CN201044365Y - 均衡电池组的改进结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种均衡电池组的改进结构，其在电池组的各个电池的两端分别并接有均衡电路，能够自动均衡各个电池的容量，防止循环使用后造成各个电池间的容量差异，保持各个电池容量的一致性，提高了电池的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电池组，尤其涉及一种均衡电池组的改进结构。
背景技术
铅酸蓄电池单体额定电压为2V，商品电池的电压一般为2V、4V、6V、8V、12V、24V，超过24V的电池一般选择多个2V的电池单体或多个12V的电池组串联。在串联电路中，电池组充电或放电的电流是完全一样的，在理论上，每个单体的容量相同，在设置电池的充电电压或放电终止电压时，可以设置电池组的总电压，以达到可以控制过度充电和防止过度放电的目的。
但是，电池组中每个单体的实际容量不可能是完全一样的，制造过程总是存在一定的误差。以一组36V12Ah实际使用的电动自行车电池为例：36V12Ah的电池组由3只12V12Ah的电池构成：编号为1#、2#、3#：
| 额定电压 | 额定容量 | 充电后电压 | 实际容量 | 以5A放电150分钟时电压 | |
| 1# | 12V | 12Ah | 13.35 | 12.4Ah | 10.11V |
| 2# | 12V | 12Ah | 13.36 | 12.5Ah | 10.50V |
| 3# | 12V | 12Ah | 13.36 | 12.6Ah | 10.55V |
本组电池中1#电池的实际容量12.4Ah，3#电池的实际容量为12.6Ah，容量差为1.59％，电池制造厂不管用多好的制造设备，2％以内的容量误差是不可避免的。本组电池也完全符合标准要求和实际使用的要求。可是，存在较小容量差异的电池经过10个充放电循环后，容量差异增加到3.5％，经过100次循环后，容量差异增加到21.3％，经过200次循环后容量差异超过65％，根本无法正常使用：
| 初始容量 | 10次循环后容量 | 100次循环后容量 | 200次循环后容量 | |
| 1# | 12.4Ah | 12.0Ah | 8.74Ah | 3.0Ah |
| 2# | 12.5Ah | 12.3Ah | 11.1Ah | 8.6Ah |
| 3# | 12.6Ah | 12.5Ah | 9.4Ah | 4.3Ah |
在上述电池组中，新电池的容量在开始使用时误差很小，才1.59％，在循环200次后容量差异达到65％，产生差异主要有两个原因：1、在串联电路中通过电池组的电流和时间是完全相同的，即充入或放电的容量是完全相同的，所以在充电中容量偏小的电池将过度充电造成失水，失水后的电池容量进一步下降，这样造成恶性循环，容量小的就会越小。2、在以上串联电路中，容量偏大的电池在放电中没有完全放电，当充电时就造成过度充电造成失水，失水后的电池容量进一步下降。以上两个原因造成电池循环后容量差异，相串联的蓄电池容量差异较大时，便会造成蓄电池过充电或过放电，导致蓄电池使用寿命缩短。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种使用寿命较长的均衡电池组的改进结构。
本实用新型的技术方案是这样的：均衡电池组的改进结构，包括复数个相串联的电池，上述每个电池的两端分别并接有当电池两端的电压高于充电电压设定值时导通、当电池两端的电压低于充电电压设定值时不导通的均衡电路。
上述均衡电路包括第一稳压二极管和第一电阻，上述第一稳压二极管的负极端连接对应的上述电池的正极端，上述第一稳压二极管的正极端连接上述第一电阻的一端，上述第一电阻的另一端连接对应的上述电池的负极端。
