CN104901409B - 一种电池组低压充电的实现装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池组低压充电的实现装置，包括充电供电模块、接口电路模块、继电模块、开关模块、电池组模块、充电监控模块；所述电池组模块由多个电池串联组成，其中一部分电池记为第一电池组，剩余部分电池记为第二电池组；充电供电模块，用于依次通过接口电路模块、继电模块以及开关模块为电池组模块充电；其还用于获取电池组模块的充电完成信号，以控制继电模块处于第一工作状态或第二工作状态。本发明既能让单独电池组涓流充电，同时可以通过大电流充电，间接快速实现系统均衡，并能让电池组温度处于可控范围。

Description

一种电池组低压充电的实现装置

技术领域

本发明涉及一种电池组低压充电的实现装置。

背景技术

随着不可再生资源的日益消耗，雾霾天气越来越频繁，人们对绿色新能源的发展越来越重视。特别是近年来，电动车配套设施的进一步完善，使用新能源电池组的电动自行车、电动游览车、电动汽车、电动大巴车等越来越普遍，需求也越来越大。但是，因电池组循环寿命不理想、充电时间长等问题，极大限制了电动车产品的推广。

目前，市面电动车产品常见的充电方式为：通过电池组总电压控制，然后进行CC/CV(恒流/恒压)充电。这种方式因电池组分流不一样、电流通过的线材和电池组间串接阻抗较大，大电流充电时容易出现热失衡，所以电池组大电压大电流充电不安全；另外，这种方式在充电时，每组电池的电流都是相对一致的，所以，当电池组的一致性出现状况时，电池组循环寿命越来越短，电池组续航能力大打折扣。市面上常见的通过充电均衡方式延长循环寿命的方法，其本质是通过外挂电阻进行放电，让电压落到同一个水平。但是，其过程非常漫长，对于大容量的电池组而言往往只是点缀。有的甚至通过增大均衡电流的方式加快均衡速度，结果浪费能源的同时又出现了热失衡，最终增加了充电过程起火、爆炸等安全事故的概率。

从常见的充电解决方案可以看到，其充电的控制出发点是电池组串联总电压。首先，当电池组个别电池模块电压偏低需要涓流充电时，因串接数量较多，通过电池组总电压根本无法识别，于是CC(恒流)的方式充电时，低电压电池模块将比其他电池模块衰减更快，而这种情况将在下一次循环中继续出现，于是，电池组循环寿命将不断缩短，电池组最终表现出越来越不耐用。其次，高电压大电流充电时，线损及发热将很严重，特别是当电池组一致性出现状况时，高电压大电流充电将缩短电池组的使用寿命，而事实上，市面绝大部分都是高电压小电流的充电模式，也是基于安全和保证性能考虑。最后，某些通过充电均衡方式保证一致性的做法，其实际上，对于大容量的电池组，短时间调节作用微乎甚微。若加大均衡电流，整个系统温度又将上升，另一面，若使用大电流充电，整个系统温度可能失控，最终可能引起安全事故。

综上所述，现有充电方式存在以下缺陷：

A、不能判断出电池组某个低压模块，然后单独采取涓流充电；

B、不适合进行大电流充电，特别是当电池组的一致性变差时；

C、带充电均衡的方式充电，均衡时间很长，效果不明显，甚至可能出现温度偏高或失控情况。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在于提供一种既能让单独电池组涓流充电，同时可以通过大电流充电，间接快速实现系统均衡，并能让电池组温度处于可控范围的电池组低压充电的实现装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电池组低压充电的实现装置，包括充电供电模块、接口电路模块、继电模块、开关模块、电池组模块、充电监控模块；所述电池组模块由多个电池串联组成，其中一部分电池记为第一电池组，剩余部分电池记为第二电池组；

充电供电模块，用于依次通过接口电路模块、继电模块以及开关模块为电池组模块充电；其还用于获取电池组模块的充电完成信号，以控制继电模块处于第一工作状态或第二工作状态；所述第一工作状态为继电模块将开关模块与第一电池组连接，并将第二电池组与开关模块断开；所述第二工作状态为继电模块将开关模块与第二电池组连接，并将第一电池组与开关模块断开；所述充电完成信号为第一电池组或第二电池组中的所有电池处于充电完成状态；

充电监控模块，用于检测第一电池组或第二电池组中的电池电压，当电池处于充电完成状态时，通过开关模块将处于充电完成状态的电池与继电模块断开。

优选的，所述开关模块包括与电池数量相等的开关单元，每个开关单元均包括一MOS管以及一二极管，所述MOS管与二极管相并联，每个二极管的负极均与对应的电池的正极相连，每个二极管的正极均与继电模块对应相连；

