CN202150719U - 蓄电池组互充式节能充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及蓄电池充电技术领域，是将蓄电池充电电路进行改良以大大节约电力消耗。本实用新型的蓄电池组互充式节能充电电路将第一蓄电池组的负极与第二蓄电池组的负极相接，形成两端均是正极的蓄电池组串，或者，将第一蓄电池组的正极与第二蓄电池组的正极相接，形成两端均是负极的蓄电池组串，该蓄电池组串的两端分别是第一端和第二端，充电机的充电输出端分别电连接于蓄电池组串的第一端和第二端进行充电。本实用新型的蓄电池组互充式节能充电电路应用于蓄电池化成充电。

Description

蓄电池组互充式节能充电电路

技术领域

本实用新型涉及蓄电池充电技术领域，是将蓄电池充电电路进行改良以大大节约电力消耗。

背景技术

二次电池生产过程有一道关键的工艺叫化成，化成分为“内化成”和“外化成”两种方式。化成就是对电池内的生极板或熟极板进行过量充电、放电、再过量充电如此循环的过程。不管对于铅酸蓄电池、锂电池或者诸如此类的内含极性板和化学物质的蓄电池均要经过该化成工艺方可实现较长寿命使用。

以铅酸蓄电池为例：免维护铅酸的生极板外化成电量大约为额定容量的7倍，生极板化成为熟极板之后装进电池外壳初充电消耗的电量大约是电池容量的4倍。这么多的电量才能让电池容量和性能初始化，其中过度充电和放电浪费不少的电量。而对于浪费电量的回收，特别是放电电量的回收目前常见有以下几种方式：

第一种：用纯电阻放电，把电池的电能转化为热能释放。释放的热能被有效回收利用的情况很少，大部分都浪费了。因此，这种方式目前较少被采用。

第二种方式：用可控硅和变压器电路把直流电转换为交流电回网，然而可控硅逆变回网技术对电网干扰大很大，回网的效率一般小于50%。

第三种方式：直流母线放电回收模式。将需要放电的电池组作为一个直流电源，然后在这个直流电源上叠加一个电子控制的直流电源，两个直流电源串联叠加后作为直流母线对需要充电的电池组进行充电。如专利公开号为CN102117942A的铅酸蓄电池化成充、放电方法的技术方案就是利用这个方法的原理实现。这个方法可以充分利用电能，但直流母线的方式最大的问题就是很难对放电的电流进行合理的分配，机内分配或网间分配都存在很多弊病。其中当放电的电流大于充电电流时，多出的能量无法释放，需要用电阻放电浪费电能，再则由于电路复杂成本高等原因无法得到普及应用。

第四种方式：将放电的电池储存于用大容量电池组，然后对大型电池组内的电量进行统筹应用，这个方式设备的投入资金很大，很少有人采用。

除了以上四种方式外，还有人直接将放电电能利用直流电使用场合或其他需要用直流电的地方，但由于电池的生产厂需要大量使用直流装备的场合很少，难以实现。

另外，申请人检索了大量文献，均是对化成工艺中的充放电时间进行改进，以提高化成的效果和效率，如专利公开号为CN 101510627的蓄电池的化成的充放电方法、化成方法及化成装置，或者专利公开号为CN  1632981的一种铅酸蓄电池快速化成和活化方法等等，未发现对于化成工艺的蓄电池充电方法提出改进以实现本质上减少电能消耗的技术方案。

实用新型内容

因此，本实用新型针对蓄电池化成工艺的充电电路进行了突破性的改变，能够从本质上减少电能消耗。

本实用新型的技术方案是：

一种蓄电池组互充式节能充电电路，具体是：将第一蓄电池组的负极与第二蓄电池组的负极相接，形成两端均是正极的蓄电池组串，该蓄电池组串的两端分别是第一端和第二端，充电机的充电输出端分别电连接于蓄电池组串的第一端和第二端进行充电。

一种蓄电池组互充式节能充电电路，具体是：将第一蓄电池组的正极与第二蓄电池组的正极相接，形成两端均是负极的蓄电池组串，该蓄电池组串的两端分别是第一端和第二端，充电机的充电输出端分别电连接于蓄电池组串的第一端和第二端进行充电。

进一步的，所述的第一蓄电池组电连接于一第一电压检测单元的输入端，所述的第二蓄电池组电连接于一第二电压检测单元的输入端，第一电压检测单元和第二电压检测单元的输出端再电连接于所述的充电机。