上述均衡电路包括第一稳压二极管、第一电阻、第一三极管和第三电阻，上述第一稳压二极管的负极端连接对应的上述电池的正极端，上述第一稳压二极管的正极端连接上述第一电阻的一端，上述第一电阻的另一端连接上述第一三极管的基极，上述第三电阻连接于上述第一三极管的集电极与对应的上述电池的正极端之间，上述第一三极管的发射极连接对应的上述电池的负极端。
上述均衡电路包括第一稳压二极管、第一电阻、第一三极管、第二稳压二极管、第二电阻、第二三极管和第三电阻，上述第一、第二稳压二极管的负极端分别连接对应的上述电池的正极端，上述第一、第二稳压二极管的正极端分别连接上述第一电阻、第二电阻的一端，上述第一电阻、第二电阻的另一端分别连接上述第一三极管、第二三极管的基极，上述第三电阻连接于上述第一三极管的集电极与对应的上述电池的正极端之间，上述第一三极管的发射极连接上述第二三极管的集电极，上述第二三极管的发射极连接对应的上述电池的负极端。
上述均衡电路包括第一稳压二极管、第一电阻、第一三极管、第二稳压二极管、第二电阻、第二三极管、第三三极管和第三电阻，上述第一、第二稳压二极管的负极端分别连接对应的上述电池的正极端，上述第一、第二稳压二极管的正极端分别连接上述第一电阻、第二电阻的一端，上述第一电阻、第二电阻的另一端分别连接上述第一三极管、第二三极管的基极，上述第三电阻连接于上述第一三极管的集电极与对应的上述电池的正极端之间，上述第一三极管的发射极分别连接上述第二三极管、第三三极管的集电极，上述第二三极管的发射极连接上述第三三极管的基极，上述第三三极管的发射极连接对应的上述电池的负极端。
上述均衡电路包括三端可调节稳压集成电路、可调电阻和电阻，此可调电阻的一端连接对应的上述电池的负极端、另一端连接此三端可调节稳压集成电路的调节端，此三端可调节稳压集成电路的输入端连接对应的上述电池的正极端、输出端连接此电阻的一端，此电阻的另一端连接对应的上述电池的负极端。
采用上述方案后，本实用新型的均衡电池组的改进结构，当其中某个电池两端的电压达到充电电压设定值时，其对应的均衡电路导通，充电电流主要经过其均衡电路，这样，此电池就不会因为过度充电损坏，此时充电电流并对电压较低的其它电池继续充电，直到每个电池的电压同时达到充电电压设定值以上后，充电器将自动转化充电模式为浮充状态。同样的方法，在放电过程中也能很好地保护电池单体不因为过度放电造成损坏。本实用新型与现有技术相比，具有可保持相串联的各个电池之间的容量的一致性、提高使用寿命的优点。
附图说明
图1为本实用新型的原理方框图。
图2为第一种均衡电路的电路图。
图3为第二种均衡电路的电路图。
图4为第三种均衡电路的电路图。
图5为第四种均衡电路的电路图。
图6为第五种均衡电路的电路图。
具体实施方式
本实用新型的均衡电池组的改进结构，以三个电池单体为例，多个电池单体的原理相同。如图1所示，在电池组中，电池单体1、2、3分别并联一个均衡电路11、21、31。
第一种均衡电路如图2所示，均衡电路11、21、31分别由三端可调节稳压集成电路IC1和电阻R11和可调电阻R21构成，可调电阻R21可以精确调整均衡电路11、21、31的导通电压，可调电阻R21的一端连接对应的电池的负极端、另一端连接三端可调节稳压集成电路IC1的调节端，三端可调节稳压集成电路IC1的输入端连接对应的电池的正极端、输出端连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接对应的电池的负极端。
工作原理：当充电设备给予电池组的总电压U达到电池充电的饱和电压时，分布在电池单体1、2、3上的电压分别为U1、U2、U3，总电压与分电压的关系为：U＝U1+U2+U3。假设均衡电路11、21、31的导通电压为U0，U＝3U0。当U1＞U0时，均衡电路11的三端可调节稳压集成电路IC1导通，充电电流主要经过均衡电路11，经过均衡电路的电阻R11放电，充电电流对电池2、3继续充电，这样，电池1就不会因为过度充电损坏。电池2、3的原理相同，直到3只电池的电压同时达到U0以上后，充电器将自动转化充电模式为浮充状态。同样的方法，在放电过程中也能很好地保护电池单体不因为过度放电造成损坏。
