CN105356526A - 一种蓄电池用单充单切充电方法及充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池用单充单切充电方法及充电系统，该方法是对蓄电池组中每个单体电池配备一路专用的充电模块电源，采用一对一的方式独立控制每个单体电池进行充电，能够用于锌银蓄电池组或锂离子蓄电池组。该充电系统包含蓄电池组、多路充电模块电源、计算机以及压降补偿连接充电端子；蓄电池组包含若干单体电池，每个单体电池配备一路专用的充电模块电源，每路充电模块电源配备2只压降补偿连接充电端子，压降补偿连接充电端子分别与充电模块电源和单体电池连接；计算机能够控制各路充电模块电源。本发明提供的蓄电池用单充单切充电方法及充电系统，能根据蓄电池组中每只单体电池的状态设置不同的充电参数，实现对每只单体电池独立充电。

Description

一种蓄电池用单充单切充电方法及充电系统

技术领域

本发明涉及一种用于蓄电池的充电方法及系统，具体地，涉及一种蓄电池用单充单切充电方法及充电系统。

背景技术

目前各仪器仪表、火工品点爆等电源主要为锌银蓄电池组和锂离子蓄电池组。蓄电池组通常用由多个单体电池串联而成，电池之间的容量失配会影响整个蓄电池组的容量，一般在蓄电池充电过程中，既无过充电保护装置，也无电压均衡装置，若不采用保护或电压均衡措施，将会有两种方式结束充电：（1）当充电电压最高的单体电池到达终止电压时，停止充电；（2）当充电电压最低的单体电池到达终止电压时，停止充电。第一种方式将直接导致电池组利用容量下降，无法充分发挥电池组的性能；后者将直接导致电池过充，对于锌银蓄电池组，过充电会导致负极片产生锌枝晶，锌枝晶的存在直接影响电池循环寿命，甚至导致电池短路造成电池失效；对于锂离子蓄电池组，过充电会引起电解液的分解、氧化或者锂枝晶的生成，刺穿隔膜引发短路，造成电池性能下降或带来爆炸等安全隐患。尤其一些电池组不能设置电池保护电路，过充电带来的问题更显得尤为突出。

蓄电池常规的充电方法为整组电池充电，同时进行单体电池电压的巡检，该方式只能保证电池不过充，不能解决电池电压一致性差异带来的能量发挥不出来问题。现有的一些有关电池组均衡充电的解决方法，都是基于电池组的均衡充电，采用能量消耗或转移来实现电池组的均衡。一方面该方式均衡控制电压精度差，不能满足一些领域电池高电压一致性的要求，另一方面该方式一般电路设计较为复杂，各路单体电池之间互相关联，可靠性不高，并不适合一些特殊场合用蓄电池的充电。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于特殊场合，如运载火箭用的蓄电池充电的方法和系统，能根据蓄电池组中每只单体电池的状态设置不同的充电参数，实现对锌银蓄电池组或锂离子蓄电池组等中每一只单体电池的独立充电，解决因电池制造工艺或其它因素导致的电池电压不一致的问题，和电池未充满电而带来的性能下降，以及电池过充电的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种蓄电池用单充单切充电方法，其中，该方法是对蓄电池组中每个单体电池配备一路专用的充电模块电源，采用一对一的方式独立控制每个单体电池进行充电。在充电过程中，采用单独充电的方式对每个单体电池分别进行充电，每个单体电池之间互不影响。充电模式可以采用恒流充电，恒压充电，间歇充电等多种充电模式，每种充电模式的终止条件可以为时间控制条件，电压控制条件，电流控制条件。整个充电过程中，蓄电池组中的任意单体电池均可以单独被充电，单独切出充电电路。

上述的蓄电池用单充单切充电方法，其中，所述的充电方法能够用于锌银蓄电池组或锂离子蓄电池组等。

上述的蓄电池用单充单切充电方法，其中，所述的锌银蓄电池组在充电时，对单体电池采用恒流充电，当单体电池电压充至设定值时，充电完成。

上述的蓄电池用单充单切充电方法，其中，所述的锂离子蓄电池组在充电时，对单体电池的充电先采用恒流充电，当单体电池电压充至设定值时，转为恒压充电，当充电电流达到设定电流时，充电完成。