每个MOS管的删极G均与充电监控模块相连，每个MOS管的源极S均与对应的二极管的正极相连，每个MOS管的漏极D均与对应地二极管的负极相连。

优选的，所述充电供电模块包括供电单元、与电池数量相等的第一电压比较器、第一逻辑控制单元以及第一充电电压监测单元；

所述供电单元通过接口电路模块为电池组模块中的电池充电；其中每个第一电压比较器的同相输入端均与对应的电池的正极相连，每个第二电压比较器的反向输入端均通过一参考电压接地，每个第一电压比较器的输出端均与第一充电电压监测单元相连；

所述第一充电电压监测单元与第一逻辑控制单元对应相连；所述第一逻辑控制单元通过接口电路模块获取第一电池组的充电完成信号，以控制继电模块处于第二工作状态。

优选的，所述第一逻辑控制单元还通过一第一延时单元与继电模块相连。

优选的，所述充电监控模块包括与电池数量相等的第二电压比较器、第二充电电压监测单元以及第二逻辑控制单元；

其中每个第二电压比较器的同相输入端均与对应的电池的正极相连，每个第二电压比较器的反向输入端均通过一参考电压接地，每个第二电压比较器的输出端均与第二充电电压监测单元相连；

所述第二充电电压监测单元与第二逻辑控制单元对应相连；所述第二逻辑控制单元与每个MOS管的栅极G相连，当第二逻辑控制单元监测到电池组模块中的电池充满后，则控制与该电池对应连接的MOS管断开；

当第二逻辑控制单元监测到继电模块处于第二工作状态时，则控制每个MOS管导通，以使第二电池组处于充电状态，并使第一电池组处于断开状态。

优选的，每个第二电压比较器的输出端均通过一第二延时单元与第二充电电压监测单元相连。

优选的，所述继电模块为一继电器组。

本发明的有益效果如下：

该电池组低压充电的实现装置实现方式简单，工作可靠。不仅可以有效进行每节电池单独的低压充电控制，即能让单独电池组涓流充电，这样可以有效保证电池组的搭配一致性。同时也可以实现大电流充电，从而间接快速实现系统均衡，并能让电池组温度处于可控范围。再者其还能有效延长电池组的循环寿命，确保电池组充电的安全性。

附图说明

图1为本发明电池组低压充电的实现装置的较佳实施方式的模块图。

图2为本发明电池组低压充电的实现装置的第一电池组充电的电路图。

图3为本发明电池组低压充电的实现装置的第二电池组充电的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

请参见图1到图3，本发明涉及一种电池组低压充电的实现装置，其较佳实施方式包括充电供电模块、接口电路模块、继电模块、开关模块、电池组模块、充电监控模块；电池组模块由多个电池串联组成，其中一部分电池记为第一电池组，剩余部分电池记为第二电池组。其中继电器模块为一继电器组。

充电供电模块，用于依次通过接口电路模块、继电模块以及开关模块为电池组模块充电；其还用于获取电池组模块的充电完成信号，以控制继电模块处于第一工作状态或第二工作状态；第一工作状态为继电模块将开关模块与第一电池组连接，并将第二电池组与开关模块断开；第二工作状态为继电模块将开关模块与第二电池组连接，并将第一电池组与开关模块断开；充电完成信号为第一电池组或第二电池组中的所有电池处于充电完成状态。

充电监控模块，用于检测第一电池组或第二电池组中的电池电压，当电池处于充电完成状态时，通过开关模块将处于充电完成状态的电池与继电模块断开。

具体的，当充电供电模块接入接口电路模块为电池组模块充电时，其单独为电池组模块中的各个电池(Battery1、Battery2…BatteryN)进行低电压的涓流、CC(恒流)或CV(恒压)充电。另外电池组模块还通过与充电监控模块相连接，形成一个2次充电平衡保护电路。

在本实施例中，第一电池组为奇数电池组(Battery1、Battery3…)，第二电池组为偶数电池组(Battery2、Battery4……)。其中区域(1-2)包含Battery1、Battery2；区域(3-4)包含Battery3、Battery4；区域(5-6)包含Battery5、Battery6…区域(N-1-N)包含Battery N-1、Battery N。

进一步地，开关模块可以包括与电池数量相等的开关单元，每个开关单元均包括一MOS管以及一二极管，MOS管与二极管相并联，每个二极管的负极均与对应的电池的正极相连，每个二极管的正极均与继电模块对应相连。

