CN205429807U

CN205429807U - 循环充电系统

Info

Publication number: CN205429807U
Application number: CN201620202064.4U
Authority: CN
Inventors: 罗奕理
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2026-03-16

Abstract

本实用新型是一种循环充电系统，其主要应用于汽机车内并于一汽机车专用的发电机与一锂离子电池组之间设置一第一信号转换模块、一充电模块、一充电分配模块，该第一信号转换模块的输入端与该发电机的电源回路连接，该第一信号转换模块的输出端与该充电模块连接，该充电分配模块分别与该充电模块、该锂离子电池组连接以构成多个的充电回路；当该锂离子电池组的电芯数量多于该充电模块的充电器数量时，该充电分配模块根据电芯电压及一预设的充电时间轮流切换对不同的电芯充电，并以循环充电的方式令该锂离子电池组中的所有电芯都可被快速充饱、电位一致，达到提升充电平衡、延长使用寿命的目的。

Description

循环充电系统

技术领域

本实用新型是关于一种充电系统，尤指一种专用于汽机车发电机对锂离子电池进行充电的循环充电系统。

背景技术

对于一般汽车的电力系统而言，其发电机的位置是装在引擎的前侧，并由引擎带动发电机的转子运转并输出直流电压，通过一充电模块对一电池组充电，一般发电机的电压大多在12.8V(单位/伏特)～14.8V(单位/伏特)，而该电池组是由多个锂电芯组成(例如：由四个锂电芯组成)，每一个锂电芯的工作电压约3.3V(单位/伏特)，因此该电池组的工作电压约13.2V(单位/伏特)，但是当发电机的电压过低时(如12.8V(单位/伏特))，一个充电器对应一个锂电芯只能提供3.2V(单位/伏特)的充电电压，而锂电芯的充电电压都需比这高很多，以锂铁电芯为例，充电电压需求为3.7V(单位/伏特)，因此无法充饱电。所以会影响该电池组的使用效能。

为了提升电力系统的使用寿命及效能，近年来市面上有一种由多个锂铁电芯所组成的电池组(例如：由四个锂铁电芯组成)，锂铁电芯的循环寿命约是一般锂离子电芯的4～5倍，由于每一个锂铁电芯的工作电压是3.3V(单位/伏特)，所以由四个锂铁电芯所组成的电池组的工作电压约13.2V(单位/伏特)但是当发电机的电压偏高时(如14.8V(单位/伏特))，一个充电器对应一个锂铁电芯虽能提供3.7V(单位/伏特)的充电电压，但由于汽机车发电机有调压器的关系，在14.8V(单位/伏特)的时间并不长，因此还是无法充饱锂铁电池组。长期无法充饱电池组的情况下，锂铁电池组电容量将越来越少，而影响到锂铁电池的使用效能。由此可知，现有技术中无论是对锂离子电芯或锂铁电芯，持续的以过低的电压提供充电，皆对电池组造成不良影响。

再者，一般12V(单位/伏特)汽机车发电机的电压大多在13.2V(单位/伏特)～14.2V(单位/伏特)，而若该电池组是由多个锂电芯组成(例如：由四个锂电芯串连组成)，以锂铁电池为例；假设每一个锂电芯的工作电压约3.3V(单位/伏特)，则该电池组的工作总电压约13.2V(单位/伏特)，而充电电压则需为3.7V/电池(cell)(单位/伏特)所以总充电电压应该为14.8V(单位/伏特)。但是当发电机的电压过低时(如13.2V(单位/伏特))，平均对应一个四串的锂电芯组，只能对每个电芯提供3.3V(单位/伏特)的充电电压，根本无法达到对电芯充电的电压。因此电池组的电容量就会越来越低，直到完全无法工作为止。当电池组的电容量太低时，就无法使汽机车发动点火。以前的汽机车皆以使用铅酸电池为主，而铅酸电池的充电电压较低，充电电压只需大于13.2V(单位/伏特)，就可以充饱铅酸电池的电。但、对锂离子电芯的电池组充电电压是明显不够的。以锂铁电池而言，若总充电电压没有达到14.8V(单位/伏特)则四串的电池组是无法充饱电的。

而锂离子电池充电的另一个问题则是无法对每个电芯同时充到饱满，也就是电池业界所说的充电平衡的问题，以四串电池组为例，使用四个电芯串联成一个电池组，充电过程中通常四个电芯是无法同时充饱的，总会有一两个电芯先充饱，此时若再继续充电，则已充饱的这个电芯将会发生过充的状况会损坏电芯，而若此时关掉充电，则未充饱电的那颗电芯，必将影响整个电池组对外放电的效率，因此如何能让电芯平衡充电，也是很重要的技术问题。

