CN201243068Y - 串联蓄电池组在线均衡修复充电器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种串联蓄电池组均衡修复充电器，由外壳、接线座以及壳内的变压器、电路板及电子元器件构成，所述接线座内设置有多个接线头，在外壳内还设置有数个充电开关器，在所述电路板上还设置有一个中央控制器；所述中央控制器的控制信号输出端分别与所述各充电开关器的控制信号输入端对应连接；所述变压器的直流输出端中用于充电的各端口分别通过所述各充电开关器后与接线座的各接线头对应连接。用本实用新型对串联蓄电池组充电，通过中央控制器实现分别对各单只蓄电池进行循环、独立充电，避免了整体充电对各单只电池造成的“过充”或“欠充”损坏，延长了蓄电池的寿命。

Description

串联蓄电池组在线均衡修复充电器装置

技术领域

本实用新型涉及一种串联蓄电池组充电器，尤其涉及一种用于对串联蓄电池组内各只电池均匀补充电能、可杜绝“欠充”和“过充”弊端的串联蓄电池组在线均衡修复充电器装置，属于串联蓄电池组充电器的生产领域。

背景技术

串联蓄电池组的应用已经非常广泛，比如各种较大功率的仪器、仪表以及电动自行车、电动汽车等。在实际使用过程中，都是将若干个(一般以3个或4个居多)蓄电池串联成蓄电池组并集中安装于一个盒体内，整体对外供电。一般单只蓄电池的设计寿命为2～5年，但由于串联成组(配组)后各只电池的特性仍有些微弱差别，在后期使用及整组以传统方式补电后极有可能将原有的微弱差别拉得更大，往往使蓄电池组的寿命缩短(一般1～2年内)。从蓄电池的补电方式来看，现有技术所采用的方法一般是对整个串联蓄电池组进行整体的充电，无论是三段式、脉冲式、恒流式、恒压式充电，均不能避免串联蓄电池组出现单只落后及热失控的可能，这种充电方式对串联蓄电池组的配组精度提出很高要求。从修复市场来看，各种修复仪均是将整组电池拆散，有针对性地对各个单只电池补电或补水脉冲、过充维护，然后再将其串联成整组交给用户使用，虽然整组电池又能使用，特别是刚使用时效果特别好，但由于采用的是整体充电方式补电，日复一日很快又将各只电池差别拉大而无法使用，所以使用寿命的延长也并不多(一般半年左右)，修复效果将大打折扣。现有技术的主要问题是出在整体充电技术上，这种技术的缺陷是在设备运行使用和补充电能的过程中忽略了整个串联蓄电池组内各个蓄电池之间的特性变化(如电压、剩余电量等)，不能监测整个串联蓄电池组内各个蓄电池之间在充电中的电压变化情况，只检测整组充电的电压及电流的情况，以设定模式充电，其弊端是显而易见的。另一方面这种技术又对电池生产厂家提出苛刻的质量要求，把后期的问题转嫁给前期生产厂家。同时也造成用户只用一个普通的整体三段式充电器，涵盖串联蓄电池组从初期使用到寿命终结的各个阶段一样的充电方式，而没有针对性，所以往往导致对运行中的蓄电池组不能及时快速地实现最佳的补电，使电池组的使用寿命达不到设计要求。

发明内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种可杜绝“欠充”和“过充”弊端、放宽“配组”精度要求的串联蓄电池组在线均衡修复充电器装置。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型由外壳、接线座以及壳内的变压器、电路板及电子元器件构成，其创新之处在于：

(1)除地线接线头外，所述接线座内设置有三个或以上的接线头，在外壳内还设置有数个充电开关器，在所述电路板上还设置有一个中央控制器，所述中央控制器的电源输入端与所述变压器的对应直流输出端连接；

