压值传送给单片机控制中心1的HEF4051的引脚15(网络标识为ADC10)进行电压——电流转换以及比较和控制。

见图7，(a)图为第一节电池的电压检测电路，与图5中的网络标识V1处电连接。(b)图为第二节电池电压检测电路，与图5中的网络标识V2处电连接；电压参数传送给单片机控制中心1的C8051F350/2的引脚3(网络标识为ADC2)进行比较和控制，包括电阻R74、R76、R77和R79，电容C79和C81以及型号为BAV99的肖特基二极管D31。(c)图为第三节电池电压检测电路，与图5中的网络标识V3处电连接；电压参数传送给单片机控制中心1的C8051F350/2的引脚4(网络标识为ADC3)进行比较和控制，包括电阻R83、R85、R87和R90，电容C86和C87以及型号为BAV99的肖特基二极管D32。(d)图为第四节电池电压检测电路，与图5中的网络标识V4处电连接；电压参数传送给单片机控制中心1的C8051F350/2的引脚5(网络标识为ADC4)进行比较和控制，包括电阻R95、R96、R97和R99，电容C94和C93以及型号为BAV99的肖特基二极管D33。(e)图为第五节电池电压检测电路，与图5中的网络标识V5处电连接；电压参数传送给单片机控制中心1的C8051F350/2的引脚6(网络标识为ADC5)进行比较和控制，包括电阻R112、R113、R114和R116，电容C106和C107以及型号为BAV99的肖特基二极管D34。

见图8，(a)图为第一节电池的温度检测电路。(b)图为第二节电池温度检测电路，温度参数传送给单片机控制中心1的HEF4051的引脚1(网络标识为ADC12)进行比较和控制，包括热敏电阻R78，电阻R73和R77，电容C78和C80。(c)图为第三节电池温度检测电路，温度参数传送给单片机控制中心1的HEF4051的引脚5(网络标识为ADC13)进行比较和控制，包括热敏电阻R88，电阻R82和R86，电容C84和C85。(d)图为第四节电池温度检测电路，温度参数传送给单片机控制中心1的HEF4051的引脚2(网络标识为ADC14)进行比较和控制，包括热敏电阻R94，电阻R92和R93，电容C90和C91。(e)图为第五节电池温度检测电路，温度参数传送给单片机控制中心1的HEF4051的引脚4(网络标识为ADC15)进行比较和控制，包括热敏电阻R115，电阻R109和R111，电容C104和C105。

见图9，EMI滤波整流电路3-1包括电源接口P1；保险丝F1，热敏电阻R2，电阻R7，电容C3、C4、C5、C9，和共模轭流圈T2组成EMI滤波电路；由四个二极管组成整流桥D6；由热敏电阻R5，电阻R10，电容C10和电解电容C6、C7组成RC滤波电路。电源接口P1处的电源信号IN1经过EMI滤波整流电路3-1后输出电源信号OUT1接入开关电路3-2。

见图10，EMI滤波整流电路3-1的输出信号作为开关电路3-2的输入信号IN2。开关电路3-2包括MOS管Q3、Q5，Q3、Q5的半桥式驱动电路，主变压器T4以及回路电流监测电路。其中半桥式驱动电路包括驱动芯片SG3525，驱动变压器T3，电阻R16、R17、R18、R20、R21、R24、R25、R26、R27、R28、R30、R31、R34、R40、R41、R44、R45、R48和R49，电容C18、C21、C25、C29、C31、C42、C45、C49和C50，二极管D9、D11、D12、D13、D14、D16、D17 D19、D21、D22和D23。由驱动芯片SG3525在驱动变压器T3的原边加上一驱动信号，由此驱动信号感应到驱动变压器T3副边的电压，作为控制MOS管Q3、Q5开关的驱动信号输出。通过MOS管Q3、Q5将频率由50Hz提高到50KHz，由此减小主变压器的体积。回路电流监测电路包括电解电容C39、C44，四个二极管组成的桥D24，电阻R35，电容C43和共模电感T5，构成电流互感器用于检测本回路的电流，起保护回路的作用。主变压器T4输出电压经二极管D15后的输出信号0UT2接入电池充电电路。