本发明还提供了一种上述的方法使用的蓄电池单充单切充电系统，其中，所述的充电系统包含蓄电池组、多路充电模块电源、计算机以及压降补偿连接充电端子等；所述的蓄电池组包含若干单体电池，每个单体电池配备一路专用的所述充电模块电源，每路充电模块电源配备2只压降补偿连接充电端子，所述的压降补偿连接充电端子分别与充电模块电源和单体电池连接；所述的计算机能够控制各路充电模块电源。多路充电模块电源用于提供电池充电所需要的电能，该电源可以实现恒流输出，恒压输出，回读输出电压，回读输出电流。

上述的蓄电池单充单切充电系统，其中，所述的每个单体电池，其接口设有四根接线，其中1根连接充电模块电源输出正极，1根连接充电模块电源输出负极，1根与压降补偿连接充电端子的电压正端连接，1根与压降补偿连接充电端子的电压负端连接；充电模块电源输出正极的接线与压降补偿连接充电端子的电压正端的接线在单体电池的一个连接端进行并联并焊接在香蕉插头上；充电模块电源输出负极的接线与压降补偿连接充电端子的电压负端的接线在单体电池的另一个连接端进行并联，焊接在另一个香蕉插头上。

上述的蓄电池单充单切充电系统，其中，所述的压降补偿连接充电端子，在每路充电模块电源上各配备1个正端子和1个负端子；每只端子能够分成两部分，其中一部分为中转连接头；所述的中转连接头一端为圆孔，能够使香蕉插头插入，另一端为螺纹，能够拧在单体电池接线柱上；正端子的另一部分为充电模块电源输出正极的接线与压降补偿连接充电端子的电压正端的接线在单体电池的一个连接端进行并联且焊接的香蕉插头；负端子的另一部分为充电模块电源输出负极的接线与压降补偿连接充电端子的电压负端的接线在单体电池的另一个连接端进行并联且焊接的另一个香蕉插头

上述的蓄电池单充单切充电系统，其中，所述的计算机内设有多路电源控制软件，能够采集电压电流数据，并控制充电的输出电流值和输出电压值。使用多路电源控制软件、信号采集收发计算机控制充电输出电流值、输出电压值、充电模式、充电启动、充电停止（暂停）等，并采集电压电流回读数据，系统根据回读结果进行控制充电步骤；压降补偿连接充电端子主要用来输出电流，并通过压降补偿功能控制电池两端的电压为精确的设定值，消除电流输出过程中带来的压降。

上述的蓄电池单充单切充电系统，其中，所述的每路充电模块电源之间的耐隔离电压大于被充电的所述蓄电池组的最高电压，以避免由于蓄电池组中的单体电池之间互相串联，而在充电过程电池或电源发生短路现象。

上述的蓄电池单充单切充电系统，其中，所述的充电模块电源，其输出正极和负极中均串联单向导通二极管，该二极管能够承受所述单体电池充电的最高电压及最大电流，以避免充电时，电池向电源倒灌电流。

上述的蓄电池用单充单切充电方法，其中，所述的充电方法包含以下步骤：

步骤1，打开多路充电模块电源，使用计算机中的多路电源控制软件连接充电模块电源进行通讯，并通过软件设置充电模块电源为电压回读模式。

步骤2，使用压降补偿连接充电端子连接蓄电池组中的每一只单体电池，通过计算机上的软件可以读取所连接电池的电压。

步骤3，根据每只单体电池的电压情况，为每一只单体电池设置合理的充电模式，并启动该路充电模块电源对电池进行充电，软件实时显示单体电池的充电回读电流和充电回读电压。

对于锌银蓄电池组，一般充电模式为恒流充电，当某单体电池充电电压达到设定值时，该路停止充电，其余各路继续充电，直至所有单体电池陆续充电完成。

对于锂离子蓄电池组，一般充电模式为先恒流充电，再恒压充电，当某单体电池恒流充电达到恒压充电条件时，该路模块电源根据回读电压指示进行恒压充电，当充电电流小于该路设定电流值时，该单体电池充电完成，其余未完成充电的单体电池继续按照上述程序完成充电。

