CN103001288A - 电池组充放电均衡方法、均衡装置及维护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池组充放电均衡方法、均衡装置及维护装置，用以解决在电池串联成组使用时，电池组一致性不好导致单体电池之间电压偏差大，充放电容量少，使用寿命短的问题。装置在充放电过程中，可通过检测单体电池的电压，计算单体电池之间的电压偏差，判断电池组的一致性。在电压偏差超过预先设定的电压偏差范围时，控制器发送指令控制均衡模块将电池组的电压经过降压后给电压最低的单体电池实现能量无损补电，缩小各电池之间的差异，提高电池组的充放电容量和使用寿命。该装置独立于蓄电池电源系统配置，用于蓄电池电源系统的定期维护。
Description
技术领域
本发明涉及蓄池均衡维护装置领域，特别是电池组充放电均衡方法、均衡装置及维护装置。
背景技术
目前，各种蓄电池作为电能存储元件，已广泛应用于电动车辆、电力储能、后备式不间断电源等电能存储相关领域。在应用中，为了满足各储能电源系统的电压平台，需要将几节甚至上百节只有几伏的单体电池经过串联成组，构成所需的储能电源组。由于串联成组的单体电池在性能指标上不可能完全一致，因此在电池组充放电过程中，会同时存在过充电和欠充电的问题，产生不均衡的现象。
这是因为，虽然充电电池组的端电压还没有达到终止充电的条件，但一部分充电电池已经充电终结，继续对其充电，该部分充电电池必然处于过充电状态；另一方面，当充电电池组的端电压达到终止充电的条件时，仍然可能有部分充电电池没有完全充电，处于欠充电状态。另外，在放电过程中，也同样会出现部分充电电池提前放电结束，从而造成充电电池组过度放电问题。无论对于那种充电电池，欠充电、过充电和过放电都会严重影响充电电池的使用性能和寿命。此外，对于锂电池充电电池，过充电不仅会伤害电池，而且是严重的安全隐患。
实现电池的均衡主要依靠均衡电路部分，已知的均衡方式主要分为两类：主动的均衡方式和被动的均衡方式。被动的均衡方式是通过一个放电电阻使电压高的电池电压降低；主动均衡方式通常是通过某种方法将电荷从高电势转移到低电势，能量无损失。在实现形式上，一种是：电池和均衡装置设计为一体，构成一个独立的系统，为电池实时实现均衡功能，这种形式如果采用主动均衡方式，则所设计的电池电源系统体积大、均衡电流小，成本高，对电池串联成组的数量有要求；如果采用被动式均衡，则均衡电流较小、均衡效果较差，能量损耗大。另一种是：均衡装置独立于电池，只需定期对电池组进行一致性维护，一个均衡装置可用于多组电池的均衡，相对成本较低，对电池串联成组的数量无要求。但是目前的这种均衡装置大部分只能实现充电时的均衡，不能实现放电过程的均衡，使用具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池组充放电均衡方法、均衡装置和维护装置，用以解决充放电过程、特别是放电过程中电池组的一致性差的问题，从而提高电池组的充放电容量和使用寿命。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
一种电池组充放电均衡方法，其特征在于，包括如下步骤：对于串联的电池组，在为整个电池组进行充电的同时，检测电池组中各个电池的端电压，比较、判断出端电压最低的一个或多个电池；以整个电池组为输入，为该端电压最低的一个或多个电池进行充电；电池组进行放电的同时，检测电池组中各个电池的端电压，比较、判断出端电压最低的一个或多个电池；以整个电池组为输入，为该端电压最低的一个或多个电池进行充电。
电池组进行充放电时，为端电压最低的一个或多个电池充电是通过一个降压支路实现的；该降压支路输入端连接整个电池组两端，输出端与各个电池之间通过相应开关连接。
所述检测电池组中各个电池的端电压由数据检测单元完成，比较、判断出端电压最低的电池由控制单元完成；数据检测单元和控制单元设置在控制器中。
所述开关为双路继电器。
电池组充放电均衡装置，该装置主要由均衡模块和控制器构成，均衡模块包括降压支路，控制器包括数据检测单元和控制单元；所述降压支路输入端连接电池组两端，输出端与各个电池之间通过相应开关连接；数据检测单元采样各个电池的端电压，控制单元用于将数据检测单元采样的各个电池的端电压值进行比较。
所述开关为双路继电器。
电池组充放电维护装置，主要由交流输入控制单元、充电机、充电继电器、充放电均衡装置构成；交流输入控制单元用于检测是否有交流输入、并控制充电继电器的开合；充电机通过充电继电器连接充放电均衡装置；充放电均衡装置主要由均衡模块和控制器构成，均衡模块包括降压支路，控制器包括数据检测单元和控制单元；降压支路输入端连接电池组两端，输出端与各个电池之间通过相应开关连接；数据检测单元采样各个电池的端电压，控制单元用于将数据检测单元采样的各个电池的端电压值进行比较。
所述均衡模块还包括一个辅助电源支路，用于将电池组的电压转换为控制器所需的电压、为控制器供电。
所述电池组充放电维护装置还包括数据显示及通讯模块，数据显示及通讯模块与所述控制器连接。
该装置采用能量转移的方式，在充放电过程中将电池组电压通过降压后为电压最低的单体电池充电，能够同时对多节一致性不好的电池组进行维护，均衡过程中降低能量的损耗，均衡效率高，可独立于蓄电池电源系统配置，用于蓄电池电源系统的定期维护。
附图说明
图1是本发明的充放电均衡装置原理图；
图2是本发明的维护装置框图；
