CN206658084U - 电动车电池的供电组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了供电组件，采用设置了串联切换插头、并联切换插头和切换插座，与现有技术中采用均衡充电的方式，导致实现成本过高，实用性较差相比，其在需要驾驶电动车的时候，串联切换插头插在切换插座上，串联切换插头的直流导电件便与电动车电池的正负极相连，以使一个电动车上的至少两个电动车电池形成依次串联的关系，电动车电池可以正常对外界供电。在需要对电动车电池充电时，将串联切换插头从切换插座上拔下来，而后将并联切换插头插在切换插座上，这样就使得任意两个电动车电池之间的连接关系从串联调整为了并联，进而快速，且安全的切换了形式模式和充电模式，降低成本的同时，提高了实用性。

Description

电动车电池的供电组件

技术领域

本发明涉及电动车领域，具体而言，涉及电动车电池的供电组件、充电方法、系统，及电动车。

背景技术

电动车(包括电动自行车、电动三轮车、电动四轮车)作为一种便捷的交通工具，越来越多的出现在了人们的日常生活中。长时间驾驶电动车之后，需要对电动车进行充电，下面对与电动车充电相关的内容进行介绍。

相关技术中，电动车多使用铅酸电池供电。使用时，通常是把四只、五只甚至更多只单节铅酸电池(如每节铅酸电池为12V)串联在一起，组成48V、60V，甚至更高电压的电池组。无论在放电(车辆行驶过程)还是在充电过程中，同一个电动车中的多只电池均是串联在一起的。

这种情况下，给串联电池组充电时，因为每只电池的内阻都不一样(主要是受生产工艺偏差的影响)，但串联充电时每只电池流过的电流都是一样的，这样就会造成，电池组中的多个电池的充电速度快慢不一的问题。这样多次充放电后，就会出现单只电池性能落后的情况，从而拖累整组电池性能，导致电池组整体循环寿命变短。

进而，为了解决采用串联充电所导致电池组整体性能落后、寿命变短的问题，相关技术人员采用均衡放电电路来应对。具体的实现方式主要有两种。第一种是主动均衡：即通过电池之间的能量转移实现均衡；第二种是被动均衡：即把电池中存在多余的电量通过并联电阻切换成热量消耗掉。

这两种方式，对于铅酸电池来说，这种均衡实现方式的成本太高，实用性不强。

发明内容

本发明的目的在于提供适用于给电动车电池的供电组件和给电动车电池进行充电的充电方法，以提高电动车电池的使用实用程度。

第一方面，本发明实施例提供了适用于给电动车电池的供电组件，包括串联切换插头、并联切换插头和切换插座；

切换插座包括相至少两个插针组，每个插针组均包括相对应的第一插针和第二插针，第一插针用于与目标车载电池的负极连接，第二插针用于与目标车载电池的正极连接；

串联切换插头包括至少一个直流导电件，直流导电件的两端分别用于与前一插针组中的第一插针和后一插针组中的第二插针连接，以连通前一插针组中的第一插针和后一插针组中的第二插针，以使至少两个车载电池依次串联；

并联切换插头包括第一分流导电件和第二分流导电件，第一分流导电件包括一个第一分流输入端和至少两个第一分流输出端，第一分流输入端同时与至少两个第一分流输出端相连通；第二分流导电件包括一个第二分流输入端和至少两个第二分流输出端，第二分流输入端同时与至少两个第二分流输出端相连通；第一分流输入端用于与直流电源的正极连接，第二分流输入端用于与直流电源的负极连接；第一分流输出端用于同时与至少两个第二插针连接，第二分流输出端用于同时与至少两个第一插针连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电动车，包括电动车外壳和如第一方面的供电组件，切换插座嵌设在电动车外壳的侧壁中。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电动车电池的充电方法，基于如第一方面的供电组件，方法包括：

逐步将充电电流的电流值由第一电流值提高至第二电流值，并同时对并联连接的至少两个电动车电池进行充电；

按照第二电流值，采用恒流充电的方式，对至少两个电动车电池进行充电；

按照第一电压值，采用恒压充电的方式，对至少两个电动车电池进行充电；

采用浮充充电方式，对至少两个电动车电池进行充电。

第四方面，本发明实施例还提供了一种电动车电池的充电系统，基于如第一方面的供电组件，系统包括：

升流充电模块，用于逐步将充电电流的电流值由第一电流值提高至第二电流值，并同时对并联连接的至少两个电动车电池进行充电；

恒流充电模块，用于按照第二电流值，采用恒流充电的方式，对至少两个电动车电池进行充电；

恒压充电模块，用于按照第一电压值，采用恒压充电的方式，对至少两个电动车电池进行充电；

浮充充电模块，用于采用浮充充电方式，对至少两个电动车电池进行充电。

本发明实施例提供的供电组件，采用设置了串联切换插头、并联切换插头和切换插座，与现有技术中采用均衡充电的方式，导致实现成本过高，实用性较差相比，其在需要驾驶电动车的时候，串联切换插头插在切换插座上，串联切换插头的直流导电件便与电动车电池的正负极相连，以使一个电动车上的至少两个电动车电池形成依次串联的关系，电动车电池可以正常对外界供电。在需要对电动车电池充电时，将串联切换插头从切换插座上拔下来，而后将并联切换插头插在切换插座上，这样就使得任意两个电动车电池之间的连接关系从串联调整为了并联，进而快速，且安全的切换了形式模式和充电模式，降低成本的同时，提高了实用性。