本发明提供的蓄电池用单充单切充电方法及充电系统具有以下优点：

1.独立的充电回路，每个单体电池的充电过程互不受影响，彻底消除了单体电池的过充、欠充的现象；能够减少锂离子蓄电池组的安全性风险和提高电池组的性能；

2.可以实现电池充电的全过程，即预冲、恒流快速充电、恒压饱和充电等各种充电模式；

3.所有充电过程中，充电电流可以人工调整或预设程序自动调整；

4.恒压充电时的电压自动调整，在恒压充电时由于线缆回路中电阻造成的压降，使单体电池端口的电压不断变化，本技术中通过电压补偿端子可以实时调节电源输出，保证单体电池电压精确保持预设电压值；

5.所有充电条件均可以以文件存储和调用，以及充电过程数据实时存储；便于航天产品的数据包管理。

附图说明

图1为本发明的蓄电池用单充单切充电方法及充电系统的充电原理图。

图2为本发明的蓄电池单充单切充电系统的结构示意图。

图3是本发明的蓄电池用单充单切充电方法及充电系统的实施例的充电流程图。

图4是本发明的蓄电池用单充单切充电方法及充电系统的实例中电压随时间变化曲线图。

图5是本发明的蓄电池用单充单切充电方法及充电系统的实例中电流随时间变化曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

如图1所示，本发明提供的蓄电池用单充单切充电方法，是对蓄电池组1中每个单体电池2配备一路专用的充电模块电源3，采用一对一的方式独立控制每个单体电池2进行充电。在充电过程中，采用单独充电的方式对每个单体电池2分别进行充电，每个单体电池2之间互不影响。充电模式可以采用恒流充电，恒压充电，间歇充电等多种充电模式，每种充电模式的终止条件可以为时间控制条件，电压控制条件，电流控制条件。整个充电过程中，蓄电池组1中的任意单体电池2均可以单独被充电，单独切出充电电路。

该充电方法能够用于锌银蓄电池组或锂离子蓄电池组等。

锌银蓄电池组在充电时，对单体电池2采用恒流充电，当单体电池2电压充至设定值时，充电完成。

锂离子蓄电池组在充电时，对单体电池2的充电先采用恒流充电，当单体电池2电压充至设定值时，转为恒压充电，当充电电流达到设定电流时，充电完成。

如图2所示，本发明还提供了一种该充电方法使用的蓄电池单充单切充电系统，包含蓄电池组1、多路充电模块电源3、计算机4以及压降补偿连接充电端子55等。

蓄电池组1包含若干单体电池2，每个单体电池2配备一路专用的充电模块电源3，每路充电模块电源3配备2只压降补偿连接充电端子5；压降补偿连接充电端子5分别与充电模块电源3和单体电池2连接。

多路充电模块电源3用于提供电池充电所需要的电能，该电源可以实现恒流输出，恒压输出，回读输出电压，回读输出电流。

每路充电模块电源3之间的耐隔离电压大于被充电的蓄电池组1的最高电压，以避免由于蓄电池组1中的单体电池2之间互相串联，而在充电过程电池或电源发生短路现象。

充电模块电源3输出正极和负极中均串联单向导通二极管，该二极管能够承受单体电池2充电的最高电压及最大电流，以避免充电时，电池向电源倒灌电流。

每个单体电池2，其接口设有四根接线，其中1根连接充电模块电源3输出正极，1根连接充电模块电源3输出负极，1根与压降补偿连接充电端子5的电压正端连接，1根与压降补偿连接充电端子5的电压负端连接；充电模块电源3输出正极的接线与压降补偿连接充电端子5的电压正端的接线在单体电池2的一个连接端进行并联并焊接在香蕉插头上；充电模块电源3输出负极的接线与压降补偿连接充电端子5的电压负端的接线在单体电池2的另一个连接端进行并联，焊接在另一个香蕉插头上。

