CN101958566A

CN101958566A - 一种均衡充电的电池组充电装置

Info

Publication number: CN101958566A
Application number: CN 201010509145
Authority: CN
Inventors: 陈林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2011-01-26

Abstract

一种均衡充电的电池组充电装置，包括主充电器、并联在待充电单体电池上的副充电器，并联在待充电单体电池上的电压测量单元、控制CPU等。在电池组充电过程中，采用对电池组中充电慢的单体电池提供附加的补充充电电流，使之加快充电速度，以此保证整个电池组充电一致。待充电单体电池组成串联形式，与主充电器连接，构成主充电环路。单体电池电压测量单元与副充电器分别一一并接在对应的单体电池上，控制CPU的输入端接收单体电池电压测量单元送来的个单体电池电压信号，输出控制端分别接对应的副充电器并控制之，对相应的单体电池提供附加的充电电流，使之充电速度加快，保证整个电池组比较均匀的充电。

Description

一种均衡充电的电池组充电装置

技术领域

本发明涉及一种动力电池组的充电装置，尤其适合串联构成的电池组在充电时对各单体电池之间进行均衡充电的充电装置。

背景技术

动力电池，尤其是动力锂离子电池，是电能存储的重要部件。动力电池已经广泛地应用于能源、通讯、国防、海事等诸多重要领域，尤其是近年来国家大力支持的电动汽车，更是需要依靠动力电池作为能源。在实际应用中动力电池通常由多个单体电池经串联或者并联后构成电池组。由于在生产过程中，没有办法做到每一个单体电池的特性完全一致，因此导致了电池组在充电与放电工作中各个单体电池的性能出现差异。尤其是在充电的过程中，性能差的电池已经充满电，性能好的电池却还没充满电。等到性能好的电池充满电时，性能差的电池已经过充了。这就是串联电池组的水桶效应，水桶效应导致电池组总体性能下降。过充对电池影响是致命的，直接影响到电池的使用与寿命。单体电池之间的性能差异会随着电池组充放电次数的增多而累加起来，导致电池差异越来越大，电池组总体性能也随之快速下降，以致于这个问题不得不解决。解决这个问题的办法就是电池组在每次充电时，对各个单体电池进行均衡充电，使电池组中的每一个电池都能充足电，每各单体电池都能充足电就可以使单体电池之间的差异不会随充放电次数的增加而叠加，保证了电池组的性能不会变差。因此如何在电池组充电过程中对单体电池进行均衡充电就成为一个很关键的技术问题，至今仍没有很好的解决。

电池组均衡充电的方法和策略大致可分为两大类型，一类是能量消耗型，一类是能量转移型。

能量消耗型的均衡原理是在电池组充电过程中，通过旁路器件(典型的旁路器件是电阻)将充电快的单体电池中的电量消耗掉一部分，使之降低充电速度，以此保证整体电池组充电的一致性。

典型代表如已公开的发明专利(公开号：CN101162847A)，该发明专利给出了一种串联电池组自动均衡充电的解决方案，利用一一对应的分流器实现自动均衡充电。能量消耗型的均衡充电方法的缺点在于无谓的能耗，不利于提高电池充电效率，发热严重，因此只能使用在小容量的电池充电场合，如手机，笔记本电脑等，但大容量(10A时以上)电池很难使用该方法。

能量转移型均衡方法其基本原理是利用储能元件(电感、电容等)将充电快的单体电池的能量转移到充电慢的单体电池上，以此实现均衡充电。能量转移型均衡方法在均衡过程中理论上不会消耗能量，适合于大容量电池。但在实际应用时，由于能量在电池间搬移需要使用到许多开关元件和储能元件，电路复杂，控制困难，目前主要停留在理论研究上，未见实用方案报道。目前用在电动汽车、电动摩托车上的大容量动力二次电池的充电，都还未能有均衡充电的措施，这对电池的使用寿命是有影响的。因此，给出种实用的大容量电池均衡充电的解决方案是必要的。

本发明的目的在于提供一种实用的电池均衡充电的充电装置，与目前大多采用的均衡充电方法不同。本发明的均衡充电的充电装置除了主充电回路之外还设有单体电池的附加充电装置，可以自动调节各个单体电池的充电速度，实现各个单体电池的均衡充电。这种充电方法避免了分流器造成电能的无谓浪费以及能量转移型电路复杂控制困难的问题。