本申请所提供的供电组件、充电方法尤其适用于以铅酸电池为电动车电池的电动车使用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的供电组件的各个部件关系示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的供电组件中转换插座和电池之间连接关系的示意图；

图3示出了在图2所提供的结构的基础上，增加了串联切换插头后的结构示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的供电组件中电源通过并联切换插头与切换插座连接的示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的供电组件中分流导电件的物理结构示意图；

图6示出了本发明实施例所提供的供电组件中直流导电件的物理结构示意图；

图7示出了相关技术中使用双刀双掷开关进行电池连接关系切换的示意图；

图8示出了图5中所示的分流导电件按照AA剖面得到的剖面视图。

图中，1001，分流导电件；1002，金属连接片；1003，插接件； 1004，第一翼片；1005，第二翼片；1006，连接体；1007，第二插接体；1008，第三翼片；1009，第四翼片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如前文中的说明，目前相关技术中均是采用对电池的电能进行消耗的方式来使各个电池剩余电量保持在相同的水平，但这种方式并不理想，针对该种情况，本申请发明人认为应当采用并联充电、串联放电的形式来设计电动车的电能供给系统。

进而，本申请提供了一种适用于给电动车电池的供电组件。

如图1所示，该供电组件包括串联切换插头102、并联切换插头 103和切换插座101；

切换插座101包括相至少两个插针组，每个插针组均包括相对应的第一插针和第二插针，第一插针用于与目标车载电池的负极连接，第二插针用于与目标车载电池的正极连接；

串联切换插头102包括至少一个直流导电件，直流导电件的两端分别用于与前一插针组中的第一插针和后一插针组中的第二插针连接，以连通前一插针组中的第一插针和后一插针组中的第二插针，以使至少两个车载电池依次串联；

并联切换插头103包括第一分流导电件和第二分流导电件，第一分流导电件包括一个第一分流输入端和至少两个第一分流输出端，第一分流输入端同时与至少两个第一分流输出端相连通；第二分流导电件包括一个第二分流输入端和至少两个第二分流输出端，第二分流输入端同时与至少两个第二分流输出端相连通；第一分流输入端用于与直流电源的正极连接，第二分流输入端用于与直流电源的负极连接；第一分流输出端用于同时与至少两个第二插针连接，第二分流输出端用于同时与至少两个第一插针连接。

可见，本方案中所提供的供电组件主要由三部分组成，分别是串联切换插头102、并联切换插头103和切换插座101。实际使用中，切换插座101是直接设置在电动车上的，通常是内嵌在电动车的车体内部，且靠近电动车电池(车载电池)的，切换插座101的主要作用是与电动车电池的正极和负极连接，以便于通过操作串联切换插头 102和并联切换插头103来改变不同的电动车电池之间的连接状态 (由电动车电池的依次串联，改变为电动车电池的两两并联；或者是由电动车电池的依次并联，改变为电动车电池的依次串联)。

由串联切换插头102、并联切换插头103和切换插座101组成的供电组件有两种使用状态，下面分别进行介绍：

放电状态(电动车行驶状态)：当串联切换插头102插在切换插座101上之后，串联切换插头102的直流导电件便与电动车电池的正负极相连，以使一个电动车上的至少两个电动车电池形成依次串联的关系(在该种状态下，设置在同一个电动车上的电池处于串联状态，电动车可以正常的行驶)。

如图2所示，示出了切换插座101与同一个电动车中的电动车电池(共5个电动车电池)进行连接的结构示意图，从该图中可以直观的看到，切换插座101上共设置有两个插针组，分别是正极插针组和负极插针组，每个插针组中均设置有5个插针，即，该切换插座101共由5个插针组构成，即第一插针组(1+和1-)、第二插针组(2+和 2-)、第三插针组(3+和3-)、第四插针组(4+和4-)和第五插针组 (5+和5-)。插针1+、2+、3+、4+和5+均是分别与电池1-5的正极连接，插针1-、2-、3-、4-和5-均是分别与电池1-5的负极连接。此时，第一插针组中的第一插针(1-)与电池1的负极连接，第一插针组中的第二插针(1+)与电池1的正极连接，其他插针组中插针的连接方式与此相似，不再赘述。具体实现时，电动车电池是设置在电动车内部的，该切换插座101可以是设置在电动车内部，优选嵌设在电动车表面。

