CN201750186U - 一种电池组充电设备 - Google Patents

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王学礼
李晓伟
王伟
尉弋
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Abstract

本实用新型公开了一种电池组充电设备，该电池组充电设备具体包括：电池充电模块，为电池组充电；充电均衡模块，采集所述电池组内各单体电池的电压值向充电管理模块发送；并在接收到管理模块发送的均衡指示消息时，对所述电池组进行均衡充电；充电管理模块，检测到存在超过预设电压门限的单体电池电压值时，控制所述电池供电模块以当前电压进行恒压供电；并检测到充电回路电流值低于预设电流门限时，控制所述电池充电模块停止供电并向所述充电均衡模块发送均衡指示消息。本实用新型可以按照设定的电池电压作为判据，自动实现电池组恒流串充～恒压串充～单体均衡的自动转换，兼顾了电池组的安全性和充电效率。

Description

一种电池组充电设备
技术领域
本实用新型涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种电池组充电设备。
背景技术
目前，锂离子电池一般被用做动力电池，采用串联使用的方式来获得较高的输出电压和较大的电能容量。电池组的充电一般采用整组串联充电的方式，但由于目前锂离子电池制造工艺的限制，单体电池无法完全一致，因此在整组串联充电过程中，电池充电电压不能完全一致，造成部分电池电压超过平均值，使电池的使用寿命缩短，而部分电池电压会低于平均电压，使电池组不能达到放电容量要求。所以，现有电池的充电方式不适用于大容量电池的快速及安全充电。
实用新型内容
本实用新型提供一种电池组充电设备，用以解决现有技术中的电池充电后电压不完全一致，使电池的使用寿命缩短，进而导致现有的充电设备不适用于大容量电池的快速及安全充电的问题。
具体的，本实用新型提供的电池组充电设备，包括：
电池充电模块，为电池组充电；
充电均衡模块，采集所述电池组内各单体电池的电压值向充电管理模块发送；并在接收到管理模块发送的均衡指示消息时，对所述电池组进行均衡充电；
充电管理模块，检测到存在超过预设电压门限的单体电池电压值时，控制所述电池充电模块以当前电压进行恒压充电；并检测到充电回路电流值低于预设电流门限时，控制所述电池充电模块停止充电并向所述充电均衡模块发送均衡指示消息。
其中，所述电池充电模块采用至少一个AC-DC高频开关电源模块为所述电池组充电。
进一步地，所述AC-DC高频开关电源模块按照N+1冗余方式并联为所述电池组充电，其中N为采用AC-DC高频开关电源模块的个数。
本实用新型提供的电池组充电设备进一步具有以下特点：
所述充电均衡模块包括M个充电均衡单元；所述每个充电均衡单元分别与所述电池组内的各单体电池一一并联连接；所述M等于所述电池组内单体电池的数量。
其中，所述充电均衡单元包括：
电池电压测量电路子单元，采集对应单体电池电压值后向所述充电管理模块发送；并在接收到所述均衡指示消息时，检测对应单体电池的电压值向均衡充电子单元发送；
均衡充电子单元，接收到对应单体电池电压值后，检测该电压值是否低于设定值，若是，为该单体电池均衡充电，直到该单体电池电压值达到所述设定值。
进一步地，所述充电均衡模块还包括：级间供电单元，用于将接收到的交流电转换为直流电后为所述各充电均衡单元供电。
进一步地，所述充电均衡模块采用DC-DC高频开关电源模块对电池组进行均衡充电。
进一步地，本实用新型所提供的电池组充电设备中，所述充电管理模块包括：
管理子模块，接收所述充电均衡模块发送的各单体电池的电压值，基于该电压值检测出某个电池单体电压值超过预设电压门限时，向所述充电测控子模块发送恒压供电指示信号；并在检测到充电回路电流值低于预设电流门限时，向所述充电测控子模块发送停止供电指示信号；
充电测控子模块，接收到所述恒压供电指示信号，控制所述电池充电模块为所述电池组恒压充电；在接收到所述停止供电指示信号后，关闭所述电池充电模块。
进一步地，所述充电管理模块通过布置在所述充电回路中的电流互感器检测所述充电回路中的电流值。
进一步地，本实用新型所述电池组内各单体电池串联连接。
与现有技术相比，本实用新型有益效果如下：
本实用新型与传统的电池充电设备相比，可以按照设定的电池电压作为判据，自动实现电池组恒流串充～恒压串充～单体均衡的自动转换，兼顾了电池组的安全性和充电效率，很好的解决了现有技术中存在的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的一种电池组充电设备结构框图；
图2为本实用新型实施例提供的一种电池组充电设备结构框图；
