CN101814761A - 负脉式电池组充电均衡维护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池组充电维护电路，具体是一种负脉式电池组充电均衡维护电路。负脉式电池组充电均衡维护电路包括对单节电池电压进行取样的电压取样单元、受单节电池电压控制的压控振荡单元和电子开关组成，压控振荡单元的脉冲输出控制所述电子开关的通断，所述压控振荡单元在单节电池电压升至临近产气点附近时开始振荡，超过产气电压值时所述压控振荡单元停止振荡并自动转入导通状态，产生小电流(涓流)导通，电子开关停止导通，所述电子开关两端设有与电池两极连接的接点。本电路在电池放电和充电时无需改变接线方式而仍能达到类似采用串联放电、并联充电的方式对电池组进行维护，能达到很好的维护效果。

Description

负脉式电池组充电均衡维护电路

技术领域：本发明涉及一种电池组充电维护电路，具体是一种负脉式电池组充电均衡维护电路。

背景技术：现在市场上一般的电池组(主要是电动车电池组，每组电池都由三节以上电池组成)都是采用串联放电、串联充电的方式进行工作，这就要求同一组电池的搭配必须严格一致(电压和放电时间)，但由于电池内阻的不确定性，实际上各种电池组往往由于个体充放电参数的细微变化而引起电池组在使用一段时间后产生某节电池电压落伍现象，如果继续使用就会导致落伍电池因严重亏电而产生极板硫化容量降低，进一步直至死亡。而在更换时又因为需要严格配组而必须更换整组电池，因此给厂家和社会带来严重损失。虽然现在市面上各种采用负脉冲去硫化的维护器比比皆是，但多是针对整组电池进行去硫化进行维护的，而不是从根本上消除电池组个体之间的充电差异进行维护，因此维护效果都不理想。针对电池组因个体内阻差异造成的不一致性，有专家指出最好的解决方法就是采用串联放电、并联充电的方式对电池组进行维护，这样不但可以消除单节电池落伍现象，而且还可以逐步扩充落伍电池的容量。这样就可以延长电池的使用寿命，而且对电池组的配组要求等级也可以降低。可是这种充电器推出之后市场并不接受，原因是电池组都是采用串联放电方式，如果再采用并联充电器电路连接方式，就会导致电路连接过于复杂，而且容易出错。因此这类并联充电器在使用推广的过程中就遇到了阻碍。

发明内容：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种放电和充电时无需改变接线方式而仍能达到类似采用串联放电、并联充电的方式对电池组进行维护的负脉式电池组充电均衡维护电路。

为实现上述目的，本发明所采取的技术解决方案是：一种负脉式电池组充电均衡维护电路，其特征在于：包括对单节电池电压进行取样的电压取样单元、受单节电池电压控制的压控振荡单元和电子开关组成，压控振荡单元的脉冲输出控制所述电子开关的通断，所述压控振荡单元在单节电池电压升至临近产气点附近时开始振荡，电池电压超过产气电压值时所述压控振荡单元停止振荡并转入导通状态，并产生涓流导通，电子开关断开，所述电子开关两端设有与电池两极连接的接点。

本电路具体工作模式就是在电池组的每节电池上各并联一只维护器。与现有技术相比，本维护器只有在电池组充电末期才开始工作(平时都处于不耗电的待机状态)，在单节电池电压升至临近产气点附近时自动产生间隙导通，即振荡电路开始工作，同时通过电子开关将其转化为比较强大的负脉冲，这样就相当于给处在临界产气状态下的电池添加一个负脉冲，对于因硫化而导致容量降低的电池给予良好的维护机会，如果本组电池不均衡，最早到达产气点的单节电池电压会继续增加，超过产气电压值(这时如果继续充电，本节超压电池就会进入电解水状态，时间久了就会使单节电池严重失水，容量降低)，这时本均衡维护电路就会开始转入完全导通状态，让多余的电流通过本维护器涓流旁路掉(而不是起先间隙导通时的大电流，以免功率过高而发烫烧毁)，这样一来，凡是提早达到产气电压的单节电池都会自动旁路导通，而落伍的电池还会继续充电，相当于把充电末期的电池组自动转换成并联充电模式(等效并联状态)，因此在电池放电和充电时无需改变接线方式而仍能达到类似采用串联放电、并联充电的方式对电池组进行维护。