如图3所示，输出了将串联切换插头102插在了切换插座101 上之后的电路结构示意图。与图2相比，可以很明显的看出，图3 中，在切换插座101上插上了串联切换插头102后，1-与2+连接上了，2-与3+连接上了，3-与4+连接上了，4-与5+连接上了，也就是直流导电件的两端分别用于与前一插针组中的第一插针和后一插针组中的第二插针连接，以连通前一插针组中的第一插针和后一插针组中的第二插针，以使至少两个车载电池依次串联。其中，如前一插针组指的是由1+和1-组成的第一插针组，则后一插针组指的是由2+和2-组成的第二插针组；类似的，如前一插针组指的是由2+和2-组成的第一插针组，则后一插针组指的是由3+和3-组成的第二插针组。此处的连通指的是，物理上的连接，在连通之后，电流可以顺序通过前一插针组中的第一插针、直流导电件和后一插针组中的第二插针。

进而，通过采用将串联切换插头102插在切换插座101上，使得电池1-5形成了依次串联的连接关系，此时，电动车中的电源电压相当于电池1-5的电压之和，比如，电池1-5的电压均相等，且每个电池的电压均为12V，则该电动车中的电源电压就为60V。当差串联切换插头102插在切换插座101上之后，电动车就可以正常行驶了。可见，串联切换插头102和切换插座101一起使用可以保证电动车能够正常运行。

充电状态(对电动车电池充电)，在行驶了一段时间之后，电动车需要充电，此时，需要将串联切换插头102从切换插座101上拔下来，而后将并联切换插头103插在切换插座101上，这样就使得任意两个电动车电池之间的连接关系从串联(串联切换插头102插在切换插座101上的状态)调整为了并联(并联切换插头103插在切换插座 101上的状态)。

并联切换插头103中设置有两个分流导电件1001，分别是第一分流导电件和第二分流导电件。第一分流导电件的作用是将直流电源的正极与每个第二插针连接，第二分流导电件的作用是将直流电源的负极与每个第一插针连接，从而通过第一分流导电件和第二插针的连接，将直流电源的正极与电动车电池的正极连通，以及，通过第二分流导电件和第一插针的连接，将直流电源的负极与电动车电池的负极连通。进而，在将并联切换插头103插在切换插座101上之后，外部的直流电源就可以对电动车电池进行充电了。如图4所示，示出了电源通过并联切换插头103与图3中所示的切换插座101进行连接的示意图，从图中可以很清楚的看到，在将并联切换插头103插在切换插座101上之后，切换插座101中每个第一插针(1-、2-、3-、4-和5-) 均连接起来，并与电源(即直流电源)的负极连接上，每个第二插针 (1+、2+、3+、4+和5+)均连接起来，并与电源的正极连接上。

分流导电件1001(第一分流导电件，和/或第二分流导电件)的具体体现形式可以是具有一个公共输入端(第一分流输入端，和/或第二分流输入端)和至少两个输出端(第一分流输出端，和/或第二分流输出端)的电源线，每个输出端都与该公共输入端电性连接。考虑到实际进行充电的时候，其电流可能较大，使用一般的电源线无法保证使用寿命，因此，如图5所示，可以使用一个板状的金属片来作为并联切换插头103，同时金属片的上端通过导线与电源电性连接，金属片的下端制成与切换插座101中的第一插针和第二插针相适应的形状，以此来增加了分流导电件1001中分流输入端和分流输出端之间的接触面积。从图5中可以很明显的看出上端为公共的分流输入端(呈板状)，下端为分流输出端，并且，每个分流输出端均与上端的分流输入端连接上，分流输入端设计成了适合于与插针进行插接的形状。

需要说明的是，本方案所提供的供电组件中，串联切换插头102、并联切换插头103和切换插座101三者是可以相分离的，并不需要时时的保持切换插座101与串联切换插头102相连接的状态(串联切换插头102插在切换插座101上)，也不需要时时的保持切换插座101 与并联切换插头103相连接的状态(并联切换插头103插在切换插座 101上)，用户可以根据使用的需要，来选择将串联切换插头102或并联切换插头103插在切换插座101上。在上述方案的基础上，本申请所提供的电动车电池供电组件，还可以增加电动车电池，和/或直流电源(如变压器)。