由上述现有技术可知，无论是对锂电芯、锂离子电芯或锂铁电芯，持续的以过低的电压提供充电，皆对电池组造成不良影响，而前案是通过一个充电器的电源输出单元将电源直接分配至所有的蓄电池单元体(电芯)，以避免发生过度充电现象，但是以前案的技术内容仍然会有充电器供电电压持续不足、过高或不稳定等问题，在使用上亦容易令电芯损坏并影响充电效能。

实用新型内容

有鉴于上述现有技术的不足，本实用新型主要目的是提供一种循环充电系统，其可根据电芯的电压状况及预设的时间分配，让一电池组中不同的电芯轮流进行充电，并以循环的方式令电池组中的所有电芯都可快速被充饱，并能达到充电平衡及提升使用寿命。

为达成上述目的所采取的主要技术手段令前述循环充电系统包括：

一锂离子电池组，具有多个锂离子电芯；

一充电模块，具有信号输入端、信号输出端；

一充电分配模块，至少有一组充电模块的信号输入，具有多个电源输出端，多个电源输出端与多个锂离子电芯的正、负端连接，并且该充电分配模块与该充电模块的信号输出端连接，以构成可循环充电的多个充电回路；

一第一信号转换模块，与一电源端连接，并通过一接线组与该充电模块的信号输入端连接。

通过上述构造，本实用新型循环充电系统主要应用于汽机车内，并由一汽机车专用的发电机作为该电源端，该电源端连接该第一信号转换模块，该第一信号转换模块通过该接线组与该充电模块的信号输入端连接，使得该第一信号转换模块将该发电机的电源信号经转换后传送给该充电模块，而且该发电机与该锂离子电池组之间设有该第一信号转换模块、该充电模块、该充电分配模块，该充电器模块将输入的电源信号转换为该锂离子电芯的充电电压及电流，该充电分配模块通过多个电源输出端与多个锂离子电芯的正、负端连接，并且该充电分配模块与该充电模块的信号输出端连接，以单一充电器、该充电分配模块及单一锂离子电芯构成一充电回路，使得每一充电器能以一对多方式分送至每一锂离子电芯，可以对每个电芯独立充电，故多个锂离子电芯则构成多个可循环充电的充电回路，令所有锂离子电芯都可被快速充饱，达到提升充电平衡、使用寿命的目的；进一步的，当该锂离子电池组的锂离子电芯数量多于该充电模块的充电器数量时，该充电分配模块根据一充电时间切换不同的充电回路，并以循环充电的方式令该锂离子电池组中的所有锂离子电芯都可被快速充饱，达到提升充电平衡、使用寿命的目的。

附图说明

图1是本实用新型一较佳实施例的系统架构图。

图2是本实用新型一较佳实施例的充电器方块图。

图3A是本实用新型一较佳实施例的充电分配模块的应用状态图。

图3B是本实用新型又一较佳实施例的充电分配模块的应用状态图。

图4是本实用新型的较佳实施例的充电分配模块的另一应用状态图。

图5是本实用新型另一较佳实施例的系统架构图。

附图标号

10汽机车用发电机

20锂离子电池组

201，202，203，204锂离子电芯

30第一信号转换模块

40充电模块

41充电器

411第二信号转换模块

412变压模块

42单电芯

43第三信号转换模块

50充电分配模块

51控制器

a1，a2，a3，a4常闭端

b1，b2，b3，b4常闭端

c1，c2，c3，c4共同端

S1～S4切换开关

具体实施方式

关于本实用新型循环充电系统的一较佳实施例，请参考图1、图2所示，其主要应用于汽机车内并包括一作为电源端的汽机车用发电机10、一锂离子电池组20、一第一信号转换模块30、一充电模块40以及一充电分配模块50，该第一信号转换模块30、该充电模块40、该充电分配模块50设置于该汽机车用发电机10与该锂离子电池组20之间。

该锂离子电池组20具有正、负端，并由多个锂离子电芯201，202，203，204串联组成，本实施例中多个锂离子电芯的数量为至少四个，其中每一锂离子电芯201，202，203，204皆具有正、负端，该充电模块40具有信号输入端、信号输出端，该充电分配模块50具有多个电源输出端，多个电源输出端与多个锂离子电芯201，202，203，204的正、负端连接，并且该充电分配模块50与该充电模块的信号输出端连接，以构成可循环充电的多个充电回路；该第一信号转换模块30具有两个直流输入端与两个交流输出端，该第一信号转换模块30的两个直流输入端与该汽机车用发电机10连接，该第一信号转换模块30的两个交流输出端通过一接线组与该充电模块40的信号输入端连接；本实施例中该第一信号转换模块30可为一直流/交流转换器(即DC转AC转换器)。