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明电路原理框图。

图2为本发明具体实施例电原理图。

图3为本发明另具体实施例电原理图。

具体实施方式：

如图1所示，负脉式电池组充电均衡维护电路包括对单节电池电压进行取样的电压取样单元、压控振荡单元和电子开关组成，压控振荡单元的脉冲输出控制所述电子开关的通断，电子开关两端设有与电池两极连接的接点，分别为与电池正极相连的电池正极接点和与负极相连的电池负极接点。电压取样单元和压控振荡单元当然还可以通过采用单片机及其外围元件组成的电压采样系统对电池电压进行采样，再根据所采样到的单节电池的实时充电电压值，输出频率相应变化的控制脉冲信号控制电子开关通断，这种方式的优点是电路功能灵活多样，可以方便地调节输出脉冲的频率、占空比和波形等，但是不足之处是成本较高，电路结构复杂，不利于推广。在本具体实施例中，所述电压取样单元、压控振荡单元由包括两只三极管组成的复合管及跨接在前级三极管基极和后级三极管输出端之间的正反馈电容构成，电子开关采用大功率三极管构成。所述电压取样单元包括稳压二极管，所述稳压二极管连接在前级三极管基极和电池正极接点上构成前级三极管的偏置，同时作为单节电池电压取样元件，后级三极管输出端电子开关的控制端连接。如图2所示，两只三极管中前级三极管Q1为NPN型，后级三极管Q2为PNP型，前级三极管Q1的集电极经过限流电阻R1与后级三极管Q2的基极连接，电压取样元件稳压二极管连接在前级三极管Q1的基极和后级三极管Q2的发射极之间，同时后级三极管Q2的发射极与大功率三极管的集电极连接后与电池正极接点连接，后级三极管Q2的集电极与负载电阻R2的一端连接，前级三极管Q1的发射极与负载电阻R2的另一端及大功率三极管Q3的发射极连接后与电池负极接点连接，正反馈正反馈电容C1跨接在前级三极管Q1基极和后级三极管Q2集电极之间，后级三极管Q2的集电极作为脉冲输出端通过电容C2与大功率三极管的基极连接控制大功率三极管的导通与截止。

在选择稳压二极管的时候，要使得压控振荡单元在单节电池电压升至临近产气点附近时开始振荡，使稳压管工作在反向导通时的稳压区域，当电池电压超过产气电压值时，压控振荡单元停止振荡后自动转入导通状态，并产生小电流(涓流)导通，而电子开关因没有脉冲输入而停止导通。

当然，还可以如图3所示，电路中的两只构成复合管两只三极管的类型可以互换，即前级三极管Q1为PNP型，后级三极管Q2为NPN型，前级三极管Q1的集电极经过限流电阻R1与后级三极管Q2的基极连接，电压取样元件稳压二极管连接在前级三极管Q1的基极和后级三极管Q2的发射极之间，同时后级三极管Q2的发射极与大功率三极管的集电极连接后与电池负极接点连接，后级三极管Q2的集电极与负载电阻R2的一端连接，前级三极管Q1的发射极与负载电阻R2的另一端及大功率三极管的发射极连接后与电池正极接点连接，正反馈正反馈电容C1跨接在前级三极管Q1基极和后级三极管Q2集电极之间，后级三极管Q2的集电极作为脉冲输出端通过电容C2与大功率三极管Q3的基极连接控制大功率三极管的导通与截止。