图3为本实用新型实施例提供的电池组充电设备的实体结构图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为了克服现有充电方式的不足，本实用新型提供一种电池组充电设备。该充电设备以设定电压、设定电流作为判据条件，自动调整充电设备充电电压，实现整组电池的恒流充电～恒压充电～均衡充电自动转换，保证充电结束后电池电压均衡一致，从而达到电池快速安全充电的目的。即其工作原理是：
在开始充电阶段，电池充电模块以恒定电流对电池组进行串联充电；
在充电过程中，若某单体电池电压值超过设定值时，进入恒压充电阶段；并在充电回路电流值低于设定值时，进入均衡充电阶段，实现电池组电压最终均衡一致。
如图1所示，为本实用新型提供的一种电池组充电设备，该设备具体包括：电池充电模块110、充电均衡模块120和充电管理模块130；
电池充电模块110，为电池组充电；其中，电池组内各单体电池串联连接。
优选的，该电池充电模块110采用至少一个AC-DC高频开关电源模块为电池组充电。
其中，AC-DC高频开关电源模块按照N+1冗余方式并联为所述电池组充电，其中N为采用AC-DC高频开关电源模块的个数。
充电均衡模块120，采集电池组内各单体电池的电压值向充电管理模块130发送；并在接收到管理模块130发送的均衡指示消息时，对电池组进行均衡充电；
优选地，该充电均衡模块120包括M个充电均衡单元；所述每个充电均衡单元分别与电池组内的各单体电池一一并联连接；其中，M等于电池组内单体电池的数量。
其中，充电均衡单元包括：电池电压测量电路子单元和均衡充电子单元；其中，电池电压测量电路子单元，采集对应单体电池电压值后向所述充电管理模块发送；并在接收到所述均衡指示消息时，检测对应单体电池的电压值向均衡充电子单元发送；
均衡充电子单元，接收到对应单体电池电压值后，检测该电压值是否低于设定值，若是，为该单体电池均衡充电，直到该单体电池电压值达到所述设定值。
进一步地，充电均衡模块120还包括：级间供电单元，用于将接收到的交流电转换为直流电后为所述各充电均衡单元供电。
进一步地，充电均衡模块120采用DC-DC高频开关电源模块对电池组进行均衡充电。
充电管理模块130，检测到存在超过预设电压门限的单体电池电压值时，控制电池充电模块110以当前电压进行恒压充电；并检测到充电回路电流值低于预设电流门限时，控制电池充电模块110停止充电并向充电均衡模块120发送均衡指示消息。
具体的，该充电管理模块130包括：管理子模块131和充电测控子模块132；
管理子模块131，接收充电均衡模块120发送的各单体电池的电压值，基于该电压值检测出某个电池单体电压值超过预设电压门限时，向充电测控子模块132发送恒压充电指示信号；并在检测到充电回路电流值低于预设电流门限时，向充电测控子模块132发送停止充电指示信号；
充电测控子模块132，接收到恒压充电指示信号，控制电池充电模块110为电池组恒压充电；在接收到停止充电指示信号后，关闭电池充电模块110。
其中，充电管理模块130通过布置在充电回路中的电流互感器检测充电回路中的电流值。
下面根据图2～图3给出本实用新型一个较佳的实施例，并结合对实施例的描述，进一步给出本实用新型的技术细节，使其能够更好地说明本实用新型的具体实现过程。
如图2所示，为本实用新型实施例提供的一种电池组充电设备，该设备具体包括：电池充电模块210、充电均衡模块220、级间供电模块230、管理模块240、充电测控模块250和电池组260；其中：
电池充电模块210，该电池充电模块的输出与电池组260的正负极连接，用于为电池组260充电；
该电池充电模块210采用至少一个AC-DC高频开关电源模块按照N+1冗余方式并联。其中，采用AC-DC高频开关电源模块的个数可以根据情况进行自行配置。
充电均衡模块220，包括M个充电均衡单元，其中，M等于电池组中单体电池的数量；每个充电均衡单元与电池组260中每个单体电池一一并联连接，用于采集单体电池的电压值向管理模块240发送；并在接收到均衡指示消息时，检测单体电池电压值是否低于预设的门限值，若是进行均衡充电，直到对应单体电池的电压值达到所述预设的门限值。
具体的，充电均衡单元内部集成有电池电压测量电路，用于采集电池的电压值；集成有DC-DC高频开关电源模块，用于进行均衡供电。
该充电均衡单元进行均衡充电的过程具体为：
充电均衡单元检测到单体电池电压值低于预设的门限值时，开启DC-DC高频开关电源模块为该单体电池充电；在检测到单体电池电压值达到预设的门限值时，关闭DC-DC高频开关电源模块，停止均衡充电。本实用新型所述充电设备通过充电均衡模块220的均衡充电过程，最终实现电池组电压最终均衡一致。
级间供电模块230，将接收到的交流电转换为直流电后为充电均衡模块220供电；当然，该模块也可以布置在充电均衡模块220内，本实施例将其单独布置在外只是一种较佳的实现方式。
