CN102683764A - 一种电池组的并联充电方法及充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池组的并联充电方法及充电装置，所述电池组由若干个单体电池串联而成，所述的并联充电方法为：凡是相邻的2个单体电池均进行交替脉冲充电。所述的并联充电装置包括若干个并充模块，各并充模块分别与其对应的单体电池连接而构成充电回路，充电回路连接至时序控制器；各充电回路按顺序进行奇偶分类，奇数项的充电回路由时序S1控制，偶数项的充电回路由时序S2控制，时序S1导通时，时序S2关闭；时序S2导通时，时序S1关闭。本发明采用相邻电池交替脉冲充电，解决了因各电池充电结束顺序的不同而出现的电池端电压不一致的问题，可有效的减轻电池极化，加快电池充电速度，降低电池充电温升，提高电池使用寿命。

Description

一种电池组的并联充电方法及充电装置
技术领域
本发明涉及一种电池组的并联充电方法及充电装置。 
背景技术
当前大多数电池(如铅酸电池/各类锂电池等)的充电方式，如图1所示，至少经过一个恒流和一个恒压阶段，一般以在恒定电压(Vc)下当充电电流减小至截止电流(Ic)为充电截止；这种充电方式也称为TAPER型充电方式。截止电流(Ic)一般取为0.1倍的恒流值。 
现有对电池组的充电可分为串联充电和并联充电，并联充电最常见的为单线制并联充电。常见的单线制并联充电如图2所示，所有并充模块同时工作，每个并充模块的充电模式为TAPER型，且可独立进行充电控制。传统的单线制并联充电方法会出现充电结束时，各电池端电压不一致的情况，无法消除连接线压降对各电池影响的不一致性。此方法不但没有体现并充方式对均衡电池、提高电池寿命的优点，反而加剧了电池的不一致性和离散度，缩短了电池组寿命。 
传统单线制并联充电方法在充电结束时各电池端电压，至少有如下几种可能：假设所有并充模块的参数性能一致，其充电停止的截止电流为Ic、恒压为Vc；各连接线（L0～Ln）参数性能一致，其总的内阻（线内阻＋连接内阻）均为r。 
1.电池组首、尾电池，如图2中VB1和VBn， 其充电结束时其电池端电压有可能＝Vc－Ic×r（此时相邻电池充电未结束），也可能＝Vc－2Ic×r（此时相邻电池充电已结束）。 
2.电池组中其它电池，如图2中VB2和VB3， 其充电结束时其电池端电压都有三种可能：如此时相邻电池中，有一个充电未结束，一个已结束，其＝Vc－Ic×r；如此时相邻电池充电都已结束，其＝Vc－2Ic×r；如此时相邻电池充电都未结束，其＝Vc。 
因各电池性能及并充模块等必然存在差异，必导致电池组中各电池完成充电的顺序必然有先后，故各电池在充电截止时必然出现不同的端电压；而且系统无法对这种随机出现的不同电池的不同端电压进行补偿。 
发明内容
本发明提供了一种交替脉冲并联充电方法及充电装置，其解决了传统单线制并联充电方式中因各电池充电结束顺序的不同而出现的电池端电压不一致的问题，此方法可有效的减轻电池极化，加快电池充电速度，降低电池充电温升，提高电池使用寿命。 
一种电池组的并联充电方法，所述电池组由若干个单体电池串联而成，所述的并联充电方法为：凡是相邻的2个单体电池均进行交替脉冲充电。 
优选地，各单体电池按顺序进行奇偶分类，奇数项的单体电池充电时，偶数项的单体电池停止充电；偶数项的单体电池充电时，奇数项的单体电池停止充电。 
优选地，所述的单体电池分别与对应的并充模块连接而构成充电回路，各充电回路按顺序进行奇偶分类，奇数项的充电回路由时序S1控制，偶数项的充电回路由时序S2控制，时序S1导通时，时序S2关闭；时序S2导通时，时序S1关闭。 
本发明所述的单体电池可为单节电池，亦可为由若干节电池串并组成的电池模块；此电池可为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂电池等二次电池，亦可为电容或超级电容等储能器件。本发明所述的并充模块可为恒流源和/或恒压源。 
优选地，时序S1和S2波形相同，相位不同。 
优选地，所述的时序S1和S2采用下述方法实现：各并充模块均连接至时序控制器，由时序控制器控制各并充模块的交替开启/暂停工作。 
优选地，所述的时序S1和S2采用下述方法实现：在各充电回路中串联一控制开关，各控制开关均连接至时序控制器，由时序控制器控制各控制开关的交替导通或关闭。 
优选地，所述的时序S1和S2导通时间为Ton，关闭时间为Toff，D＝Ton/(Ton+Toff)为占空比，0＜D≤50％。 
优选地，所述的时序S1和S2频率f= 1/(Ton+Toff)＝0.2～1KHz。 