于本实施例中，该汽机车用发电机10的正、负端分别连接该第一信号转换模块30、该锂离子电池组20的正、负端，该接线组包括一第一线组、一第二线组；该充电模块40包括至少一组充电器，该组充电器可由一个或多个的充电器41所组成，且该等充电器41分别具有两个信号输入端、两个信号输出端，其中两个信号输出端包括正、负端，该第一信号转换模块30的两个交流输出端包括正、负端，并由该第一信号转换模块30的两个交流输出端分别通过该第一线组、该第二线组与该等充电器41的两个信号输入端连接，该等充电器41的两个信号输出端再与该充电分配模块50连接。

该充电分配模块50通过多个电源输出端与多个锂离子电芯201，202，203，204的正、负端连接，使得以单一充电器41、该充电分配模块50及单一锂离子电芯构成一充电回路，即每一充电器41能以一对一或一对多的方式分送至每一锂离子电芯201，202，203，204，故多个锂离子电芯201，202，203，204、多个的充电器41则可构成多个可循环充电的充电回路，令所有锂离子电芯201，202，203，204都可被快速充饱而且不会发生过充的现象，因充电器41的最高输出电压就是锂离子电芯201，202，203，204的充电电压。当锂离子电芯201，202，203，204充饱后自然会达到它的充电电压不可能再往上升，自然不可能发生过充的现象。

为说明本较佳实施例中的充电器41的信号转换，如图2所示，该充电器41包括一第二信号转换模块411、一变压模块412，当该第一信号转换模块30将该汽机车用发电机10提供的一第一直流信号转换为一交流信号，并由该第一信号转换模块30的交流输出端输出至该充电器41时，该充电器41的第二信号转换模块411将该交流信号转换为一第二直流信号，并由该变压模块412将该第二直流信号转换为一第一电压信号，故该变压模块412具有降压、稳压的作用，该充电分配模块50根据收到该第一电压信号产生一第二电压信号至锂离子电芯进行充电；本实施例中该第二信号转换模块411可为一交流/直流转换器(即DC转AC转换器)，该变压模块412指一变压器。

为进一步说明充电模块一对多的充电方式，请参考图3A、图3B所示，其中该充电分配模块50包括一控制器51、至少两个切换开关S1，S2，必须先说明的是，切换开关S1，S2的组数可依锂离子电芯数量及充电器41数量而调整，如图3A中该充电分配模块50可设有两组切换开关S1，S2以及至少三个充电器41，而图3B中该充电分配模块50可设有四组切换开关S1～S4以及至少两个充电器41，至于前述的组数、数量于本实施例中仅为举例，而非加以限制，在此合先叙明。该等切换开关S1、S2、S3、S4分别具有一常开端b1，b2，b3，b4、一常闭端a1，a2，a3，a4以及一共同端c1，c2，c3，c4，且该控制器51分别与该等切换开关S1、S2、S3、S4的控制端连接，该控制器51可检测各锂离子电芯201，202，203，204的电压信号并进行判断，以控制该等切换开关S1、S2、S3、S4的切换状态以令该第二电压信号至各锂离子电芯201，202，203，204进行充电，如图3A所示，其中一个充电器41可同时对其中两个锂离子电芯201，202同时充电，而且充电器41的正端接其中一切换开关S1的共同端c1，负端接到另一切换开关S2的共同端c2；其中一锂离子电芯202的正端接到其中一切换开关S1的常闭端a1、负端接到常开端b1；而另一锂离子电芯201的正端接到其中一切换开关S1的常闭端a2、负端接到常开端b2。

又如图3B所示，其中一个充电器41可同时对其中两个锂离子电芯201，202同时充电，而且充电器41的正端接另一切换开关S2的共同端c2，负端接到其中一切换开关S1的共同端c1；其中一锂离子电芯202的正端接到另一切换开关S2的常闭端a2、负端接到常开端b2；而另一锂离子电芯201的正端接到其中一切换开关S1的常闭端a1、负端接到常开端b1。

另一个充电器41可同时对另两个锂离子电芯203，204同时充电，而且充电器41的正端接其中一切换开关S4的共同端c4，负端接到另一切换开关S3的共同端c3；其中一锂离子电芯203的正端接到另一切换开关S3的常闭端a3、负端接到常开端b3；而另一锂离子电芯204的正端接到其中一切换开关S4的常闭端a4、负端接到常开端b4。

当切换充电时，如图3A、图3B所示，该控制器51使该等切换开关S1、S2同时处于一常闭状态，当在常闭端a1，a2位置时是对其中一锂离子电芯202充电，该等切换开关S1、S2的状态是同时切换，如图4所示，该控制器51可根据电芯电压及一预设的充电时间(T)使该等切换开关S1、S2同时切换致一常开状态，且该控制器51根据电压较低的电芯来对其充电，并以该预设的充电时间来轮流切换，当跳转到常开端b1，b2时是对另一锂离子电芯201充电，藉此达到切换不同的充电回路的效果。本实施例中，该等切换开关S1、S2可分别为一继电器(RELAY)或一金属氧化物晶体管(MOS)。