(2)所述中央控制器的控制信号输出端分别与所述各充电开关器的控制信号输入端对应连接；

(3)所述充电开关器包括数个单只电池充电开关器，所述单只电池充电开关器为双极开关器；所述单只电池充电开关器的个数为所述接线座内的接线头的个数减一；

(4)所述变压器的直流输出端中用于单只电池充电的端口的正极与各单只电池充电开关器的正极输入端并联连接，所述变压器的直流输出端中用于单只电池充电的端口的负极与各单只电池充电开关器的负极输入端并联连接；所述各单只电池充电开关器按序排列，第一个单只电池充电开关器的正极输出端与所述接线座内的第一个接线头连接，所述第一个接线头为总正极接线头，第二个单只电池充电开关器的正极输出端与第一个单只电池充电开关器的负极输出端并联连接后再与所述接线座内的第二个接线头连接，依此类推，直到最后一个单只电池充电开关器的负极输出端与所述接线座内的最后一个接线头连接，所述最后一个接线头为总负极接线头。

上述结构适合对蓄电池组内的各单只蓄电池分别充电。为了进一步实现对蓄电池组内的各蓄电池进行单只或整体的充电或放电，本实用新型在以上结构基础上还有以下创新：

(1)在所述外壳内还设置有数个放电开关器，放电开关器包括数个单只电池放电开关器和一个整组电池放电开关器；单只电池放电开关器的个数为所述接线座内的接线头的个数减一；所述中央控制器的控制信号输出端还分别与各放电开关器的控制信号输入端对应连接；单只电池放电开关器的开关输入端分别与单只电池充电开关器的正、负极输出端对应并联连接；

(2)所述充电开关器还包括一个整组电池充电开关器，所述单只电池充电开关器为双极开关器，整组电池充电开关器为双极开关器或单极开关器；

(3)所述变压器的直流输出端中用于整组电池充电的端口的正极与整组电池充电开关器的正极输入端连接，若整组电池充电开关器为双极开关器，则所述变压器的直流输出端中用于整组电池充电的端口的负极与整组电池充电开关器的负极输入端连接，若整组电池充电开关器为单极开关器，则所述变压器的直流输出端中用于整组电池充电的端口的负极直接与所述接线座内的接线头中的总负极接线头连接；若整组电池充电开关器为双极开关器，则整组电池充电开关器的正极输出端与所述接线座内的总正极接线头连接，整组电池充电开关器的负极输出端与所述接线座内的总负极接线头连接，若整组电池充电开关器为单极开关器，则整组电池充电开关器的正极输出端与所述接线座内的总正极接线头连接即可；若整组电池充电开关器为双极开关器，则整组电池放电开关器的开关输入端分别与整组电池充电开关器的正、负极输出端对应并联连接，若整组电池充电开关器为单极开关器，则整组电池放电开关器的开关输入端的一端与整组电池充电开关器的正极输出端对应并联连接，另一端与所述接线座内的总负极接线头并联连接。

在上述结构中，将单只蓄电池的充电电压分别通过单只电池充电开关器的开关控制后加到对应的相邻的接线头之间，使用时，被充电蓄电池组也有一个与本实用新型中接线座的结构相对应的接线座。本实用新型的充电或放电过程重点体现在中央控制器的控制特性上：放电时，在中央控制器的控制下，相对应的充电开关器都处于断开状态；充电时，在中央控制器的控制下，相对应的放电开关器都处于断开状态。以充电为例，在中央控制器的控制下，将变压器输出的单只电池充电电压分时、循环地加到每一只蓄电池的两端，其正、负一一对应；或将变压器输出的整组电池充电电压加到整组蓄电池的两端。在对所有单只蓄电池进行循环充电的过程中，对每一只蓄电池的单次充电时间可以自由设定，比如可设定为五秒、十秒等，对每一只蓄电池的总共充电时间可以采用由中央控制器检测、判断的方式，也可以采用人工设定的方式。放电过程的控制方法与充电过程的控制方法一样。

综合各种充电和放电方法，本实用新型主要可以实现以下几种模式：(1)单只充电均衡技术方案；(2)先整体充电后单只循环充电均衡技术方案；(3)整体充电单只限压放电均衡技术方案；(4)混合充放电均衡技术方案。这些方案几乎实现了蓄电池所需要的所有充电、维护及修复方法。