图3是本发明的维护装置原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
电池组充放电维护装置，如图2、图3所示，主要由充电机、交流输入控制单元、均衡模块、控制器和数据显示与通讯模块组成，串联电池组为B1、B2…BN。T、Z为连接器。交流输入控制单元用于检测是否有交流输入、并控制充电继电器K0的开合, 实现对交流输入的自诊断和控制，该单元能够自动判断是否有交流电接入，根据判断结果自动选择开启或闭合充电继电器；充电电路具有防止在电池组充电接入时，出现正负极反接的预防措施（二极管），同时防止出现电池组给充电机电流倒灌现象。充电机通过充电继电器连接充放电均衡装置，充电机将交流输入经整流、滤波后，用于对电池组进行充电。
其中，均衡模块和控制器构成电池组充放电均衡装置,如图1。均衡模块包括降压支路，控制器包括数据检测单元和控制单元；降压支路输入端连接电池组两端，输出端与各个电池之间通过相应开关连接, 用于将电池组的电压降压后给电压最低单体电池补电；数据检测单元采样各个电池的端电压U1、U2…UN，控制单元用于将数据检测单元采样的各个电池的端电压值进行比较, 选择是否开启均衡功能。
在电池组充电时，自动闭合充电继电器K0，为电池组充电，充电过程中通过数据检测单元U1、U2…UN采集各单体电池电压，再通过控制器进行数据处理，判断最低电压的单体电池，并发出充电均衡控制指令，闭合该支路的继电器K1、K2…KN(其中一个)，将电池组的总电压经过均衡模块的降压支路降压后为电压最低的单体电池充电。
在电池组放电时，自动断开充电继电器K0，在放电过程中通过数据检测单元U1、U2…UN采集各单体电池电压，再通过控制进行数据处理，判断最低电压的单体电池，并发出放电均衡控制指令，闭合该支路的继电器K1、K2…KN(其中一个)，将电池组的总电压经过均衡模块的降压支路降压后为电压最低的单体电池充电。在充放电均衡过程中，由数据显示与通讯模块显示电池组的均衡状态，并可将电池组均衡状态发送给其他外电路。
作为其他实施方式，均衡模块也可以同时为多个电压最低的单体电池分别独立进行充电，只需控制与电池对应的继电器K1、K2…KN即可。
控制器控制的继电器采用双路继电器，保证单体电池充完电后能够完全切断，防止回路之间的环流。图1中的均衡模块包括降压支路和辅助电源支路两个支路，降压电路输入电压为可调模式，根据使用中所配电池的数量不同调节电路电压的输入值，根据使用中所配电池的数量不同，调整辅助电路的输入电压；输出电压为0-5V可调模式，另一路辅助电源的输入电压范围为可调模式，输出电压范围为控制器所需的电压平台。
以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到一些等同、替代或变型的方案，均应落入本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种电池组充放电均衡方法，其特征在于，包括如下步骤：
对于串联的电池组，在为整个电池组进行充电的同时，检测电池组中各个电池的端电压，比较、判断出端电压最低的一个或多个电池；以整个电池组为输入，为该端电压最低的一个或多个电池进行充电；
电池组进行放电的同时，检测电池组中各个电池的端电压，比较、判断出端电压最低的一个或多个电池；以整个电池组为输入，为该端电压最低的一个或多个电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的电池组充放电均衡方法，其特征在于，电池组进行充放电时，为端电压最低的一个或多个电池充电是通过一个降压支路实现的；该降压支路输入端连接整个电池组两端，输出端与各个电池之间通过相应开关连接。
3.根据权利要求1所述的电池组充放电均衡方法，其特征在于，所述检测电池组中各个电池的端电压由数据检测单元完成，比较、判断出端电压最低的电池由控制单元完成；数据检测单元和控制单元设置在控制器中。
4.根据权利要求2所述的电池组充放电均衡方法，其特征在于，所述开关为双路继电器。
5.实施权利要求1所述方法的电池组充放电均衡装置，其特征在于，该装置主要由均衡模块和控制器构成，均衡模块包括降压支路，控制器包括数据检测单元和控制单元；所述降压支路输入端连接电池组两端，输出端与各个电池之间通过相应开关连接；数据检测单元采样各个电池的端电压，控制单元用于将数据检测单元采样的各个电池的端电压值进行比较。
6.根据权利要求5所述的电池组充放电均衡装置，其特征在于，所述开关为双路继电器。
7.电池组充放电维护装置，其特征在于，主要由交流输入控制单元、充电机、充电继电器、充放电均衡装置构成；交流输入控制单元用于检测是否有交流输入、并控制充电继电器的开合；充电机通过充电继电器连接充放电均衡装置；充放电均衡装置主要由均衡模块和控制器构成，均衡模块包括降压支路，控制器包括数据检测单元和控制单元；降压支路输入端连接电池组两端，输出端与各个电池之间通过相应开关连接；数据检测单元采样各个电池的端电压，控制单元用于将数据检测单元采样的各个电池的端电压值进行比较。
8.根据权利要求7所述的电池组充放电维护装置，其特征在于，所述均衡模块还包括一个辅助电源支路，用于将电池组的电压转换为控制器所需的电压、为控制器供电。
9.根据权利要求7所述的电池组充放电维护装置，其特征在于，所述电池组充放电维护装置还包括数据显示及通讯模块，数据显示及通讯模块与所述控制器连接。
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