压降补偿连接充电端子5在每路充电模块电源3上各配备1个正端子和1个负端子；每只端子能够分成两部分，其中一部分为中转连接头；中转连接头一端为圆孔，能够使香蕉插头插入，另一端为螺纹，能够拧在单体电池2接线柱上；正端子的另一部分为充电模块电源3输出正极的接线与压降补偿连接充电端子5的电压正端的接线在单体电池2的一个连接端进行并联且焊接的香蕉插头；负端子的另一部分为充电模块电源3输出负极的接线与压降补偿连接充电端子5的电压负端的接线在单体电池2的另一个连接端进行并联且焊接的另一个香蕉插头

计算机4能够控制各路充电模块电源3。计算机4内设有多路电源控制软件，能够采集电压电流数据，并通过GPIB（通用接口总线，General-PurposeInterfaceBus）连接多路充电模块电源3且控制充电的输出电流值和输出电压值。使用多路电源控制软件、信号采集收发计算机4控制充电输出电流值、输出电压值、充电模式、充电启动、充电停止（暂停）等，并采集电压电流回读数据，系统根据回读结果进行控制充电步骤；压降补偿连接充电端子5主要用来输出电流，并通过压降补偿功能控制电池两端的电压为精确的设定值，消除电流输出过程中带来的压降。

本发明提供的蓄电池用单充单切充电方法，在使用时具体包含以下步骤：

步骤1，打开多路充电模块电源3，使用计算机4中的多路电源控制软件连接充电模块电源3进行通讯，并通过软件设置充电模块电源3为电压回读模式。

步骤2，使用压降补偿连接充电端子5连接蓄电池组1中的每一只单体电池2，通过计算机4上的软件可以读取所连接电池的电压。

步骤3，根据每只单体电池2的电压情况，为每一只单体电池2设置合理的充电模式，并启动该路充电模块电源3对电池进行充电，软件实时显示单体电池2的充电回读电流和充电回读电压。

对于锌银蓄电池组，一般充电模式为恒流充电，当某单体电池2充电电压达到设定值时，该路停止充电，其余各路继续充电，直至所有单体电池2陆续充电完成。

对于锂离子蓄电池组，一般充电模式为先恒流充电，再恒压充电，当某单体电池2恒流充电达到恒压充电条件时，该路充电模块电源3根据回读电压指示进行恒压充电，当充电电流小于该路设定电流值时，该单体电池2充电完成，其余未完成充电的单体电池2继续按照上述程序完成充电。

下面结合实施例对本发明做更进一步描述。

实施例

采用7串10Ah的锂离子蓄电池组，七路线性充电模块电源（安捷伦66101A模块电源，精度较高），一台计算机（研华615L）内装有一套多路电源控制采集软件，14路压降补偿连接充电端子（七正，七负）。

线性充电模块电源选用参数为：输出电压：0～8V，输出电流：0～16A，最大输出功率：128W，电压精度：5mV，电流精度：8mA。二极管选用参数为最大电流：20A，最大耐压：100V。模块线性电源之间隔离电压：200V。

