CN1332490C - 半导体制冷式均衡充电方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种半导体制冷式均衡充电方法及装置，其方法是多个单体电池或超级电容组成的串联电池组或串联超级电容组与电源连接充电，每一个单体电池或超级电容两端并联一个半导体制冷式充电均衡电路，该电路中的过充电电流通过半导体制冷器制冷，冷却该单体电池或超级电容；半导体制冷式充电均衡电路可单独制成一个装置，它由温度与电压监测器和电压变换驱动器并联，再与单体电池或超级电容并联；电压变换驱动器又分别与半导体制冷器及电风扇电连接，半导体制冷器的冷端设置在单体电池或超级电容处。本发明方法及装置的优点是在满足串联均衡充电的同时，半导体制冷器通过冷却改善了电池或超级电容的高、低温工作性能寿命，并且提高了充电能量的有效利用率。
Description
技术领域：
本发明涉及串联电池或串联超级电容组的充电均衡方法及装置，特别是半导体制冷式均衡充电方法及装置。
背景技术：
在电池或超级电容的使用过程中，常常采用串联方式来提高它们的输出电压。但由于它们的单体容量和内阻在制造和使用过程中不可避免地产生不一致，从而带来串联充电过程中，对于容量小或内阻高的容易产生过充电而使用寿命降低，甚至损坏和爆炸的现象；对于容量较大或内阻低的往往易产生欠充现象，同样也影响其使用寿命。串联的电池或超级电容越多，充放电次数越多，各串联电池之间的不均衡性就越严重，而且充电电流越大损坏也就越严重。为了解决此类问题，人们想了许多办法，但仍存在着这样或那样的不足和缺陷。
例如，一般的均衡电路，其均衡电路将充电过程中的过充能量通过电阻来消耗掉，从而产生大量的热能，其结果是导致被充电的电池或超级电容的工作性能和工作寿命下降。
另一种充电均衡方法是将充电过程中的过充能量通过均衡电路在串联电池组或串联电容组的单体之间进行迁移补偿。这种方法带来系统引线交叉过多，从而产生系统绝缘安全等问题。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种串联电池组或串联超级电容组单体的半导体制冷式均衡充电的方法及装置，把其中对单体电池或超级电容充电时的过充能量用来制冷，从而提高电池和超级电容的工作性能和工作寿命，提高充电能量的有效利用率。
本发明的技术解决方案是一种半导体制冷式均衡充电方法，由多个电池或超级电容组成的串联电池组或串联超级电容组与电源连接充电，每一个单体电池或超级电容两端并联一个半导体制冷式充电均衡电路，该电路通过调节充电的分支电流来均衡单个电池或超级电容充电，充电均衡电路中的过充电电流通过半导体制冷器制冷，冷却该电路所并联的电池或超级电容。
半导体制冷式充电均衡电路所包含的半导体制冷器的冷端设置在该单体电池或超级电容处，当半导体制冷式充电均衡电路监测到单体电池或超级电容的温度或电压高于安全值时，过充电电流通过半导体制冷器制冷，冷却该单体电池或超级电容。
半导体制冷式充电均衡电路是由温度与电压监测器和电压变换驱动器并联，再与单体电池或超级电容并联，电压变换驱动器又分别与半导体制冷器及电风扇电连接。
半导体制冷式充电均衡电路可与微处理器构成智能式半导体制冷均衡充电装置。
附图说明：
图1是串联电池组半导体制冷式均衡充电原理图
图2是串联超级电容组半导体制冷式均衡充电原理图
图3是半导体制冷式充电均衡电路结构接线原理图
图4是智能控制半导体制冷式充电均衡电路前端电路结构接线原理图
具体实施方式：
本发明结合具体实施例参见附图进一步说明如下：
一种半导体制冷式均衡充电方法，由多个电池单体或超级电容单体组成的串联电池组或串联超级电容组与电源联接充电，每一个单体电池或超级电容两端并联一个半导体制冷式充电均衡电路，该电路通过调节充电电流实现均衡单体电池或超级电容的充电，充电均衡电路中的过充电流通过半导体制冷器制冷，冷却该电路所并联的电池或超级电容。
具体方法，参见附图1和附图2，由n个电池B1、B2……Bn或n个超级电容C1、C2……Cn组成串联电池组或串联超级电容组充电，其中单体电池或超级电容上的电压分别为U1、U2……Un；流过单体电池或超级电容的电流分别对应为i1、i2……in，流过半导体制冷式充电均衡电路的过充电电流分别对应为i1j、i2j……inj，u为充电电源总电压，i为充电电源总电流。在被充电的单体电池或超级电容两端并接一个半导体制冷式充电均衡电路6，半导体制冷式充电均衡电路6包含一个半导体制冷器，半导体制冷器的冷端设置在该单体电池或超级电容处。当半导体制冷式充电均衡电路监测到该单体电池或超级电容处的电压或温度高于安全值时，半导体制冷器制冷，冷却该单体电池或超级电容。