第二种均衡电路如图3所示，均衡电路11、21、31分别由足够精密的稳压二极管D1和电阻R1组成，稳压二极管D1的负极端连接对应的电池的正极端，稳压二极管D1的正极端连接此电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接对应的电池的负极端。当电池两端的电压大于稳压二极管D1的导通电压时，稳压二极管D1导通，充电电流主要经过与此电池对应的均衡电路，经过均衡电路的电阻R1放电，充电电流对其他电池继续充电。
由于稳压二极管所能承受的电流有限，在充电电流较大的使用场合，我们在第二种均衡电路的基础上增加了三极管起到放大放电电流的作用。第三种均衡电路如图4所示， 均衡电路11、21、31分别由稳压二极管D1、电阻R1、三极管Q1和电阻R3组成，稳压二极管D1的负极端连接对应的电池的正极端，稳压二极管D1的正极端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接三极管Q1的基极，电阻R3连接于三极管Q1的集电极与对应的电池的正极端之间，三极管Q1的发射极连接对应的电池的负极端。当电池两端的电压大于稳压二极管D1和三极管Q1的导通电压时，稳压二极管D1、三极管Q1导通，充电电流主要经过与此电池对应的均衡电路，经过均衡电路的电阻R1、R3放电。
如果均衡电路中的元件击穿，均衡电路将会对所对应的电池进行放电，导致电池的电被放光，为了防止这种状况的发生，我们在第三种均衡电路的基础上并接一个放电回路，各个放电回路形成一个类似于“与门”的电路，即一路不通则各路都不通。第四种均衡电路如图5所示，均衡电路11、21、31分别由稳压二极管D1、电阻R1、三极管Q1、稳压二极管D2、电阻R2、三极管Q2和电阻R3组成，稳压二极管D1、D2的负极端分别连接对应的电池的正极端，稳压二极管D1、D2的正极端分别连接电阻R1、R2的一端，电阻R1、R2的另一端分别连接三极管Q1、Q2的基极，电阻R3连接于三极管Q1的集电极与对应的电池的正极端之间，三极管Q1的发射极连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极连接对应的电池的负极端。当电池两端的电压大于稳压二极管D1、三极管Q1和三极管Q2的导通电压，且大于稳压二极管D2和三极管Q2的导通电压时，稳压二极管D1、三极管Q1、稳压二极管D2和三极管Q2导通，充电电流主要经过与此电池对应的均衡电路，经过均衡电路的电阻R1、R2、R3放电。
为了提高均衡电路的灵敏度，我们给放电回路增加了一个三极管进行两级放大。第五种均衡电路如图6所示，均衡电路11、21、31分别由稳压二极管D1、电阻R1、三极管Q1、稳压二极管D2、电阻R2、三极管Q2、三极管Q3和电阻R3组成，稳压二极管D1、D2的负极端分别连接对应的电池的正极端，稳压二极管D1、D2的正极端分别连接电阻R1、R2的一端，电阻R1、R2的另一端分别连接三极管Q1、Q2的基极，电阻R3连接于三极管Q1的集电极与对应的电池的正极端之间，三极管Q1的发射极分别连接三极管Q2、Q3的集电极，三极管Q2的发射极连接三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极连接对应的电池的负极端。当电池两端的电压大于稳压二极管D1、三极管Q1和三极管Q3的导通电压，且大于稳压二极管D2、三极管Q2和三极管Q3的导通电压时，稳压二极管D1、三极管Q1、稳压二极管D2、三极管Q2、三极管Q3导通，充电电流主要经过与此电池对应的均衡电路，经过均衡电路的电阻R1、R2、R3放电。
下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步的说明。
以36V的电动自行车电池为例：