本电路具体工作模式就是在电池组的每节电池上各并联一只维护器，电子开关的两端连接在电池两极上。它的工作原理是：当单节电池电压升至临近产气点附近时，电池电压使得稳压二极管D1开始被反向导通并流向前级三极管Q1基极，前级三极管Q1基极得到放大状态下的工作电流，前级三极管前级三极管Q1和后级三极管Q2复合放大后，在后级三极管Q2的负载电阻R2上产生压降，这个正压降又被正反馈电容C1反馈到前级三极管Q1基极，使得前级三极管Q1导通进一步加深，后级三极管Q2导通电流跟着增大，在负载电阻R2上产生更大压降，负载电阻R2上增大了电压又通过正反馈电容C1再次反馈给前级三极管Q1基极，如此周而复始，使得前级三极管Q1，后级三极管Q2组成的复合管马上进入饱和导通状态，直到正反馈电容C1充电完毕后，正反馈电容C1对前级三极管Q1基极的正反馈结束，而稳压二极管D1提供的小电流又不能维持复合管的饱和状态，复合管于是就退出饱和状态，通过后级三极管Q2集电极的电流有所降低，负载电阻R2上的压降有所降低，经正反馈电容C1反馈后前级三极管Q1基极的电流进一步减少，复合管立即退出放大状态，进入截止状态，此时正反馈电容C1逐步放电直至完毕，电路又进入新一轮的微导通——放大——饱和——退出——截止振荡周期。如果电池两端的电压不再升高，复合管就一直处在振荡状态，并通过后级三极管Q2集电极把这个脉冲送给电子开关控制端，而电子开关的控制端只对脉冲的前沿发生作用，在脉冲前沿到来瞬间打开电子开关，产生大电流导通，迅速拉低电瓶两端电压，等效于在电池两端添加负脉冲。如果电池两端的电压继续升高，经稳压管分压后加到前级三极管Q1基极的电压也会升高，当这个电压值大于前级三极管Q1的饱和阈值时，正反馈电容C1反馈电流将不再影响复合管的工作状态，复合管就会被锁定在饱和状态，此时复合管就等效于开关管，而且处在导通状态，后级三极管Q2集电极的负载负载电阻R2就成了电瓶的负载，起到旁路电阻作用，电路进入涓流导通状态。这样使得维护器只有在电池组充电末期才开始工作(平时都处于不耗电的待机状态)，在单节电池电压升至临近产气点附近时自动产生间隙导通，即振荡电路开始工作，控制电子开关通断，同时将其转化为比较强大的负脉冲，这样就相当于给处在临界产气状态下的电池添加一个负脉冲，对于因硫化而导致容量降低的电池给予良好的维护机会，如果本组电池不均衡，最早到达产气点的单节电池电压会继续增加，超过产气电压值(这时如果继续充电，本节超压电池就会进入电解水状态，时间久了就会使单节电池严重失水，容量降低)，这时本均衡器就会开始转入完全导通状态，让多余的电流通过本维护器涓流旁路掉(而不是起先间隙导通时的大电流，以免功率过高而发烫烧毁)，这样一来，凡是提早达到产气电压的单节电池都会自动旁路导通，而落伍的电池还会继续充电，相当于把充电末期的电池组自动转换成并联充电模式(等效并联状态)。

需要注意的是，为了不至于让电池组同时产生旁路，造成充电不转灯现象(不进入充电第三阶段)，设计时采用让所有均衡器的导通电压之和刚好大于充电输出最高电压，使得并接于单节电池两端的均衡器永远无法同时满足导通条件(总有一只以上均衡器处在负脉输出阶段)，消除了增加旁路电路后的不转灯现象。

本维护器的最大优点是在电路功能实现上设计巧妙，以一个振荡电路就完成了脉冲发生、变频直至导通等三级功能，因而使得电路简化，成本降低，使得单节维护器制作成本大大降低。本维护器的第二大优点是电压检测采用普通稳压二极管采样，并通过外围电路适当调整增加它的取样精度，同时使得电路简单又经济。本电路的第三个优点是脉冲发生电路和涓流旁路电路能够根据电压变化自动进行转换，而且脉冲频率会随着电压变化而自动变化，等效于全脉冲电路。

Claims (2)

1.一种负脉式电池组充电均衡维护电路，其特征在于：包括对单节电池电压进行取样的电压取样单元、受单节电池电压控制的压控振荡单元和电子开关组成，压控振荡单元的脉冲输出控制所述电子开关的通断，所述压控振荡单元在单节电池电压升至临近产气点附近时开始振荡，电池电压超过产气电压值时所述压控振荡单元停止振荡并转入导通状态，并产生涓流导通，电子开关断开，所述电子开关两端设有与电池两极连接的接点。

2.根据权利要求1所述负脉式电池组充电均衡维护电路，其特征在于：所述压控振荡单元由包括两只三极管组成的复合管及跨接在前级三极管基极和后级三极管输出端之间的正反馈电容构成，所述电压取样单元包括稳压二极管，所述稳压二极管连接在前级三极管基极和接点上构成前级三极管的偏置，同时作为单节电池电压取样元件，后级三极管输出端与电子开关的控制端连接。

Images