假设所有并充模块的参数性能一致，其充电停止的截止电流为Ic、恒压为Vc；各连接线（L0～Ln）参数性能一致，其总的内阻（线内阻＋连接内阻）均为r，采用本发明的充电方法和充电装置，所有电池在结束充电时的端电压VB＝Vc－2Ic×r 。 
本发明可采用灵活多变的充电控制策略，如一、在充电伊始，就开始交替脉冲充电；或者二、充电伊始先用连续充电方式，当达到某种条件后在开启。开启交替脉冲充电的条件一般可有： 
1.   一个或多个单体电池达到某个既定的充电电压时；
2.   电池组端电压达到某个既定的充电电压时；
3.   一个或多个单体电池达到某个既定的SOC时；
4.   其它。
可根据不同电池类型对频率的响应程度和实际需求可设置适宜的脉冲频率f及占空比D，并且在充电过程中可根据要求实时调整f和D。充电电流可根据不同电池类型及实际要求的充电时长来调整。 
一种电池组的并联充电装置，所述电池组由若干个单体电池串联而成，所述的并联充电装置包括若干个并充模块，各并充模块分别与其对应的单体电池连接而构成充电回路，充电回路连接至时序控制器；各充电回路按顺序进行奇偶分类，奇数项的充电回路由时序S1控制，偶数项的充电回路由时序S2控制，时序S1导通时，时序S2关闭；时序S2导通时，时序S1关闭。 
优选地，各充电回路中并充模块连接至时序控制器。 
优选地，各充电回路中串联有控制开关，控制开关连接至时序控制器。 
本发明采用相邻电池交替脉冲充电，解决了传统单线制并联充电方法因各电池充电结束顺序的不同而出现的电池端电压不一致的问题，可有效的减轻电池极化，加快电池充电速度，降低电池充电温升，提高电池使用寿命。 
附图说明
图1是传统充电过程中电流/电压与时间的关系图。 
图2是传统并联充电的电路原理图。 
图3是本发明并联充电装置的电路原理图。 
图4是实施例1并联充电装置的电路原理图。 
图5是实施例2并联充电装置的电路原理图。 
图6是本发明两个控制时序的通断波形图。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。 
实施例1 
一种电池组的并联充电方法，所述电池组由若干个单体电池串联而成，所述的并联充电方法为：所述的单体电池分别与独立的并充模块连接而构成充电回路，各充电回路按顺序进行奇偶分类，奇数项的充电回路由时序S1控制，偶数项的充电回路由时序S2控制，时序S1导通时，时序S2关闭；时序S2导通时，时序S1关闭。时序S1和S2波形相同，相位不同。
所述的时序S1和S2采用下述方法实现：各并充模块均连接至时序控制器，由时序控制器控制并充模块的开启/暂停工作。 
本实施例的工作原理是：在时序控制器控制下，所有奇数项电池VB1、VB3、…由S1时序控制充电，所有偶数项电池VB2、VB4、…由S2时序控制充电，两个时序的通断波形如图6所示，即奇数项电池在充电时，偶数项电池断开充电；而偶数项电池在充电时，奇数项电池断开充电。所述的时序S1和S2导通时间为Ton，关闭时间为Toff，D＝Ton/(Ton+Toff)为占空比，图6中D＝49%，Td为死区时间，Td＝1%。 
参照图3，一种电池组的并联充电装置，所述电池组由若干个单体电池VB1、VB2、VB3、…、VBn（n＞1）串联而成，所述的并联充电装置包括若干个分别与各单体电池连接而构成充电回路的并充模块1#、2#、3#、…、n#，各充电回路按顺序进行奇偶分类，奇数项的充电回路由时序S1控制，偶数项的充电回路由时序S2控制，时序S1导通时，时序S2关闭；时序S2导通时，时序S1关闭。各并充模块均连接至时序控制器，由时序控制器控制并充模块的开启/暂停工作。 
图4中单体电池共四个，其可为三元锂电池或锰酸锂电池，容量可为10Ah，其中与电池VB1和电池VB3相连的并充模块1#和3#为奇数项，由时序S1控制；与电池VB2和电池VB4相连的并充模块2＃和4#为偶数项，由时序S2控制。并充模块均具有自主停止充电功能，充电截止电流为Ic＝0.5A，恒压电压为Vc＝4.3，恒流电流I＝5A，r＝0.1Ω，此处选择f＝1Hz，D＝49％，Td＝1%。 
控制策略为充电伊始就开始脉冲交替充电，具体而言：开始各节电池，以5A的脉冲进行充电，到充电电压达到4.3V即恒压电压值时，以恒压脉冲进行充电，此时充电电流会逐步减小，下降到截止电流0.5A时充电结束；充电结束后所有单体电池端电压VB=Vc－2Ic×r＝4.2V，其中Ic为充电停止的截止电流，Vc为恒压，r为各连接线（L0～Ln）的总内阻（线内阻＋连接内阻）。 
  