本方案中所提供的插针、直流导电件和分流导电件1001的形状可以依据具体的使用场景进行调整，比如，直流导电件的形状可以是呈U型，该U型的直流导电件的两端分别用于与第一插针和第二插针相连接；直流导电件还可以是呈方形的板状物，该板状物的上任意两点分别用于与第一插针和第二插针相连接，这样也可以达到将第一插针和第二插针进行电性连接的目的。类似的，插针、分流导电件 1001也可以按照上述直流导电件的方式进行改进。上述说明的各个结构的具体形状均为示例，本方案的保护范围应当涵盖所有够实现其功能的结构。

上述内容介绍了由串联切换插头102、并联切换插头103和切换插座101组成的供电组件的两种使用方式，分别是放电状态和充电状态。下面对本方案所提供的供电组件的其他细节进行说明。

第一插针和第二插针通常均呈针状，以便于插拔操作。相对应的，直流导电件和分流导电件1001应当设置成与针状插针相对应的形状，以便于插拔。进而，本申请所提供的分流导电件1001由两部分组成，如图5所示，分别是至少两个圆柱状的插接件1003和板状的金属连接片1002，且这多个插接件1003之间平行设置，相邻的两个插接件1003之间通过金属连接片1002相连，同一个分流导电件1001 中的插接件1003和金属连接片1002一体成型；

插接件1003的下端朝向远离金属连接片1002的方向伸出有柱状的第一翼片1004和第二翼片1005，第一翼片1004和第二翼片1005 对称设置，且第一翼片1004和第二翼片1005的横截面均呈圆弧状；第一翼片1004和第二翼片1005形成与第一插针和第二插针相配合的第一插接体。

其中，如图5所示，第一翼片1004与第二翼片1005相近的边沿之间有一定间隔。为保证足够的电流通过率，金属连接片1002沿第一插针长度方向的长度应当大于7mm，相邻的两个插接件1003之间的金属连接片1002，沿插接件1003长度方向的截面的面积最小不小于4.1mm²。

如图8所示，示出了对图5中的分流导电件1001沿AA方向进行横截所得到的截面视图，图8中的阴影部分指的就是沿插接件1003 长度方向的截面。

相类似的，本申请所提供的直流导电件由两部分组成，如图6 所示，直流导电件包括U型的连接体1006和两个第二插接体1007，两个第二插接体1007分别设置在连接体1006的两端均，该第二插接体1007的构造与第一插接体的构造相同，是由对称设置的第三翼片1008和第四翼片1009组成，第三翼片1008和第四翼片1009均呈柱状，且第三翼片1008和第四翼片1009的横截面均呈圆弧状。

具体的，实际使用中，应当将第一分流导电件和第二分流导电件固定设置在同一个绝缘腔体中，且第一分流导电件和第二分流导电件之间设置有绝缘物。如果直流导电件的数量为多个(当电动车电池为 2个的时候，直流导电件需要1个；当电动车电池为3个的时候，直流导电件需要2个；当电动车电池为4个的时候，直流导电件需要3 个)，则这多个直流导电件也应当固定设置在同一个绝缘腔体中，且任意两个直流导电件之间也应当填充有绝缘物。

为了提高生产效率，本方案所提供的分流导电件可以一次性批量成型大量的分流导电件(包括多个插接件，相邻的两个插接件之间连接有金属连接片，且所有的插接件均与金属连接片一体成型)，使用的时候，可以根据需要使用的数量，从已经成型的大量分流导电件中裁剪出所需数量的分流导电件。

一般情况下，电动自行车在启动或者加速行驶过程中，电池的输出电流是比较大的，大部分普通家用电动车的启动和加速及爬坡电流可以达到近30A，因此本方案中切换插座的每一个插针(呈柱型的针状)的最大持续通过电流都应当设计为35A。为了达到这个设计目标，切换插座的插针按照上图的花形排布，可以最大限度的保证插针之间的距离。本方案中，切换插座中的插针直径大于2.35mm，相邻的两个插针之间的距离大于3.25mm，串联切换插头上的插孔间隙2.35mm (即，相邻的两个第二插接体的轴线距离大于2.35mm)，进而保证整体的使用面积足够小，并且满足基本的安全。

基于上述装置，本申请还提供了一种改进的充电方式。

首先，现对相关技术中的充电方式进行简要介绍。相关技术中，针对普通的铅酸电池而言，充电器一般采用的是三段式充电模式，分为：恒流充电阶段、恒压充电阶段和浮充充电阶段。第一阶段是大电流恒流充电，直至达到终止电压，而后，进入到第二个阶段。实际使用中，每组电池在出厂时，虽然已经按照电池电压配组，但当串联在一起充电时，因为每只电池的内阻不一样，电化学反应速度也不一样，在电流一样的情况下，串联在一起的电池的电量充入速度就不一样，这就导致有的电池已经达到充电终止电压(如14.8V)，有的电池还没有达到，但充电器只能检测整组电池的电压，这种情况下，充电器会继续充电，直到整组达到终止电压(如每只14.8V，4只串联终止电压为59.2V)，这样就会出现有点电池已经过充(电压已经超过终止电压)，有的电池却还欠充(电压没有达到终止电压)。这样长时间用下去，电池组中某节或者某几节电池就出现性能落后的情况，整组电池的性能就迅速下降。经实际测试，新出厂的电池在第一次充电就会出现充电不均匀的情况，而且随着充放电次数的增加，这种不均匀会逐步严重，直到整组电池性能无法满足使用要求。目前，单只电池的循环寿命往往在600次以上，但串联成组后，循环寿命只有约300 次。