压降补偿连接充电端子中的中转连接头一端为直接为4mm圆孔，可以插入直径为3.5mm的香蕉插头，一端为M5螺纹，可以拧在单体电池M5的接线柱上。

充电设置条件为：对每只单体电池分别进行2A恒流充电至4.2V，然后转4.2V恒压充电，充电终止电流为0.5A。

充电流程参见图3所示。

充电过程中电压随时间变化曲线如图4所示。

充电过程中电流随时间变化曲线如图5所示。

本发明提供的蓄电池用单充单切充电方法及充电系统，由于被充电蓄电池组1内各单体电池为串联模式，为了避免单体电池充电时因通道互联而短路，需要将每路电源进行隔离，隔离电压大于200V；为了防止充电线路连接后，电池向电源倒灌电流，通过软件的方式，将电源控制为向外小电流输出状态进行充电线路连接；同时硬件方面线路中串联二极管，防止倒灌，双重保险；为了保证充电的精度，和充电线路连接的方便，充电采用四线，电压采集正、电压采集负，电流正，电流负；并设计了专用快速插拔转接头。从而实现对锌蓄电池组或锂离子蓄电池组等中每一只单体电池的独立充电，解决因电池制造工艺或其它因素导致的电池电压不一致的问题，和电池未充满电而带来的性能下降，以及电池过充电的问题。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种蓄电池用单充单切充电方法，其特征在于，该方法是对蓄电池组（1）中每个单体电池（2）配备一路专用的充电模块电源（3），采用一对一的方式独立控制每个单体电池（2）进行充电。

2.如权利要求1所述的蓄电池用单充单切充电方法，其特征在于，所述的充电方法能够用于锌银蓄电池组或锂离子蓄电池组。

3.如权利要求2所述的蓄电池用单充单切充电方法，其特征在于，所述的锌银蓄电池组在充电时，对单体电池（2）采用恒流充电，当单体电池（2）电压充至设定值时，充电完成。

4.如权利要求1所述的蓄电池用单充单切充电方法，其特征在于，所述的锂离子蓄电池组在充电时，对单体电池（2）的充电先采用恒流充电，当单体电池（2）电压充至设定值时，转为恒压充电，当充电电流达到设定电流时，充电完成。

5.一种如权利要求1~4中任意一项所述的方法使用的蓄电池单充单切充电系统，其特征在于，所述的充电系统包含蓄电池组（1）、多路充电模块电源（3）、计算机（4）以及压降补偿连接充电端子（5）；

所述的蓄电池组（1）包含若干单体电池（2），每个单体电池（2）配备一路专用的所述充电模块电源（3），每路充电模块电源（3）配备2只压降补偿连接充电端子（5），所述的压降补偿连接充电端子（5）分别与充电模块电源（3）和单体电池（2）连接；

所述的计算机（4）能够控制各路充电模块电源（3）。

6.如权利要求5所述的蓄电池单充单切充电系统，其特征在于，所述的每个单体电池（2），其接口设有四根接线，其中1根连接充电模块电源（3）输出正极，1根连接充电模块电源（3）输出负极，1根与压降补偿连接充电端子（5）的电压正端连接，1根与压降补偿连接充电端子（5）的电压负端连接；充电模块电源（3）输出正极的接线与压降补偿连接充电端子（5）的电压正端的接线在单体电池（2）的一个连接端进行并联并焊接在香蕉插头上；充电模块电源（3）输出负极的接线与压降补偿连接充电端子（5）的电压负端的接线在单体电池的另一个连接端进行并联，焊接在另一个香蕉插头上。

7.如权利要求6所述的蓄电池单充单切充电系统，其特征在于，所述的压降补偿连接充电端子（5），在每路充电模块电源（3）上各配备1个正端子和1个负端子；

每只端子能够分成两部分，其中一部分为中转连接头；

所述的中转连接头一端为圆孔，能够使香蕉插头插入，另一端为螺纹，能够拧在单体电池接线柱上；

正端子的另一部分为充电模块电源（3）输出正极的接线与压降补偿连接充电端子（5）的电压正端的接线在单体电池（2）的一个连接端进行并联且焊接的香蕉插头；

负端子的另一部分为充电模块电源（3）输出负极的接线与压降补偿连接充电端子（5）的电压负端的接线在单体电池（2）的另一个连接端进行并联且焊接的另一个香蕉插头。

8.如权利要求5所述的蓄电池单充单切充电系统，其特征在于，所述的计算机（4）能够采集电压电流数据，并控制充电的输出电流值和输出电压值。

9.如权利要求5所述的蓄电池单充单切充电系统，其特征在于，所述的每路充电模块电源（3）之间的耐隔离电压大于被充电的所述蓄电池组（1）的最高电压。

10.如权利要求5所述的蓄电池单充单切充电系统，其特征在于，所述的充电模块电源（3），其输出正极和负极中均串联单向导通二极管，该二极管能够承受所述单体电池（2）充电的最高电压及最大电流。