作为本实用新型的优选技术方案，对每一只蓄电池的总共充电或放电时间采用由中央控制器检测、判断的方式，其结构体现为：所述中央控制器的控制信号输入端与所述接线座内的所有接线头分别对应连接。这样，中央控制器可以随时检测到每只蓄电池的即时电压，从而根据预先设定的标准判断应该对该电池采取继续充电或放电还是停止充电或放电的措施，并通过控制信号输出端向与该蓄电池连接的单只电池充电开关器或单只电池放电开关器发出相应的开、关指令，达到“续充”或“续放”或“停充”或“停放”的目的。根据检测到的信号，中央控制器还可以将具体的电压容量、质量状态、修复方法、预计寿命等信息显示在显示屏上，让使用者对蓄电池的即时状态了如指掌，以作出正确处理方式。在中央控制器检测每只蓄电池的即时电压的过程中，应注意在中央控制器设定“空载检测”的方式，即在该蓄电池处于停止充电及放电的状态时才能检测，否则会检测到变压器的输出电压，造成检测不准确。具体方法可以为：在该蓄电池的单次充电或放电结束后、下次充电或放电开始前的时间内检测该蓄电池的即时电压。

根据实际应用情况，所述接线座内的接线头为使用方便的插式接线头，可以为插头或插座，能与蓄电池组上的接线头对应连接即可。

在现有实际应用中，蓄电池组内的蓄电池的个数多为四个、三个或二个，尤其以四个和三个居多，相对应地，本实用新型中，除地线接线头外，所述接线座内的接线头的个数为五个、四个或三个，所述单只电池充电开关器和单只电池放电开关器的个数为四个、三个或二个。当然，为了扩大其适应性，也可都做成五个接线头、四个单只电池充电开关器和四个单只电池放电开关器的结构，只要是蓄电池个数为四个或四个以内的蓄电池组都能用这种结构的本实用新型充电。

所述各充电开关器的选择，可以为继电器，也可以为晶闸管等电子电路开关器，前者价格较低，有响声，后者没声音，价格较高，根据实际情况来决定。

本实用新型的有益效果在于：

由于本实用新型可以实现对串联蓄电池中的各个单只进行轮换式的充电或放电，或对整组电池进行充电或放电，几乎实现了蓄电池所需要的所有充电、维护及修复方法，所以可节省充电时间，便于准确、及时地调整每个电池至饱和状态，即使各只电池有一定的容量差别，也能把每只电池充满，保持各只现有的容量不衰减，将蓄电池的寿命延长到其极限，有利于整个行业的良性发展及社会环保；长期使用本装置进行充电，将保持整组蓄电池的长期平衡，防止蓄电池出现单只落后而过早坏损弊端，同时避免了因某只过充电而导致整组热失控冲坏电池的情况发生，很好的延长了该组串联蓄电池组的循环使用寿命；另外，在生产蓄电池组时，也可以适当降低各蓄电池的配组精度(即要求同组内各蓄电池的性能要尽可能一致)，有利于提高生产效率。

附图说明

图1是本实用新型中实施例1的电路结构示意图；

图2是本实用新型中实施例1的应用电路结构示意图；

图3是本实用新型中实施例2的电路结构示意图；

图4是本实用新型中实施例2的应用电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步具体描述：

实施例1：

如图1所示，本实用新型由外壳、接线座6以及壳内的变压器10、电路板及电子元器件构成(因非电路结构比较常规，所以没有在图中体现)，具体结构如下：

(1)除地线接线头外，接线座6内设置有五个接线头8，在外壳内还设置有四个单只电池充电开关器9，在所述电路板上还设置有一个中央控制器15，中央控制器15的电源输入端与变压器10的对应直流输出端连接。

(2)中央控制器15的控制信号输出端分别与各单只电池充电开关器9的控制信号输入端对应连接。

(3)单只电池充电开关器9为双极开关器。

(4)变压器10的直流输出端中用于单只电池充电的端口的正极与各单只电池充电开关器9的正极输入端并联连接，变压器10的直流输出端中用于单只电池充电的端口的负极与各单只电池充电开关器9的负极输入端并联连接；各单只电池充电开关器9按序排列，第一个单只电池充电开关器9的正极输出端与接线座6内的第一个接线头8连接，第一个接线头8为总正极接线头，第二个单只电池充电开关器9的正极输出端与第一个单只电池充电开关器9的负极输出端并联连接后再与接线座6内的第二个接线头8连接，依此类推，直到最后一个单只电池充电开关器9的负极输出端与接线座6内的最后一个接线头8连接，所述最后一个接线头8为总负极接线头。