蓄电池并联充电过程中存在“偏流”现象，即充电过程中流经各只电池的电流，是根据电池的本身荷电状态自动调节的。原先充电不足的电池电压较低，荷电状态较低，会自动分配到较大的充电电流；原先电压较高的电池荷电状态较高，会自动分配到较小的充电电流，最后使各只电池的荷电态趋向一致。

也就是，电池组中电压落后的电池荷电状态较低，则开始充电时流经该电池的电流就会比较大。如果按照现有的普通三段式充电模式，开始直接大电流恒流充电，则大部分电流集中在荷电状态最低的电池，也就是电压落后的电池上，这样就会导致该电池的充电电流过大，从而损坏电池性能。例如12V15A充电器，如果不调整充电模式，则可能会在恒流充电开始阶段，出现某只电池充电电流很大(例如 9A，实测数据)的情况。

由此可见，相关技术中的充电方式并不合理，针对该种情况，本申请提供了一种改进的充电方法(直流电源所使用的充电方法)，如图7所示，包括如下步骤：

步骤2001，逐步将充电电流的电流值由第一电流值提高至第二电流值，并同时对并联连接的至少两个电动车电池进行充电(升流充电阶段)；

步骤2002，按照第二电流值，采用恒流充电的方式，对至少两个电动车电池进行充电(恒流充电阶段)；

步骤2003，按照第一电压值，采用恒压充电的方式，对至少两个电动车电池进行充电(恒压充电阶段)；

步骤2004，采用浮充充电方式，对至少两个电动车电池进行充电(浮充充电阶段)。

其中，采用步骤2001中的这种充电方式，一定程度上，利用了并联充电中，出现的“偏流”现象，先对单只落后的电池充电，让其电压尽量赶上其他电池。有利于对电池组中电能落后的电池的性能进行改善。从而改善电池组(由并联连接的多个电动车电池组成)的均一性，从而提高了整组电池的使用性能和循环寿命。

步骤2002执行过程中，同时检测电动车电池所形成的电池组的并联电压，当并联电压达到终止电压(如14.5V)时，则恒流充电阶段结束，开始执行步骤2003；

步骤2003执行过程中，电池组的并联电压保持在终止电压 (14.5V)基本不变，充电电流逐渐下降，充入电量继续增加，直到充电电流达到浮充转换电流(该数值设定基本可以按照额定电流的五分之一。12V15A充电器浮充转换电流设置为3A，5只电池并联，平均每只电池通过电流600mA)时，执行步骤2004。

步骤2004具体按照如下方式执行，首先将并联电池组的并联电压降到浮充电压(13.8V)，然后保持此电压值不变，以小电流(小于，且接近浮充转换电流，比如，该小电流可以是浮充转换电流的 70％-95％)给电池充电，浮充预定时间(如两小时)后充电器断开，停止充电。

其中，第一电流值优选为额定充电电流值三分之一，第二电流值优选为额定充电电流值；优选的，第二电流值为额定电流值的 95％-98％，更优选的，第二电流值为额定电流值的97％。

具体的，步骤2001，逐步将充电电流的电流值由第一电流值提高至第二电流值，并同时对并联连接的至少两个电动车电池进行充电，可以按照如下方式执行：

按照每分钟提升1A(此处的电流提高幅度是和充电器额定电流相关的，预充阶段约为10分钟，以12V15A为例，从5A提升到15A，通常每分钟需要提升1A)的速度，逐步将充电电流的电流值由第一电流值提高至第二电流值，并同时对并联连接的至少两个电动车电池进行充电。

进一步，在上述提供的充电方法的基础上，在步骤2001之前，优选增加预判预充阶段，预判预充阶段按照如下的步骤实现：

步骤3001，按照恒流充电的方式，以第三电流值对至少两个电动车电池进行充电；

步骤3002，检测并联电压的变化程度；

步骤3003，判断并联电压的变化程度是否超过预定的阈值，若是，则执行步骤2001；若否，则等待预定时间，并重新执行步骤3002。

其中，步骤3001中，第三电流值优选为额定充电电流值三分之一，或者是小于且接近额定充电电流值三分之一。步骤3001和3002 分别主要执行了两个动作，一个是恒流充电，另一个是检测并联电压，这两个动作之间相互并不影响，恒流充电是一直保持的动作，检测并联电压的变化程度则可以是在步骤3001执行的同时执行的。从时间的角度上看，这两个动作可以并行，并不是按照先后顺序执行的。