见图11，芯片电源模块4包括两级降压电路。(a)图为第一级降压电路，输入端连接220V电源电压，输出端输出+15V电压给电源供电模块3的主变压器电路3-2的芯片。包括型号为4N35的两个光电耦合器U1和U2，型号为TL431的稳压源，电容C1、C2、C13、C14、C19，电阻R1、R3、R4、R6、R8、R9、R11、R13、R15，二极管D1、D2、D4、D7，稳压二极管D3，MOS管Q2和开关变压器T1。(b)图为第二级降压电路，输入端连接第一级降压电路输出端，第二级降压电路输出端提供+5V电压给单片机控制中心1和电池组充电检测控制模块2中的各个芯片。包括线性电源芯片LM317，电解电容以及与每个电解电容C66、C70，电容C64、C67、C68、C69，电阻R60和R66。

本实施例的充电器在使用时还配套包括电池组充放电转换接头。电池组充放电转换接头包括1个母接头和2个公接头；公接头包括1个充电公接头和1个放电公接头。见图12，(a)图表示5节电池BT1——BT5，X1——X5分别表示5节电池的正极，Y1——Y5分别表示5节电池的负极。(b)图为母接头包括10个插孔，按照上下两排平行且一一对应设置，每个插孔处设有导电铜片。上排5个插孔分别对应5节电池的正极，下排5个插孔分别对应5节电池的负极。(c)图为放电公接头，也包括10个孔槽，按照上下两排平行且一一对应设置，上排5个孔槽分别对应5节电池的正极，下排5个孔槽分别对应5节电池的负极。第一节电池的负极Y1与第二节电池的正极X2用导线连接，第二节电池的负极Y2与第三节电池的正极X3用导线连接，第三节电池的负极Y3与第四节电池的正极X4用导线连接，第四节电池的负极Y4与第五节电池的正极X5用导线连接。(d)图为充电公接头，第一节电池至第五节电池的负极Y1——Y5由导线连接在一起。

需要电池组为用电设备供电时，将母接头和放电公接头对接，如图13中(a)所示，各节电池组成串联形式，将第一节电池的正极X1与第五节电池的负极Y5分别用导线引出，再将用电设备连接在前述导线之间即可。

需要对电池组充电时，将母接头和充电公接头对接，如图13中(b)所示，将第一节至第五节电池的正极X1——X5均用导线引出，各节电池组成并联形式，再将各节电池连接到本实施例的各节电池的充电电路当中即可对电池组进行均衡充电。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种均衡充电方法，其特征在于具有以下步骤：

①将电池组中的N(N为整数，N≥2)节单体电池并联；

②同时对N节单体电池进行独立快速充电；

③各单体电池均达到充电要求后，电池组充电完成。

2.根据权利要求1所述的均衡充电方法，其特征在于：所述第①步中，N节单体电池通过充放电转换接头形成并联模式；所述第②步中，供电电源经过整流滤波、升频变压后对N节单体电池进行充电；所述第②步中对第一节电池至第N节电池的充电由单片机进行N路脉宽调制输出控制同时独立进行；所述第②步中由各单体电池的电压检测电路采集对应的各单体电池的电压反馈到单片机，由单片机进行控制恒压充电。

3.根据权利要求1或2所述的均衡充电方法，其特征在于：所述第③步中，由电流检测电路对各单体电池的电流进行采集，并将采集到的该单体电池的电流数据反馈到单片机，由单片机将其与最小门限电流进行比较和控制，当达到最小门限电流时，该单体电池进入固定涓流充电时间，当固定涓流充电时间结束，即该单体电池充电完成；当对单体电池的充电时间达到最大快充时间时，该单体电池也进入固定涓流充电时间，当固定涓流充电时间结束，即该单体电池充电完成。

4.根据权利要求3所述的均衡充电方法，其特征在于：所述第②步中，还由温度检测电路对各单体电池的温度进行采集，并将采集到的数据反馈到单片机，由单片机将其与第一温度设定值和第二温度设定值进行比较和控制，当达到第一温度设定值时，降低对该单体电池的充电电流或者暂停充电15分钟，然后进行最小门限电流的判断，直至固定涓流充电时间结束，完成对改单体电池的充电；当超过第二温度设定值时，停止对该节电池充电。