管理模块240，分别与充电测控模块250和充电均衡模块220相连，用于采集单体电池电压值，并检测是否存在高于预设电压门限的电压值，若是，向充电测控模块250发送恒压充电的指示信号；并在恒压充电期间，检测充电回路电流值是否低于预设电流门限值，若是，向充电测控模块250发送停止充电指示信号。
充电测控模块250，分别与管理模块240和电池充电模块210相连，用于基于管理模块240发送的指示信号控制电池充电模块210的充电方式，即进行恒压充电或停止充电等。
基于上述设备结构介绍，下面从处理流程角度来说明充电设备的具体充电方式：
电池组充电设备开始由电池充电模块210以恒定电流对电池组260进行恒流串联充电，充电均衡模块220对单体电池电压进行测量并将信息传给管理模块240，当最高电池电压值达到管理单元240设定电压门限后，管理模块240通过充电测控单元250控制电池充电模块210维持当前输出电压不变，设备进入恒压充电阶段；
恒压充电过程中，电池充电电流逐渐减小，当充电电流减小到管理模块240设定电流值时，管理模块240通过充电测控单元250关闭电池充电模块210，停止串联充电。同时管理单元240通知充电均衡模块220开始均衡充电，在均衡充电过程中，充电均衡模块220检测单体电池电压，单体电压低于设定值的，开启DC-DC高频开关电源模块给单体电池充电，当单体电池电压达到设定值后，关闭DC-DC高频开关电源模块，停止均衡；最终达到电池组内电池电压一致的效果。
从本实用新型的实施例可以看出，改变电池充电模块210内AC-DC高频开关电源模块的数量可以满足不同容量的电池组的串联充电，改变充电均衡模块220内充电均衡单元的数量可以适应不同节数的电池组的均衡，从而满足不同容量及串联数量电池组的使用。
为了更清楚的说明本实用新型的具体结构，本实用新型还给出了本实用新型充电设备的实体结构图，如图3所示。
本实用新型与传统的电池充电设备相比，可以按照设定的电池电压作为判据，自动实现电池组恒流串充～恒压串充～单体均衡的自动转换，兼顾了锂离子电池组的安全性和充电效率。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电池组充电设备，其特征在于，包括：
电池充电模块，为电池组充电；
充电均衡模块，采集所述电池组内各单体电池的电压值向充电管理模块发送；并在接收到管理模块发送的均衡指示消息时，对所述电池组进行均衡充电；
充电管理模块，检测到存在超过预设电压门限的单体电池电压值时，控制所述电池充电模块以当前电压进行恒压充电；并检测到充电回路电流值低于预设电流门限时，控制所述电池充电模块停止充电并向所述充电均衡模块发送均衡指示消息。
2.如权利要求1所述的电池组充电设备，其特征在于，所述电池充电模块采用至少一个AC-DC高频开关电源模块为所述电池组充电。
3.如权利要求2所述的电池组充电设备，其特征在于，所述AC-DC高频开关电源模块按照N+1冗余方式并联为所述电池组充电，其中N为采用AC-DC高频开关电源模块的个数。
4.如权利要求1或2或3所述的电池组充电设备，其特征在于，所述充电均衡模块包括M个充电均衡单元；所述每个充电均衡单元分别与所述电池组内的各单体电池一一并联连接；所述M等于所述电池组内单体电池的数量。
5.如权利要求4所述的电池组充电设备，其特征在于，所述充电均衡单元包括：
电池电压测量电路子单元，采集对应单体电池电压值后向所述充电管理模块发送；并在接收到所述均衡指示消息时，检测对应单体电池的电压值向均衡充电子单元发送；
均衡充电子单元，接收到对应单体电池电压值后，检测该电压值是否低于设定值，若是，为该单体电池均衡充电，直到该单体电池电压值达到所述设定值。
6.如权利要求4所述的电池组充电设备，其特征在于，所述充电均衡模块还包括：级间供电单元，用于将接收到的交流电转换为直流电后为所述各充电均衡单元供电。
7.如权利要求1所述的电池组充电设备，其特征在于，所述充电均衡模块采用DC-DC高频开关电源模块对所述电池组进行均衡充电。
8.如权利要求1或2或3所述的电池组充电设备，其特征在于，所述充电管理模块包括：
管理子模块，接收所述充电均衡模块发送的各单体电池的电压值，基于该电压值检测出某个电池单体电压值超过预设电压门限时，向所述充电测控子模块发送恒压充电指示信号；并在检测到充电回路电流值低于预设电流门限时，向所述充电测控子模块发送停止充电指示信号；
充电测控子模块，接收到所述恒压充电指示信号，控制所述电池充电模块为所述电池组恒压充电；在接收到所述停止充电指示信号后，关闭所述电池充电模块。
9.如权利要求1或2或3所述的电池组充电设备，其特征在于，所述充电管理模块通过布置在所述充电回路中的电流互感器检测所述充电回路中的电流值。
10.如权利要求1所述的电池组充电设备，其特征在于，所述电池组内各单体电池串联连接。
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