举例而言，该充电模块40具有至少一个充电器41，该汽机车用发电机10的电压为12.8V(单位/伏特)～14.8V(单位/伏特)，当该汽机车用发电机10的电压为12.8V(单位/伏特)的低电压，三个充电器41则分别为3.2V(单位/伏特)，与锂离子电芯的工作电压3.2V(单位/伏特)相匹配，因此，该控制器51可设定较长的充电时间(T)，再间歇的对两个切换开关S1，S2进行切换、循环充电，以使该锂离子电池组20的充电平衡；再者，当该汽机车用发电机10的电压为14.8V(单位/伏特)的高电压，三个充电器41则分别为4.9V(单位/伏特)，较锂离子电芯的工作电压3.2V(单位/伏特)更高，因此，该控制器51可设定较短的充电时间(T)，更频繁的对两个切换开关S1，S2进行切换、循环充电，以维持该锂离子电池组20的充电平衡、提升使用寿命，而且，该等充电器41中具有变压模块412，可将4.9V(单位/伏特)降压至3.2V(单位/伏特)，使得该充电器41具有稳压的效果。

关于本实用新型循环充电系统的另一较佳实施例，请参考图5所示，本较佳实施例与前一较佳实施例的技术内容大致相同，惟该充电模块40的构造有所不同，于本实施例中，该充电模块40包括一单电芯42及一第三信号转换模块43，该单电芯42分别与该第一信号转换模块30、该第三信号转换模块连接43，该第三信号转换模块43与该充电分配模块50连接，本实施例中该第一信号转换模块30指一降压稳压模块，该第三信号转换模块43指一升压稳压模块。

通过本实用新型循环充电系统能以一对多方式分送至每一锂离子电芯201，202，203，204，并以循环充电的方式令该锂离子电池组20中的所有锂离子电芯201，202，203，204都可被快速充饱，提升充电平衡、使用寿命，确实可以解决现有技术中的充电系统持续的以过低或过高的电压提供充电，皆会对电芯造成不良影响的问题。

Claims

1.一种循环充电系统，其特征在于，包括：

一锂离子电池组，具有多个锂离子电芯；

一充电模块，具有信号输入端、信号输出端；

一充电分配模块，具有多个电源输出端，多个电源输出端与多个锂离子电芯的正端、负端连接，并且该充电分配模块与该充电模块的信号输出端连接，以构成可循环充电的多个充电回路；

2.如权利要求1所述的循环充电系统，其特征在于，该电源端为一汽机车用发电机，该锂离子电池组具有正端、负端，该第一信号转换模块具有两个直流输入端与两个交流输出端，该第一信号转换模块的两个直流输入端与该汽机车用发电机连接，该第一信号转换模块的两个交流输出端通过该接线组与该充电模块连接。

3.如权利要求1所述的循环充电系统，其特征在于，该第一信号转换模块为一直流/交流转换器。

4.如权利要求1所述的循环充电系统，其特征在于，该充电模块包括至少一组充电器，且该充电器分别与该第一信号转换模块、该充电分配模块连接。

5.如权利要求4所述的循环充电系统，其特征在于，该充电器包括一第二信号转换模块、一变压模块，该第二信号转换模块为一交流/直流转换器，该变压模块为一变压器。

6.如权利要求1所述的循环充电系统，其特征在于，该锂离子电池组由多个锂离子电芯串联组成，多个锂离子电芯的数量为至少两个；该充电模块具有至少一个充电器。

7.如权利要求1所述的循环充电系统，其特征在于，该充电模块包括一单电芯及一第三信号转换模块，该单电芯分别与该第一信号转换模块、该第三信号转换模块连接，该第三信号转换模块与该充电分配模块连接。

8.如权利要求7所述的循环充电系统，其特征在于，该第一信号转换模块为一降压稳压模块，该第三信号转换模块为一升压稳压模块。

9.如权利要求1至8中任一权利要求所述的循环充电系统，其特征在于，该充电分配模块包括一控制器、至少两个切换开关，该控制器分别与该至少两个切换开关连接；该控制器检测各锂离子电芯的电压信号并根据一预设的充电时间进行判断，以控制该至少两个切换开关的切换状态。

10.如权利要求9所述的循环充电系统，其特征在于，该控制器使该至少两个切换开关同时处于一常闭状态，并只对该锂离子电池组中的一部分锂离子电芯充电；或者，该控制器使该至少两切换开关同时切换至让另一接点接触同时断开原来接触的接点，并只对该锂离子电池组中的另一部分锂离子电芯充电。