增加步骤3001和3002的主要原因如下：如果电池组中有单电压只落后的电池，则充电电流会首先集中在该电池(电压较低的电池) 上，而该电池本身电压低于蓄电池整组并联电压，虽然其初期电压提升较快，但整个电池组的电压基本没有明显变化。因此，当检测到并联电压的变化程度很小时(如每分钟电压升高的幅值小于30mv)，则充电器会判定电池组中存在单只落后的电池，会继续以额定电流的三分之一充电(继续执行步骤3001，并且在预定时间后，重新检测变脸电压的变化程度)，直到检测到电池组并联电压变化程度达到一定的数值后(如连续三次测得每分钟电压升高均大于30mv)，则预判预充阶段结束，进入步进均衡阶段(即执行步骤3001)。

更优选的，可以使用如下步骤替代步骤3001-3002可以按照如下方式执行：

步骤4001，按照恒流充电的方式，以第三电流值对至少两个电动车电池进行充电；

步骤4002，多次检测并联电压的变化程度；

步骤4003，判断最近预定次数的并联电压的变化程度是否均超过预定的阈值，若是，则执行步骤4001；若否，则继续执行步骤4002。

与步骤3001-3003相比，步骤4001-4003降低了误判的概率，一定程度上提高了准确度。其主要是判断了最近几次的并联电压的变化程度是否均超过了阈值，这样，就避免了由于某一次电流不稳定而导致的误判的情况。相类似的，第三电流值优选为额定充电电流值三分之一，或者是小于且接近额定充电电流值三分之一。步骤4001和4002 分别主要执行了两个动作，一个是恒流充电，另一个是多次检测并联电压，这两个动作之间相互并不影响，恒流充电是一直保持的动作，检测并联电压的变化程度则可以是在步骤3001执行的同时执行的。从时间的角度上看，这两个动作可以并行，并不是按照先后顺序执行的。

优选的，在上述步骤的基础上，还可以增加如下步骤：

判断检测到的并联电压的历史变化程度；

根据历史变化程度的数值，调整预定次数的数值，历史变化程度的数值与预定次数的数值呈负相关性。

此处的历史变化程度有两种理解方式，第一种理解方式是指并联电压在第一时间点至第二时间点的变化程度，第一时间点与第二时间点之间的时间间隔大于相邻两次检测并联电压的时间间隔。也就是，历史变化程度所涵盖的时间范围更广，即，如果较长的时间段内，并联电压的变化程度比较高，也可以认为充电处于正常的阶段，此时应当降低约束条件，即减少预订次数的数值。

第二种理解方式是指历史数据中，变化程度超过预定阈值的总数。某些情况下，受到检测精度的影响，检测结果可能并不十分精准，因而导致某些情况下，即使各个电池的电压已经均衡，也会导致并联电压的变化程度无法保证连续多次检测都达到阈值。进而，应对于该种情况，当变化程度超过预定阈值的总数达到预定的数量时，就可以适当的降低约束条件，即减少预订次数的数值。

下面以几个具体的实验例来说明本申请所提供的方法与相关技术中已有方法的对比。

实验1：挑选四只12V20AH电池，其中三只电压在12V以上，且压差小于0.02V，另一只电压比上述三只电池电压低1V。把这四只电池进行并联充电，使用12V12A并联充电器，直接进行12A恒流充电，并测试每只电池的通过电流。在充电开始时，实际测得电压落后电池的实际通过电流大于9A。随着充电的进行，单只落后电池的电流逐步减小，其他三只电池的电流逐步增加，当四只电池基本充足时，其通过电流也基本趋向一致。

本实验验证了铅酸电池并联充电时的偏流现象，也充分说明，如果铅酸电池采取并联充电时，依然采取普通的三段式充电模式(包括恒流充电阶段、恒压充电阶段和浮充充电阶段)，则会因为偏流现象导致某只电池充电电流过大而损伤电池。采取本方案的五段式充电模式(包括预判预充阶段、升流充电阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段和浮充充电阶段)则可以很好的解决这个问题，具体对比试验件试验2。

实验2：挑选四只开路电压差别较大的旧电池，按照常规串联充放电方式做了6次循环，每次放电结束静置30分钟后，测量并记录每一只电池的开路电压。然后再用本方案中的12V并联充电器进行并联充电和串联放电试验，共进行了6次循环，每次放电结束后，电池静置30分钟，然后测量并记录每一只电池的开路电压，以比较两种充电模式的实际效果，以及通过多次并联充电后四只电池之间的电压是否会逐步均衡，本来落后的电池是否会逐步改善。