进一步的，所述蓄电池组是一个蓄电池。或者，所述蓄电池组是二个蓄电池以上，相邻蓄电池彼此正负极串接。

根据上述的蓄电池组互充式节能充电电路的蓄电池节能充电方法，具体是：将2个蓄电池组的负极与负极相接，形成两端均是正极的蓄电池组串，该蓄电池组串的两端分别是第一端和第二端，然后用充电机的充电输出端加载于蓄电池组串的第一端和第二端进行充电，充电的方式是：将充电机的正极充电输出端接于蓄电池组串的第一端，负极充电输出端接于蓄电池组串的第二端进行第一流向充电的过程，以及将充电机的负极充电输出端接于蓄电池组串的第一端，正极充电输出端接于蓄电池组串的第二端进行第二流向充电的过程，并且第一流向充电的过程和第二流向充电的过程反复交替进行多次。

根据上述的蓄电池组互充式节能充电电路的蓄电池节能充电方法，具体是：将2个蓄电池组的正极与正极相接，形成两端均是负极的蓄电池组串，该蓄电池组串的两端分别是第一端和第二端，然后用充电机的充电输出端加载于蓄电池组串的第一端和第二端进行充电，充电的方式是：将充电机的正极充电输出端接于蓄电池组串的第一端，负极充电输出端接于蓄电池组串的第二端进行第一流向充电的过程，以及将充电机的负极充电输出端接于蓄电池组串的第一端，正极充电输出端接于蓄电池组串的第二端进行第二流向充电的过程，并且第一流向充电的过程和第二流向充电的过程反复交替进行多次。

进一步的，在充电机对蓄电池组串进行第一流向充电的过程或第二流向充电的过程时，分别对这2个蓄电池组进行电压检测，检测结果反馈回充电机进行充电方式的调整，以避免过充电和过放电的发生。

进一步的，所述蓄电池组串待第一流向充电的过程和第二流向充电的过程反复交替进行多次完成后，蓄电池组串的每个蓄电池组正、负极接入充电机的正、负极充电输出端以进行补充充电的过程。所述补充充电的过程是：蓄电池组串的2个蓄电池组的正、负极接入充电机的正、负极充电输出端以分别分开进行补充充电。或者，蓄电池组串的2个蓄电池组的正极与正极、负极与负极并联后，再接入充电机的正、负极充电输出端以一同进行补充充电。或者，将多个蓄电池组串的多个蓄电池组的正极与正极、负极与负极并联后，再接入充电机的正、负极充电输出端以一同进行补充充电。补充充电的方式与常规的充电方法一样，连接方式可根据充电机的负荷能力而进行适当调整。

本实用新型的蓄电池组互充式节能充电电路可以从本质上减少化成工艺的电能消耗。本实用新型将两个电池组反向串联成一个新的电池组串，形成类似“沙漏”的充电形式。当充电机对该电池组串进行充电的时候，其中正向的电池组被充电，反向的电池组就被放电；充电流向改变时，原理亦然。这样，就相当于就一组电池组的放电的电量去对另一组电池组进行充电，充电机在其中只起到电压的补偿作用和自动恒流等控制功能。这就实现了用很少量的充电电量对电池组进行充放电循环。按照设计的循环次数到达之后，再分别把两组电池组充电饱和，然后分别对两组电池组进行适当过充就完成对电池组的初充电，完成蓄电池化成处理。

附图说明

图1是本实用新型的蓄电池组互充式节能充电电路的第一种电性连接关系示意图。

图2是本实用新型蓄的电池组互充式节能充电电路的第二种电性连接关系示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

本实用新型的主要工作原理是：将两个电池组反向串联成一个新的电池组串，形成类似“沙漏”的充电形式。当充电机对该电池组串进行充电的时候，其中正向的电池组被充电，反向的电池组就被放电；充电流向改变时，原理亦然。这样，就相当于就一组电池组的放电的电量去对另一组电池组进行充电，充电机在其中只起到电压的补偿作用和自动恒流等控制功能。按照设计的循环次数到达之后，再分别把两组电池组充电饱和，然后分别对两组电池组进行适当过充就完成对电池组的初充电，完成蓄电池化成处理。本实用新型可以采用如下2种工作原理相同的充电电路方式来实现。