半导体制冷式充电均衡电路6参见附图3，它由温度与电压监测器1与电压变换驱动器2并联，再与单体电池B或超级电容C并联，电压变换驱动器2又分别与半导体制冷器3及电风扇4电连接。半导体制冷式充电均衡电路可单独制成一个装置。
半导体制冷式充电均衡电路对单体电池或超级电容的充电均衡方法与电路的工作原理如下：
在每个单体电池或超级电容上并联安装一个半导体制冷式充电均衡电路。该均衡电路具有自动检测每个单体电池或超级电容充放电过程中的电压和温度的功能；若该单体电池或超级电容的电压或温度达到它的安全值上限时，其上并联的半导体制冷式充电均衡电路便能自动地将串联充电过程中对该单体的过充能量分流，将之施加于半导体制冷式充电均衡电路的半导体制冷器件上，从而在半导体制冷器的冷端上产生“冷能”；该“冷能”可以通过两种方法来改善单体的工作温度特性；(1)通过单体电池或超级电容的电极柱导入单体的极板中，直接降低各极板因充电发热所产生的温升；(2)通过散热片和风扇将该“冷能”吹向该单体电池或超级电容，间接地降低电池或超级电容的温升；另一方面，半导体制冷器热端上所产生的“热能”，则通过散热片和风扇吹向外部，从而达到既对单体电池或超级电容进行充电过程的均衡作用，同时又能将过充能量用于改善单体电池或超级电容极板温度和工作环境温度，使单体电池和超级电容的温度控制在一定的范围内，达到进一步保护电池和超级电容的目的。在低温环境使用时，则可通过电路将半导体制冷器的通电极性反向，从而将热端的能量用于加热电池或超级电容，使电池或超级电容的电解液温度升高，从而提高电池或超级电容的低温起动特性。
由于半导体制冷器件的制冷效率达40％～45％，故此方法能将传统的耗能式均衡电路的能量回收大约40％，从而提高了能源的综合利用率。
上述介绍的是本发明独立工作的原理，它还能与微处理器结合进行智能均衡控制，参见附图4，它是温度与电压监测器1通过数据输出接口5与微处理器电联接，构成智能式半导体制冷均衡充电装置。其工作原理如下：
在串联充电过程中，半导体制冷式充电均衡电路的监测电路随时监测单体电池或超级电容的端电压和温度等参数，并将之转换成数字信号，通过通讯总线发送到微处理器系统，微处理器系统按一定的算法对其进行处理和判断，并依判断结果发出控制信号，该信号同样通过通讯总线传送到半导体制冷式均衡模块，优化控制半导体制冷器件的工作，在保证系统安全和工作特性的前提下，最大限度地提高总体单元的充电电量。
本发明方法及装置的优点是：
不但能较好地解决电池或超级电容充电过程中的均衡问题，而且还能在充电过程中对极板进行温度控制；温度过高时对其降温或在冬季启动时对极板进行加热增加其冷启动性能；从而有效的减少极板因充放电过热引起的变形、活性物质脱落甚至短路现象，延长电池和超级电容的使用寿命。同时，相对提高充电过程中的总能量利用率。
Claims (4)
1、一种半导体制冷式均衡充电方法，由多个电池或超级电容组成的串联电池组或串联超级电容组与电源连接充电，每一个单体电池或超级电容两端并联一个半导体制冷式充电均衡电路，该电路通过调节充电电流实现均衡单体电池或超级电容的充电，其特征在于充电均衡电路中的过充电电流通过半导体制冷器制冷，冷却该电路所并联的单体电池或超级电容。
2、根据权利要求1所述的半导体制冷式均衡充电方法，其特征在于其具体方法是半导体制冷式充电均衡电路所包含的半导体制冷器冷端设置在该单体电池或超级电容处，当半导体制冷式充电均衡电路监测到单体电池或超级电容的温度或电压高于安全值时，过充电电流通过半导体制冷器制冷，冷却该单体电池或超级电容。
3、一种半导体制冷式充电均衡电路，其特征在于它是由温度与电压监测器和电压变换驱动器并联，再与单体电池或超级电容并联，电压变换驱动器又分别与半导体制冷器及电风扇电连接。
4、根据权利要求3所述的半导体制冷式充电均衡电路，其特征在于它可与微处理器构成智能式半导体制冷均衡充电装置。
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