最终的试验数据非常好的支持了上述理论。

具体试验数据如表1所示：

表1

放电次数	第一只	第二只	第三只	第四只
					1	11.36	11.5	12.1	11.98
2	11.41	11.65	12.04	11.95
					3	11.78	11.76	11.82	11.77
4	11.77	11.73	11.83	11.74
					5	11.72	11.72	11.72	11.7
6	11.69	11.68	11.68	11.68

上表中的数据明显可以看出，经过几次并联充电后，电池之间的电压差明细缩小，电池组的均一性明显改善。同时，本来第一只和第二只电池落后于其他电池，但经过几次充放电后，已经和其他电池基本没有差异了。

相对应的，如果在实验2的启示条件下，采用传统的串联充放电技术的话，则数据大不相同。具体实验结果请参照表2：

表2

实验3：将10组60V20AH电池通过串联充放电进行200次循环，然后打乱后配出开路电压差别较大，且差别近似的两组电池。其中A 组电池电压(放电后)分别是12.05、12.03、11.55、10.87，10.55， B组电池电压(放电后)分别是12.05、12.00、11.56、10.90、10.56。然后再把A、B两组电池分别用普通的12V充电器和本方案中的五段式12V充电器充电，进行并充串放循环，当电池组容量下降到标称容量的70％后终止，测试其循环寿命。在上述测试的同时，取一组新电池(定义为C组)用本方案的12V15AH五段式充电器进行并充串放，测试其循环寿命(终止条件依然为容量下降到标称容量的 70％)。

A组电池，采用普通的12V充电器：充电电流15A，充电模式为普通三段式(包括恒流充电阶段、恒压充电阶段和浮充充电阶段)，充电终止电压15V。

B组电池，采用本方案的五段式12V充电器：充电电流为15A，充电模式为本方案的五段式(包括预判预充阶段、升流充电阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段和浮充充电阶段)，充电终止电压为14.5V。

最终A组电池在进行了167次后寿命终止，B组电池进行了212 次寿命终止。C组电池目前已经进行了478次，还没有终止。

从上述实验结果可以得出以下三个结论：

第一，并联充电确实对提高电池均一性，延长电池组使用寿命有很大帮助。A组电池，如果继续进行串联充放电，其充放次数一般不超过100次，也就说全周期循环寿命不会超过300次(包括前期的 200次)，但改为并联充电后，其全周期循环寿命达到了367次，这说明并联充电在改善电池单只落后情况，提高循环寿命方面有非常显著的作用。

第二，本方案的12V五段式充电器，对单只落后问题有更好的效果。B组电池，全周期循环寿命已经达到了412次，这已经远远超过常规串联充电模式的平均300次，也超过了A组电池的367次。说明通过增加两个阶段，对落后电池进行优先充电，以及降低充电终止电压，确实较大程度提高了电池组的循环寿命。

第三，C组电池目前已经进行了478次，还没有终止，说明并联充电对电池循环寿命的提高是非常巨大的，也就说，使用本方案对电池使用寿命的改善是非常巨大的。

从上述使用方法和结构，可以看出，如果用户要给电动自行车充电，必须首先拔下串联切换插头，然后再插上充电器的并联切换插头。充完电后，如果要骑行，必须先拔下充电器的并联切换插头，再插上串联切换插头，才可以正常使用。也就说，永远不可能出现串联切换插头和并联切换插头同时使用的情况。这一点是非常重要的。

电动自行车的用户是普通群众，他们绝大部分对电动车电气电路及性能可以说很少了解，他们也不关心车辆内部电路是怎么运行的，对于他们而言，只要能够骑行就可以了。因此，本方案设计时充分考虑了这一点：就是让什么都不懂的普通群众都不会因为操作错误导致危险事故，也就说，本方案的实际应用，只有一种用法，每一步也只有一种可以操作的方法，避免犯错。

下面用一个对照方案来强调说明：

假设使用双刀双掷开关实现电池组的串并联切换，电路图如图7 所示，用三个双刀双掷开关可以实现四只电池组成电池组的串联和并联切换。当从串联切换到并联时，必须将所有的开关全部断开后，然后才能将闸刀闭合到并联电路一端，否则就会出现电池短路现象，风险极大。从并联切换到串联，依然如此。但如果想要普通群众实现上述操作，是根本不可能的事情。而且，在电动自行车上如何安装三个双刀双掷开关？如何保证防触电安全？如何保证三个开关同时切换？这几个问题还都无法解决。也就说，这种方案仅仅是理论上可行，不具备实际意义。

并且，相对于现有技术，本方案很相对简单且成本低廉的方式，实现了电动车电池组的并联充电和串联放电，并很好地解决了现有技术方案存在的安全隐患，大大延长了电池的使用寿命，降低了铅的使用，具有重大的社会效益，下面列举主要的几点。