参阅图1所示，蓄电池节能充电方法具体是：将第一蓄电池组101、第二蓄电池组102的负极与负极相接，形成两端均是正极的蓄电池组串，该蓄电池组串的两端分别是第一端11和第二端12，然后用充电机3的充电输出端电连接加载于蓄电池组串的第一端11和第二端12进行充电。具体充电的方式是：将充电机3的正极充电输出端接于蓄电池组串的第一端11，负极充电输出端接于蓄电池组串的第二端12进行第一流向充电的过程，以及将充电机3的负极充电输出端接于蓄电池组串的第一端11，正极充电输出端接于蓄电池组串的第二端12进行第二流向充电的过程，并且第一流向充电的过程和第二流向充电的过程反复交替进行多次。

参阅图2所示，蓄电池节能充电方法具体是：将第一蓄电池组101、第二蓄电池组102的正极与正极相接，形成两端均是负极的蓄电池组串，该蓄电池组串的两端分别是第一端11和第二端12，然后用充电机的充电输出端电连接加载于蓄电池组串的第一端11和第二端12进行充电。具体充电的方式是：将充电机3的正极充电输出端接于蓄电池组串的第一端11，负极充电输出端接于蓄电池组串的第二端12进行第一流向充电的过程，以及将充电机3的负极充电输出端接于蓄电池组串的第一端11，正极充电输出端接于蓄电池组串的第二端12进行第二流向充电的过程，并且第一流向充电的过程和第二流向充电的过程反复交替进行多次。

对上述的2种充电电路进行改进，所述的第一蓄电池组101电连接于一第一电压检测单元201的输入端，所述的第二蓄电池组102电连接于一第二电压检测单元202的输入端，第一电压检测单元201和第二电压检测单元202的输出端再电连接于所述的充电机3。这样，在充电机3对蓄电池组串进行第一流向充电的过程或第二流向充电的过程时，分别对这2个蓄电池组进行电压检测，检测结果反馈回充电,3进行充电方式的调整，以避免过充电和过放电的发生。具体的，采用第一电压检测单元201来检测第一蓄电池组101的端电压，采用第二电压检测单元202来检测第二蓄电池组102的端电压。充电机3可以根据检测到的反馈电压值进行调节充电方式，充电机3也可以通过设定程序对充电过程进行控制和根据不同的充电程序进行充电方式变换，可以实现恒流、定时、等待、反向、放电等功能，这些均是现有技术的充电机可以实现的。具有程序智能控制的充电机的具体技术方案非本实用新型的论述重点，具体说明可以查阅相关现有资料获得，于此不再详细展开说明。

如上所述的第一蓄电池组101、第二蓄电池组102可以只是一个蓄电池。或者是二个蓄电池以上，且相邻蓄电池彼此正负极串接而组成。

另外的，所述蓄电池组串待第一流向充电的过程和第二流向充电的过程反复交替进行多次完成后，蓄电池组串的第一蓄电池组101和/或第二蓄电池组102的正、负极接入充电机3的正、负极充电输出端以进行补充充电的过程。即，需要对其中的一组电池组进行单独过充电的时候，可以将以上的串联模式切换为并联或者单独分开充电。具体的，所述补充充电的过程是：蓄电池组串的第一蓄电池组101、第二蓄电池组102的正、负极接入充电机的正、负极充电输出端以分别分开进行补充充电。或者，蓄电池组串的第一蓄电池组101和第二蓄电池组102的正极与正极、负极与负极并联后，再接入充电机的正、负极充电输出端以一同进行补充充电。或者，将多个蓄电池组串的多个蓄电池组的正极与正极、负极与负极并联后，再接入充电机的正、负极充电输出端以一同进行补充充电。补充充电的方式与常规的充电方法一样，就是蓄电池组的正极接充电机的正极充电输出端，蓄电池组的负极接充电机的负极充电输出端。采用何种连接方式可根据充电机3的负荷能力而进行适当调整。

本实用新型的充电方式主要是利用电池组之间的电量互相转移来实现，与已有化成工艺采用的充电方式完全不同，可以从本质上减少电能的消耗。下面通过数据对比，可以更加清楚。

以80只12V12Ah的电动车电池外化成初充电模式（采用最常规的三充三放模式）为例，采用常规的充电机充电，然后用可控硅逆变电路进行放电，放电的回网效率为40%。下表1为这80只电池其中1只电池的化成消耗的电量：