实施例2
一种电池组的并联充电方法，所述电池组由若干个单体电池串联而成，所述的并联充电方法为：所述的单体电池分别与独立的并充模块连接而构成充电回路，各充电回路按顺序进行奇偶分类，奇数项的充电回路由时序S1控制，偶数项的充电回路由时序S2控制，时序S1导通时，时序S2关闭；时序S2导通时，时序S1关闭。时序S1和S2波形相同，相位不同。
所述的时序S1和S2采用下述方法实现：在各充电回路中串联一控制开关，各控制开关均连接至时序控制器，由时序控制器控制各控制开关的交替导通或关闭。 
参照图5，一种电池组的并联充电装置，所述电池组由四个单体电池VB1、VB2、VB3、VB4串联而成，所述的并联充电装置包括若干个分别与各单体电池连接而构成充电回路的并充模块1#、2#、3#和4#，各充电回路按顺序进行奇偶分类，奇数项的充电回路由时序S1控制，偶数项的充电回路由时序S2控制，时序S1导通时，时序S2关闭；时序S2导通时，时序S1关闭。 
在各充电回路中串联有控制开关，奇数项和偶数项的控制开关均连接至时序控制器，在时序控制器控制下交替导通或关闭。 
本发明的充电工作原理可参照实施例1。 

Claims (10)

1.一种电池组的并联充电方法，所述电池组由若干个单体电池串联而成，其特征在于：所述的并联充电方法为：凡是相邻的2个单体电池均进行交替脉冲充电。
2.根据权利要求1所述的电池组的并联充电方法，其特征在于：各单体电池按顺序进行奇偶分类，奇数项的单体电池充电时，偶数项的单体电池停止充电；偶数项的单体电池充电时，奇数项的单体电池停止充电。
3.根据权利要求2所述的电池组的并联充电方法，其特征在于：所述的单体电池分别与对应的并充模块连接而构成充电回路，各充电回路按顺序进行奇偶分类，奇数项的充电回路由时序S1控制，偶数项的充电回路由时序S2控制，时序S1导通时，时序S2关闭；时序S2导通时，时序S1关闭；所述的时序S1和S2波形相同，相位不同。
4.根据权利要求2或3所述的电池组的并联充电方法，其特征在于：所述的时序S1和S2采用下述方法实现：各并充模块均连接至时序控制器，由时序控制器控制各并充模块的交替开启/暂停工作。
5.根据权利要求2或3所述的电池组的并联充电方法，其特征在于：所述的时序S1和S2采用下述方法实现：在各充电回路中串联一控制开关，各控制开关均连接至时序控制器，由时序控制器控制各控制开关的交替导通或关闭。
6.根据权利要求3所述的电池组的并联充电方法，其特征在于：所述的时序S1和S2导通时间为Ton，关闭时间为Toff，D＝Ton/(Ton+Toff)为占空比，0＜D≤50％。
7.根据权利要求6所述的电池组的并联充电方法，其特征在于：所述的时序S1和S2频率f= 1/(Ton+Toff)＝0.2～1KHz。
8.一种电池组的并联充电装置，所述电池组由若干个单体电池串联而成，其特征在于：所述的并联充电装置包括若干个并充模块，各并充模块分别与其对应的单体电池连接而构成充电回路，充电回路连接至时序控制器；各充电回路按顺序进行奇偶分类，奇数项的充电回路由时序S1控制，偶数项的充电回路由时序S2控制，时序S1导通时，时序S2关闭；时序S2导通时，时序S1关闭。
9.根据权利要求8所述的电池组的并联充电装置，其特征在于：各充电回路中并充模块连接至时序控制器。
10.根据权利要求8所述的电池组的并联充电装置，其特征在于：各充电回路中串联有控制开关，控制开关连接至时序控制器。
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