36V的电动自行车电池组由3个12V的电池组构成，一般采用的循环充电电压为14.5V/12V，充电器提供给电池组的总充电电压为43.5V，在充电过程中，当第一只电池到达14.5V的时候，其对应的均衡电路导通，电流经过此均衡电路并对电压较低的另外2只电池继续充电，直到3只电池的电压同时达到14.5V以上后，充电器将自动转化充电模式为浮充状态，电压一般为13.9V/12V。
本实用新型这种均衡电池组的改进结构，总是保持串联电路充电到末期电压分配的均衡，保护电池不因为电压过高造成损坏。
本实用新型中的均衡电路对用额定电压为3V/单体的锂离子电池依然适用，目前锂离子电池在手机上只使用一个单体，只需要给予4.2V的恒定电压就满足要求。但锂离子电池在电动汽车上串联使用时就必须使用均衡电路，因为锂离子电池充电电压超过4.2V不但会造成电池损坏，更可能导致爆炸的危险。电动旅游车、电瓶叉车、UPS电池组，电力、电讯等使用铅酸蓄电池组的设备都应该采用均衡电池组的改进结构或外挂电池均衡电路，可以保证电池更长使用寿命和安全可靠。
Claims (6)
1.均衡电池组的改进结构，包括复数个相串联的电池，其特征在于：上述每个电池的两端分别并接有当电池两端的电压高于充电电压设定值时导通、当电池两端的电压低于充电电压设定值时不导通的均衡电路。
2.根据权利要求1所述的均衡电池组的改进结构，其特征在于：上述均衡电路包括第一稳压二极管和第一电阻，上述第一稳压二极管的负极端连接对应的上述电池的正极端，上述第一稳压二极管的正极端连接上述第一电阻的一端，上述第一电阻的另一端连接对应的上述电池的负极端。
3.根据权利要求1所述的均衡电池组的改进结构，其特征在于：上述均衡电路包括第一稳压二极管、第一电阻、第一三极管和第三电阻，上述第一稳压二极管的负极端连接对应的上述电池的正极端，上述第一稳压二极管的正极端连接上述第一电阻的一端，上述第一电阻的另一端连接上述第一三极管的基极，上述第三电阻连接于上述第一三极管的集电极与对应的上述电池的正极端之间，上述第一三极管的发射极连接对应的上述电池的负极端。
4.根据权利要求1所述的均衡电池组的改进结构，其特征在于：上述均衡电路包括第一稳压二极管、第一电阻、第一三极管、第二稳压二极管、第二电阻、第二三极管和第三电阻，上述第一、第二稳压二极管的负极端分别连接对应的上述电池的正极端，上述第一、第二稳压二极管的正极端分别连接上述第一电阻、第二电阻的一端，上述第一电阻、第二电阻的另一端分别连接上述第一三极管、第二三极管的基极，上述第三电阻连接于上述第一三极管的集电极与对应的上述电池的正极端之间，上述第一三极管的发射极连接上述第二三极管的集电极，上述第二三极管的发射极连接对应的上述电池的负极端。
5.根据权利要求1所述的均衡电池组的改进结构，其特征在于：上述均衡电路包括第一稳压二极管、第一电阻、第一三极管、第二稳压二极管、第二电阻、第二三极管、第三三极管和第三电阻，上述第一、第二稳压二极管的负极端分别连接对应的上述电池的正极端，上述第一、第二稳压二极管的正极端分别连接上述第一电阻、第二电阻的一端，上述第一电阻、第二电阻的另一端分别连接上述第一三极管、第二三极管的基极，上述第三电阻连接于上述第一三极管的集电极与对应的上述电池的正极端之间，上述第一三极管的发射极分别连接上述第二三极管、第三三极管的集电极，上述第二三极管的发射极连接上述第三三极管的基极，上述第三三极管的发射极连接对应的上述电池的负极端。
6.根据权利要求1所述的均衡电池组的改进结构，其特征在于：上述均衡电路包括三端可调节稳压集成电路、可调电阻和电阻，此可调电阻的一端连接对应的上述电池的负极端、另一端连接此三端可调节稳压集成电路的调节端，此三端可调节稳压集成电路的输入端连接对应的上述电池的正极端、输出端连接此电阻的一端，此电阻的另一端连接对应的上述电池的负极端。
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