5.根据权利要求4所述的均衡充电方法，其特征在于：所述N为4；所述最小门限电流I＝0.2C；所述第一温度设定值为40°；所述第二温度设定值为45°；所述最大快充时间为60分钟；所述固定涓流充电时间为40分钟。

6.一种均衡充电器，其特征在于：包括单片机控制中心(1)、电池组充电检测控制模块(2)、电源供电模块(3)和芯片电源模块(4)；所述电源供电模块(3)与电池组充电检测控制模块(2)电连接；所述单片机控制中心(1)与电池组充电检测控制模块(2)电连接，并通过多路脉宽调制输出控制电池组充电检测控制模块(2)；所述芯片电源模块(4)与单片机控制中心(1)、电池组充电检测控制模块(2)和电源供电模块(3)中的芯片电连接。

7.根据权利要求6所述的均衡充电器，其特征在于：所述单片机控制中心(1)包括增强型单片机和外围电路；所述增强型单片机包括型号为C8051F350/2的24位采样转换器系统和型号为HEF4051的多路模拟传输器；所述外围电路包括单片机电源滤波电路、晶振电路和单片机复位电路；所述电池组充电检测控制模块(2)包括N节(N为整数，N≥2)相互并联的单节电池和与每节电池对应的电池充电检测电路(2-1-2-N)；所述第一节电池充电检测电路至第N节电池充电检测电路(2-1-2-N)均包括独立的电池充电电路、电池电压检测电路、电池电流检测电路和温度检测电路，且第一节电池充电检测电路至第N节电池充电检测电路(2-1-2-N)分别与单片机控制中心(1)电连接；所述电源供电模块(3)包括相互电连接的EMI滤波整流电路(3-1)和开关电路(3-2)；所述芯片电源模块(4)包括两级降压电路；第一级降压电路输入端连接将220V电源电压，输出端输出15V电压给电源供电模块(3)的开关电路(3-2)的芯片；第二级降压电路输入端连接第一级降压电路输出端，第二级降压电路输出端输出5V电压给单片机控制中心(1)和电池组充电检测控制模块(2)中的各个芯片；所述第二级降压电路包括线性电源芯片LM317、连接在电源的输出端及负载的电源输入端的2个电解电容以及与每个电解电容分别并联的电容。

8.根据权利要求7所述的均衡充电器，其特征在于：所述电池组充电检测控制模块(2)的每节电池的充电电路连接在每节电池的正负极，包括MOS管和MOS管驱动芯片；所述电流检测电路连接在每节电池的正负极，包括运放电路，运放电路的输出端连接单片机控制中心(1)，运放电路的放大器为4运放集成芯片LM324；所述温度检测电路包括热敏电阻，热敏电阻放置于各单节电池附近，温度检测电路的输出端连接单片机控制中心(1)；所述电压检测电路连接在每节电池的正负极，包括分压电阻，电压检测电路的输出端连接单片机控制中心(1)。

9.根据权利要求8所述的均衡充电器，其特征在于：还包括电池组充放电转换接头；电池组充放电转换接头包括1个母接头和2个公接头；公接头包括1个充电公接头和1个放电公接头。

10.根据权利要求9所述的均衡充电器，其特征在于：所述母接头包括2N个插孔，按照上下两排平行且一一对应设置，每个插孔处设有导电铜片，其中上排插孔分别对应N节电池的正极，下排插孔分别对应N节电池的负极；所述每个公接头也包括2N个孔槽，按照上下两排平行且一一对应设置，上排孔槽分别对应N节电池的正极，下排孔槽分别对应N节电池的负极；其中充电公接头下排孔槽由导线连接在一起；放电公接头下排的第一个孔槽与上排的第二个孔槽、下排的第二个孔槽与上排的第三个孔槽、……下排的第N-1个孔槽与上排的第N个孔槽分别由导线连接。

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