上述实施例1适合对蓄电池组内的各单只蓄电池分别充电。为了进一步实现对蓄电池组内的各蓄电池进行单只或整体的充电或放电，本实用新型在以上结构基础上还进一步创新，在下面实施例2中体现。所以上述实施例1的其它结构和工作原理等在下述实施例2中一并体现，在此不作重复叙述。

实施例2：

说明：本实施例叙述更先进的技术，其中一部分与上述实施例1的结构相同，为了便于理解，本实施例没有精简，所以与上述实施例1有重复之处。

如图3所示，本实用新型由外壳、接线座6以及壳内的变压器10、电路板及电子元器件构成(因非电路结构比较常规，所以没有在图中体现)，具体结构如下：

(1)除地线接线头外，接线座6内设置有五个接线头8，在外壳内还设置有四个单只电池充电开关器9、一个整组电池充电开关器13、四个单只电池放电开关器11和一个整组电池放电开关器12，在所述电路板上还设置有一个中央控制器15，中央控制器15的电源输入端与变压器10的对应直流输出端连接；实际应用中，单只电池放电开关器11和整组电池放电开关器12一般都采用一个放电电阻和一个开关串联连接的结构，开关断开时不放电，接通时通过放电电阻对蓄电池放电。

(2)中央控制器15的控制信号输出端分别与各充电开关器和放电开关器的控制信号输入端对应连接。

(3)单只电池充电开关器9和整组电池充电开关器13均为双极开关器(整组电池充电开关器13也可采用单极开关器)。

(4)变压器10的直流输出端中用于单只电池充电的端口的正极与各单只电池充电开关器9的正极输入端并联连接，变压器10的直流输出端中用于单只电池充电的端口的负极与各单只电池充电开关器9的负极输入端并联连接；变压器10的直流输出端中用于整组电池充电的端口的正极与整组电池充电开关器13的正极输入端连接，变压器10的直流输出端中用于整组电池充电的端口的负极与整组电池充电开关器13的负极输入端连接(若整组电池充电开关器13为单极开关器，则变压器10的直流输出端中用于整组电池充电的端口的负极直接与接线座6内的接线头8中的总负极接线头连接)；各单只电池充电开关器9按序排列，第一个单只电池充电开关器9的正极输出端与接线座6内的第一个接线头8连接，第一个接线头8为总正极接线头，第二个单只电池充电开关器9的正极输出端与第一个单只电池充电开关器9的负极输出端并联连接后再与接线座6内的第二个接线头8连接，依此类推，直到最后一个单只电池充电开关器9的负极输出端与接线座6内的最后一个接线头8连接，所述最后一个接线头8为总负极接线头；整组电池充电开关器13的正极输出端与接线座6内的总正极接线头8连接，整组电池充电开关器13的负极输出端与接线座6内的总负极接线头8连接(若整组电池充电开关器13为单极开关器，则只需将整组电池充电开关器13的正极输出端与接线座6内的总正极接线头8连接即可)。

(5)单只电池放电开关器11的开关输入端分别与单只电池充电开关器9的正、负极输出端对应并联连接；整组电池放电开关器12的开关输入端分别与整组电池充电开关器13的正、负极输出端对应并联连接(若整组电池充电开关器13为单极开关器，则整组电池放电开关器12的开关输入端的一端与整组电池充电开关器13的正极输出端对应并联连接，另一端与接线座6内的总负极接线头8并联连接。

本实用新型采用对每一只蓄电池的总共充电或放电时间采用由中央控制器检测、判断的方式，如图3所示，其结构体现为：中央控制器15的控制信号输入端与接线座6内的所有接线头8分别对应连接。这样，中央控制器15可以随时检测到每只蓄电池的即时电压，从而根据预先设定的标准判断应该对该电池采取继续充电或放电还是停止充电或放电的措施，并通过控制信号输出端向与该蓄电池连接的单只电池充电开关器9或单只电池放电开关器11发出相应的开、关指令。同时，根据检测到的信号，中央控制器15还可以将具体的电压容量、质量状态、修复方法、预计寿命等信息显示在显示屏上，让使用者对蓄电池的即时状态了如指掌，以作出正确处理方式。在中央控制器15检测每只蓄电池的即时电压的过程中，应注意在中央控制器15设定“空载检测”的方式，即在该蓄电池处于停止充电及放电的状态时才能检测，否则会检测到变压器10的输出电压，造成检测不准确。具体方法可以为：在该蓄电池的单次充电或放电结束后、下次充电或放电开始前的时间内检测该蓄电池的即时电压。