每个MOS管的删极G均与充电监控模块相连，每个MOS管的源极S均与对应的二极管的正极相连，每个MOS管的漏极D均与对应地二极管的负极相连。

进一步优选的，所述充电供电模块包括供电单元、与电池数量相等的第一电压比较器、第一逻辑控制单元以及第一充电电压监测单元。

供电单元通过接口电路模块为电池组模块中的电池充电；其中每个第一电压比较器的同相输入端均与对应的电池的正极相连，每个第二电压比较器的反向输入端均通过一参考电压接地，每个第一电压比较器的输出端均与第一充电电压监测单元相连。

第一充电电压监测单元与第一逻辑控制单元对应相连；所述第一逻辑控制单元通过接口电路模块获取第一电池组的充电完成信号，以控制继电模块处于第二工作状态。

具体的，充电供电模块中的充电单元通过多组独立的变压器和非共地的独立电路，最终处理成自动识别的，带涓流、CC(恒流)、CV(恒压)模式的充电模块。充电单元分别为区域(1-2)、区域(3-4)…区域(N-1-N)提供独立的区域充电电压V(1-2)、V(3-4)…V(N-1-N)。

进一步优选的，第一逻辑控制单元还通过一第一延时单元与继电模块相连。

再者，充电监控模块包括与电池数量相等的第二电压比较器、第二充电电压监测单元以及第二逻辑控制单元。

其中每个第二电压比较器的同相输入端均与对应的电池的正极相连，每个第二电压比较器的反向输入端均通过一参考电压接地，每个第二电压比较器的输出端均与第二充电电压监测单元相连。

第二充电电压监测单元与第二逻辑控制单元对应相连；所述第二逻辑控制单元与每个MOS管的栅极G相连，当第二逻辑控制单元监测到电池组模块中的电池充满后，则控制与该电池对应连接的MOS管断开。

当第二逻辑控制单元监测到继电模块处于第二工作状态时，则控制每个MOS管导通，以使第二电池组处于充电状态，并使第一电池组处于断开状态。

其中，充电监控模块能为区域充电提供参考电压Vref和确保低压充电过程区域的唯一性，比如：电池组中的奇数电池组进入了充电状态，此时系统中的偶数电池组不处充电状态，即偶数电池组处于断开状态。只有奇数电池组中的电池电压全部符合参考电压Vref才会转到偶数电池组充电，最终实现偶数和奇数区域的电池电压一致性。另外，因充电的方式是使用电池组模块区域独立供电，如V(1-2)、V(3-4)、V(5-6)…故充电过程不存在电池串接阻抗引起的发热。同时，因电池充电一致性是通过弥补能量和延时充电的方式来实现的，也不存在充电电阻均衡所带来的严重发热现象，所以可以使用大电流充电的方式。

更进一步地，每个第二电压比较器的输出端均通过一第二延时单元与第二充电电压监测单元相连。

本实施例中，该电池组低压充电的实现装置的具体的工作原理如下：

如图2所示，初始状态是，开关模块中的MOS管的栅极G1、栅极G2…栅极GN均闭合，继电模块此时默认为奇数电池组充电。即奇数电池组(Battery1、Battery3、Battery5…)处于充电状态，偶数电池组(Battery2、Battery4、Battery6…)处于不充电的断开状态。

当奇数电池组(Battery1、Battery3、Battery5…)中的任一电池达到充电设定值时(比如：钴酸锂电池4.2V满充)，充电监控模块和充电供电模块均会接收到对应的电池充电完成的信号。当奇数电池组中的某个电池的充电完成信号(偶数电池同理)通过第一电压比较器或第二电压比较器采样得到，第一电压比较器(第二电压比较器同理)翻转的电压会通过第一充电电压监测单元进入第一逻辑控制单元进行运算控制。

即，首先，充电监控模块接收到某个电池的充电完成信号后，则通过第二逻辑控制单元输出一个低电平以控制对应电池的负极连接的MOS管的关闭。同时，充电供电模块接收到某个电池的充电完成信号后，则通过第一逻辑控制单元接收对应的电池充电完成信号并进行累加。直到第一逻辑控制单元接收了奇数电池组中所有电池的充电完成信号后，则输出以控制信号以控制继电器模块进行开关切换，即使得继电器模块处于第二工作状态。处于第二工作状态的继电器立即反馈一个信号给充电监测模块的第二逻辑控制电路，则第二逻辑控制电路全部输出高电平，以使得所有的MOS管全部接通(即恢复初始状态)。