本发明一种均衡充电的电池组充电装置包括：主充电器、并联于单体电池的副充电器，、并联于单体电池上的电压测量单元、控制CPU等。待充电单体电池组成串联形式，与主充电器连接，构成主充电环路。副充电器分别一一并接在对应的单体电池上。单体电池电压测量单元输入端也一一并接在对应的单体电池上，输出端接控制CPU。控制CPU的输出控制端分别接对应的副充电器。

所述主充电器是一种恒流源充电电路，它为待充电池组提供恒定的充电电流。

所述电池电压测量单元为电压测量电路，用于对每一个单体电池电压的测量。

所述控制CPU是一个程序控制器，执行整个充电装置的各种程序控制。

所述副充电器是一种恒流源充电电路，每一个单体电池对应一个副充电器。

本发明由主充电器对待充电的电池组进行充电，由副充电器作为补充充电电源对电池组中充电速度慢的单体电池进行补充充电。副充电器的充电电流可根据实际情况改变充电电流强度。作为本发明的特例，充电过程可不需要主充电器，完全只依赖副充电器对待充的电池组进行充电。

附图说明

图1为本发明实施例的原理示意图。

图2为本发明副充电器输出电压电流特性示意图，。

图中：1.主充电电源，2.若干只电压测量单元，3.若干只待充电的单体电池，4.若干只副充电器，5.控制CPU。U_BAT是单体电池最高充电电压，I_C是设定的单体电池辅助充电电流。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的说明。参见图1，本发明设有主充电电源1、若干只电压测量单元2，若干只待充电单体电池3，若干只副充电器4，控制CPU 5。

主充电电源1一般情况下独立于其他部分，它的实质是一个恒流源，就是通常说的充电器。主充电器通过接头1-1、1-2与待充电池组4头尾相连，形成主充电回路对待充电池组进行充电。

若干只电压测量单元2对应连接在相应的单体电池两端，用于将该单体电池电压取出测量。

若干只副充电器4对应连接在相应的单体电池两端，用于在控制CPU 5的控制下对相应的单体电池进行补充充电。副充电器是一个先恒流、后恒压的充电单元，其特性如图2所示。充电时，当单体电池电压还未充到其最高充电电压U_BAT时，副充电器表现为恒流源，为充电回路提供强度为I_C恒定的充电电流。当单体电池电压已经充到其最高充电电压U_BAT时，副充电器表现为恒压源，充电电流为0，不再为充电回路提供电流。

控制CPU 5执行总体调度，在充电过程中，根据电压测量单元测得的每一个单体电池电压进行分析，确定出充电慢的单体电池，指挥相应的副充电器对充电慢的单体电池进行补充充电，让充电慢的单体电池充电速度加快，赶上充电快的单体电池，以此保证所有单体电池能够同时充满电。作为特殊工作状态，本发明可在缺主充电器的情况下工作。在缺主充电器的情况下，所有的副充电器全部工作，分别对各自对应的单体电池充电。由于副充电器的电压-电流特性，副充电器最高充电电压为U_BAT，不会使单体电池出现电压过充的情况。在缺主充电器的情况下，依然可以实现各个电池的均衡充电。

Claims

1.一种均衡充电的电池组充电装置，其特征在于设有主充电器、并联在待充电单体电池上的副充电器、并联在待充电单体电池上的电压测量单元、控制CPU。待充电单体电池组成串联形式，与主充电器连接，构成主充电环路。单体电池电压测量单元与副充电器分别一一并接在对应的单体电池上，控制CPU的输入端接收单体电池电压测量单元送来的个单体电池电压信号，输出控制端分别接对应的副充电器，副充电器可在控制CPU控制下对相应的单体电池进行辅助充电。

2.根据权利要求1所述的一种动力电池组自动均衡充电装置，其特征在于：所述副充电器是一个先恒流、后恒压的充电单元，充电时，当单体电池电压还未充到其最高充电电压U_BAT时，副充电器表现为恒流源，为充电回路提供强度为I_C恒定的充电电流。当单体电池电压已经充到其最高充电电压U_BAT时，副充电器表现为恒压源，充电电流为0，不再为充电回路提供电流。

3.根据权利要求1所述的一种动力电池组自动均衡充电装置，其特征在于：测量单元检测充电过程各单体电池电压，据此控制CPU找出最少为一个的电压最低单体电池，控制相应副充电器对其进行辅助充电，使之加快充电速度。

4.根据权利要求1或2所述的一种动力电池组自动均衡充电装置，其特征在于：副充电器在缺主充电器的情况下可全部工作，分别对各自对应的单体电池提供充电电流，以此实现均衡充电。