如图3所示，根据实际应用情况，接线座6内的接线头8为使用方便的插式接线头，可以为插头或插座，能与蓄电池组上的接线头对应连接即可。

如图3所示，单只电池充电开关器9和整组电池充电开关器13的选择，可以为继电器，也可以为晶闸管等电子电路开关器，前者价格较低，有响声，后者没声音，价格较高，根据实际情况来决定。

在实际应用中，如图2和图4所示，将本实用新型的接线座6内的接线头8与蓄电池组的接线座1内的接线头2(接线头8与接线头2分别为对应的插头和插座；另外，这种具有新型接线座的蓄电池组是本人的另一件专利，已于本专利申请之前向国家专利局申报)按图中虚线所示对应连接起来，在变压器10的输入端接入交流电源(一般采用220V交流电源)后就可以充电了。

上述实施例的工作原理有部分相同之处，下面以图4为参照对实施例2作详细说明，实施例1应以图2为参照，其原理都是实施例2的工作原理的一部分，所以不单独说明。

由图4可以看出，在充电过程中，对单只蓄电池5充电的电压(一般为12V)分别通过单只电池充电开关器9的开关控制后加到对应的相邻的接线头8之间，并通过对应的接线头8和接线头2加在对应的单只蓄电池5的正、负极之间；对整组蓄电池5充电的电压(一般为48V)通过整组电池充电开关器13的开关控制后加到的接线座6内的总正极接线头8和总负极接线头8之间，并通过对应的接线头8和接线头2加在整组蓄电池5的总正极和总负极之间。在放电过程中，对单只蓄电池5放电时，单只蓄电池5的正、负极分别通过对应的接线头8和接线头2与单只电池放电开关器11的两个输入端连接，进行放电；对整组蓄电池5放电时，整组蓄电池5的正、负极分别通过对应的接线头8和接线头2与整组电池放电开关器12的两个输入端连接，进行放电。

如图4所示，本实用新型的充电或放电过程重点体现在中央控制器15的控制特性上：放电时，在中央控制器15的控制下，相对应的充电开关器都处于断开状态；充电时，在中央控制器15的控制下，相对应的放电开关器都处于断开状态。以充电为例，在中央控制器15的控制下，将变压器10输出的单只电池充电电压分时、循环地加到每一只蓄电池5的两端，其正、负一一对应；或将变压器10输出的整组电池充电电压加到整组蓄电池5的两端。在对所有单只蓄电池5进行循环充电的过程中，对每一只蓄电池5的单次充电时间可以自由设定，比如可设定为五秒、十秒等，对每一只蓄电池5的总共充电时间可以采用由中央控制器15检测、判断的方式，也可以采用人工设定的方式，以前者为最佳方式。放电过程的控制方法与充电过程的控制方法一样。

如图4所示，综合各种充电和放电方法，本实用新型主要可以实现以下几种模式：(1)单只充电均衡技术方案；(2)先整体充电后单只循环充电均衡技术方案；(3)整体充电单只限压放电均衡技术方案；(4)混合充放电均衡技术方案。上述所有模式只需根据预先设定的相关内容由中央控制器15分别控制单只电池充电开关器9、整组电池充电开关器13、单只电池放电开关器11和整组电池放电开关器12的开关状态即可实现，这些方案几乎实现了蓄电池所需要的所有充电、维护及修复方法。

上述结构和方法实现了对每一只蓄电池5的总共充电时间均由中央控制器15在线检测、判断和控制的智能控制模式。

Claims (9)

1、一种串联蓄电池组在线均衡修复充电器装置，由外壳、接线座以及壳内的变压器、电路板及电子元器件构成，其特征在于：

(1)除地线接线头外，所述接线座内设置有三个或以上的接线头，在外壳内还设置有数个充电开关器，在所述电路板上还设置有一个中央控制器，所述中央控制器的电源输入端与所述变压器的对应直流输出端连接；