此时如图3偶数电池组(Battery2、Battery4、Battery6…)进入充电状态，其充电过程与奇数电池组(Battery1、Battery3、Battery5…)的充电过程同理。总的来说，当电池组一致性变得不理想时，电压偏低的电池将进入涓流充电模式，其他正常的电池将进入CC恒流充电模式。CC恒流充电的电池提前充电到设定值后，因负极端的MOS已经开闭，而充电供电模块中的第一逻辑控制电路未满足输出转换继电模块工作状态的控制信号，所以，提前满充的电池间接上一直在等待低电压的电池，直到低电压电池充到设定电压值(由第一电压比较器或第二电压比较器很容易决定这个值)，此方式弥补了电池组充电的不均衡性。因不均衡的电池是通过充电的方式进行弥补，温度变化很小，不存在耗能均衡方式的温度失控问题。

本实施例中的延时电路均属于判断延时，避免应用中一些非常敏感信号干扰。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电池组低压充电的实现装置，其特征在于：

包括充电供电模块、接口电路模块、继电模块、开关模块、电池组模块、充电监控模块；所述电池组模块由多个电池串联组成，其中一部分电池记为第一电池组，剩余部分电池记为第二电池组；

充电供电模块，用于依次通过接口电路模块、继电模块以及开关模块为电池组模块充电；其还用于获取电池组模块的充电完成信号，以控制继电模块处于第一工作状态或第二工作状态；所述第一工作状态为继电模块将开关模块与第一电池组连接，并将第二电池组与开关模块断开；所述第二工作状态为继电模块将开关模块与第二电池组连接，并将第一电池组与开关模块断开；所述充电完成信号为第一电池组或第二电池组中的所有电池处于充电完成状态；

充电监控模块，用于检测第一电池组或第二电池组中的电池电压，当电池处于充电完成状态时，通过开关模块将处于充电完成状态的电池与继电模块断开。

2.如权利要求1所述的电池组低压充电的实现装置，其特征在于：

所述开关模块包括与电池数量相等的开关单元，每个开关单元均包括一MOS管以及一二极管，所述MOS管与二极管相并联，每个二极管的负极均与对应的电池的正极相连，每个二极管的正极均与继电模块对应相连；

每个MOS管的删极G均与充电监控模块相连，每个MOS管的源极S均与对应的二极管的正极相连，每个MOS管的漏极D均与对应地二极管的负极相连。

3.如权利要求2所述的电池组低压充电的实现装置，其特征在于：

所述充电供电模块包括供电单元、与电池数量相等的第一电压比较器、第一逻辑控制单元以及第一充电电压监测单元；

所述供电单元通过接口电路模块为电池组模块中的电池充电；其中每个第一电压比较器的同相输入端均与对应的电池的正极相连，每个第二电压比较器的反向输入端均通过一参考电压接地，每个第一电压比较器的输出端均与第一充电电压监测单元相连；

所述第一充电电压监测单元与第一逻辑控制单元对应相连；所述第一逻辑控制单元通过接口电路模块获取第一电池组的充电完成信号，以控制继电模块处于第二工作状态。

4.如权利要求3所述的电池组低压充电的实现装置，其特征在于：所述第一逻辑控制单元还通过一第一延时单元与继电模块相连。

5.如权利要求3所述的电池组低压充电的实现装置，其特征在于：

所述充电监控模块包括与电池数量相等的第二电压比较器、第二充电电压监测单元以及第二逻辑控制单元；

其中每个第二电压比较器的同相输入端均与对应的电池的正极相连，每个第二电压比较器的反向输入端均通过一参考电压接地，每个第二电压比较器的输出端均与第二充电电压监测单元相连；

所述第二充电电压监测单元与第二逻辑控制单元对应相连；所述第二逻辑控制单元与每个MOS管的栅极G相连，当第二逻辑控制单元监测到电池组模块中的电池充满后，则控制与该电池对应连接的MOS管断开；

当第二逻辑控制单元监测到继电模块处于第二工作状态时，则控制每个MOS管导通，以使第二电池组处于充电状态，并使第一电池组处于断开状态。

6.如权利要求5所述的电池组低压充电的实现装置，其特征在于：每个第二电压比较器的输出端均通过一第二延时单元与第二充电电压监测单元相连。

7.如权利要求1至6任意一项所述的电池组低压充电的实现装置，其特征在于：所述继电模块为一继电器组。