表1：

充电步骤

充入电量

放出电量

电池吸收电量

溢出电量

回收电量

实际消耗电量

干荷放电

0

9Ah

0

0

3.6Ah

5.4Ah

过充电一

33.6Ah

0

13Ah

20.6Ah

0

20.6Ah

放电

0

13Ah

0

0

5.2Ah

7.8Ah

过充电二

27.6Ah

0

13Ah

14.6Ah

0

14.6Ah

配组放电

0

13Ah

0

0

5.2Ah

7.8Ah

补充充电

18Ah

0

13Ah

5Ah

0

5Ah

总计

79.2Ah

35Ah

13Ah

40.2Ah

14Ah

61.2Ah

通过上表可以看出：单只电池的充电总电量为79.2Ah，额定电压12V，总耗电量约为79.2Ah×12V=950.4VAh=0.904度，通过逆变回网的电量约为14Ah×12V=168VAh=0.168度，实际消耗电量约为0.904度-0.168度=0.736度。

采用本实用新型的充放电模式，首先将80只电池分成两组40只串联，然后把这两组40只按照本实用新型的方法串联成的电池组串再进行来回4次正向、反向充电循环过程的模式进行充电，最后再补充充电。同样，计算其中1只电池的用电量，具体见下表2：

表2：

充电步骤

充电机平均电压（平均到1只电池）

电流

时间

补偿电量

回收电量

消耗电量

干荷放电

1V

2A

1.5h

3Wh

0

3Wh

补充电1

1V

2A

2h

4Wh

0.8Wh

3.2Wh

放电1

1.2V

2A

2.5h

6Wh

1.2Wh

4.8Wh

补充电2

1.3V

2A

3h

7.8Wh

1.56Wh

6.24Wh

放电2

1.4V

2A

3.5h

9.8Wh

1.96Wh

7.84Wh

充电3

1.5V

2A

4h

12Wh

2.4Wh

9.6Wh

放电3

1.5V

2A

4.5h

13.5Wh

2.7Wh

10.8Wh

充电4

1.6V

2A

5h

16Wh

3.2Wh

12.8Wh

放电4

1.6V

2A

6h

19.2Wh

3.84Wh

15.36Wh

分别补充充电

15V

2A

5h

150Wh

0

150Wh

总计

241.3Wh

17.66Wh

233.64 Wh

通过上表可以看出：单只电池的充电总耗电量约为241.3Wh =0.2413度，通过逆变回网的电量约为17.66Wh =0.01766度，实际消耗电量约为0.2413度-0.01766度=0.22364度。

通过上述2种充电方式进行对比，可以明显看出：使用传统的充放电方式和使用本实用新型的充放电方式，同样完成1只12V12Ah电动车电池的初充电，前者总耗电0.904度，后者总耗电0.2413度，可以节电73.3%。如果采用逆变回网回收后，前者实际耗电0.736度，后者实际耗电0.22364度，本实用新型相比也可以节电为69.6%。

另外，本实用新型除了节约用电以外，还大大提升充电机的生产能力：以最大提供350V直流电压的充电机为例，假如对80只电池，按照传统的充电模式，需要分成4路，每路20只。使用本实用新型的模式，用相同的充电机只需要一路，一路充80只，最大可以充120只。因为本实用新型将两组电池方向串联，电压抵消之后，充电机提供的电压就是两组电池在充放电过程中的最大压差。放电最低电压控制为不小于10.5V，充电控制最高电压不超过17V，两只电池的最大压差为6.5V，换算成但只电池的最大压差为3.25V，当充电机最大提供350V直流电压时，最多允许100只电池分成两组反向串联。因此，同样一路充电机充电能力提升到原来5倍。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。  

Claims (5)

1.一种蓄电池组互充式节能充电电路，其特征在于：将第一蓄电池组的负极与第二蓄电池组的负极相接，形成两端均是正极的蓄电池组串，该蓄电池组串的两端分别是第一端和第二端，充电机的充电输出端分别电连接于蓄电池组串的第一端和第二端进行充电。

2.一种蓄电池组互充式节能充电电路，其特征在于：将第一蓄电池组的正极与第二蓄电池组的正极相接，形成两端均是负极的蓄电池组串，该蓄电池组串的两端分别是第一端和第二端，充电机的充电输出端分别电连接于蓄电池组串的第一端和第二端进行充电。

3.根据权利要求1或2所述的蓄电池组互充式节能充电电路，其特征在于：所述的第一蓄电池组电连接于一第一电压检测单元的输入端，所述的第二蓄电池组电连接于一第二电压检测单元的输入端，第一电压检测单元和第二电压检测单元的输出端再电连接于所述的充电机。

4.根据权利要求1或2所述的蓄电池组互充式节能充电电路，其特征在于：所述蓄电池组是一个蓄电池。

5.根据权利要求1或2所述的蓄电池组互充式节能充电电路，其特征在于：所述蓄电池组是二个蓄电池以上，相邻蓄电池彼此正负极串接。

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