(2)所述中央控制器的控制信号输出端分别与所述各充电开关器的控制信号输入端对应连接；

(3)所述充电开关器包括数个单只电池充电开关器，所述单只电池充电开关器为双极开关器；所述单只电池充电开关器的个数为所述接线座内的接线头的个数减一；

(4)所述变压器的直流输出端中用于单只电池充电的端口的正极与各单只电池充电开关器的正极输入端并联连接，所述变压器的直流输出端中用于单只电池充电的端口的负极与各单只电池充电开关器的负极输入端并联连接；所述各单只电池充电开关器按序排列，第一个单只电池充电开关器的正极输出端与所述接线座内的第一个接线头连接，所述第一个接线头为总正极接线头，第二个单只电池充电开关器的正极输出端与第一个单只电池充电开关器的负极输出端并联连接后再与所述接线座内的第二个接线头连接，依此类推，直到最后一个单只电池充电开关器的负极输出端与所述接线座内的最后一个接线头连接，所述最后一个接线头为总负极接线头；

2、根据权利要求1所述的串联蓄电池组在线均衡修复充电器装置，其特征在于：

(1)在所述外壳内还设置有数个放电开关器，放电开关器包括数个单只电池放电开关器和一个整组电池放电开关器；单只电池放电开关器的个数为所述接线座内的接线头的个数减一；所述中央控制器的控制信号输出端还分别与各放电开关器的控制信号输入端对应连接；单只电池放电开关器的开关输入端分别与单只电池充电开关器的正、负极输出端对应并联连接；

(2)所述充电开关器还包括一个整组电池充电开关器，所述单只电池充电开关器为双极开关器，整组电池充电开关器为双极开关器或单极开关器；

(3)所述变压器的直流输出端中用于整组电池充电的端口的正极与整组电池充电开关器的正极输入端连接，若整组电池充电开关器为双极开关器，则所述变压器的直流输出端中用于整组电池充电的端口的负极与整组电池充电开关器的负极输入端连接，若整组电池充电开关器为单极开关器，则所述变压器的直流输出端中用于整组电池充电的端口的负极直接与所述接线座内的接线头中的总负极接线头连接；若整组电池充电开关器为双极开关器，则整组电池充电开关器的正极输出端与所述接线座内的总正极接线头连接，整组电池充电开关器的负极输出端与所述接线座内的总负极接线头连接，若整组电池充电开关器为单极开关器，则整组电池充电开关器的正极输出端与所述接线座内的总正极接线头连接即可；若整组电池充电开关器为双极开关器，则整组电池放电开关器的开关输入端分别与整组电池充电开关器的正、负极输出端对应并联连接，若整组电池充电开关器为单极开关器，则整组电池放电开关器的开关输入端的一端与整组电池充电开关器的正极输出端对应并联连接，另一端与所述接线座内的总负极接线头并联连接。

3、根据权利要求1或2所述的串联蓄电池组在线均衡修复充电器装置，其特征在于：所述中央控制器的控制信号输入端与所述接线座内的所有接线头分别对应连接。

4、根据权利要求1或2所述的串联蓄电池组在线均衡修复充电器装置，其特征在于：所述接线座内的接线头为插式接线头，可以为插头或插座。

5、根据权利要求1或2所述的串联蓄电池组在线均衡修复充电器装置，其特征在于：除地线接线头外，所述接线座内的接线头的个数为五个，所述单只电池充电开关器和单只电池放电开关器的个数均为四个。

6、根据权利要求1或2所述的串联蓄电池组在线均衡修复充电器装置，其特征在于：除地线接线头外，所述接线座内的接线头的个数为四个，所述单只电池充电开关器和单只电池放电开关器的个数均为三个。

7、根据权利要求1或2所述的串联蓄电池组在线均衡修复充电器装置，其特征在于：除地线接线头外，所述接线座内的接线头的个数为三个，所述单只电池充电开关器和单只电池放电开关器的个数均为二个。

8、根据权利要求1或2所述的串联蓄电池组在线均衡修复充电器装置，其特征在于：所述各充电开关器为继电器。

9、根据权利要求1或2所述的串联蓄电池组在线均衡修复充电器装置，其特征在于：所述各充电开关器为晶闸管电路开关器。

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