A，并联充电，实现电池组的绝对均衡充电，大大延长了电池循环寿命。

电池组并联充电结束后，每只电池的开路电压将会完全一致。这是并联电路原理决定的。

从我们实验情况看，当电池在预充阶段时，每只电池之间的电流差异较大，随着充电的不断进行，每只电池通过的电流逐步趋向一致。因为铅酸电池充电过程，实际是一个电化学反应过程，这是一个循序渐进的过程，因此，即使充电开始前每只电池的开路电压不同，并联充电也不会出现高电压电池对低电压电池大电流放电现象，而是随着充电进行，电压迅速趋向一致并达到完全均衡。

单只铅酸动力电池的循环寿命往往都在600次以上，但现有串联充放电的使用方式，导致每组电池都会出现单只电池落后，因此现有串联电池组的使用寿命往往只有300次左右。本方案并联充电方案，彻底解决了电池单只落后问题，而且充电器改为四段模式，预充阶段对落后电池性能有改善作用。因此采用本方案后，电池组的循环寿命基本上等同于一只电池的循环寿命，也就说，电池组寿命将提高到现有方案的两倍。无论对于用户，还是对于电池厂家和电动车厂家，都有极大的价值。

B，本方案没有改变现有车辆结构，没有改变用户的使用习惯，有利于市场推广。

现有技术方案下，用户充电时要先把充电器输出端插到电动车的充电口。新的方案只要用开路插座替换现有车辆上的充电口(开路插座和现有充电口安装尺寸完全一样，安装非常简单)，并把开路插座上的导线分别连接到电池上。不需要改变现有车辆的任何结构。充电时，把充电口(开路插座)上的串联插头拔掉后，再把充电器输出端 (并联插头)插到充电口上，冲完后拔下充电器后再把串联插头插上。除此之外，对于用户而言没有任何改变。有利于本方案在市场上的应用推广。

也就说，即便是正在用的旧电动自行车都可以很方便的改用本方案，具有重要的现实意义。

C，实现方式简单，成本低廉。

本方案，相对于现有方案，只是增加了一套串并联切换插件，以 60V20AH电池组为例，要求插件最大通过电流35A，插件增加成本低于50元。相对于电池寿命延长一倍而言，这点成本几乎可以忽略。

电动自行车的用户往往相对收入较低，对产品价格比较敏感。一组4只20AH电池售价大概在500多元，旧电池回收价格约200元，也就说按照一到两年的电池使用寿命，用户期间付出的成本也就300 多元。采用并联充电后，电池质保期延长一倍，但电池售价最多提高不能超过50％，考虑到大部分利润在销售渠道中体现，因此工厂出厂价格增长幅度最好控制在25％以内，也就是130元以内。本方案实际成本增加低于50元，和130元相比还有80元空间。因此，本方案无论是对电池工厂、电动自行车厂、销售渠道商，还是最终用户，都有很大的吸引力，具有极大的市场前景。

换言之，对于改用并联充电，低成本是非常重要的实现要素。本方案很好的实现了这一点。

D，对旧电池组具有修复并延长寿命的功能。

按照传统的串联充放电方案，电池组使用一段时间后就会出现性能下降，电动车续航里程下降的情况，这说明其中有电池已经逐步落后了。这时，如果切换成本方案的并联充电串联放电方式，并采用全新设计的五段式12V并联充电器，将会逐步改善落后电池的性能。随着并联充电次数的增加，所有电池将会逐步趋向完全均衡，旧电池组的整体性能和循环寿命也将会得到极大改善。通俗讲，旧电池组原来的短板(落后电池)补上了，并且今后电池组的寿命基本和电池组单只电池的寿命一样，整组电池的性能和寿命自然会有很大改善。

这一点对于现有电动自行车用户具有很大的现实意义。即用户依然使用原有的旧电池组，只是按照本方案将原有车辆上的充电口改为开路插座，并改用本方案的12V并联充电器，则旧电池组的使用寿命会大大延长。

E，将使电动自行车变得更安全，电动自行车起火事故将大大减少。

在我国，每年都会有多起电动车充电导致的火灾事故，也是各地政府对电动自行车多有诟病的重要原因之一。据统计，电动自行车引发的火灾、伤亡人数及财产损失呈逐年上升趋势，特别是由电动车引起的火灾中近九成都造成了人员伤亡。根据公安部消防局近日发布数据显示，2016年全国由于电动车引发的较大以上火灾5起，造成21 人死亡。从全国各地调查统计的电动车火灾看，电气故障引发火灾的占90％以上，充电时发生火灾的占80％以上，发生人员死亡的火灾几乎全都发生在充电过程之中

电动自行车起火主要在充电过程中发生。5只12V串联的电池组充电时充电器输出电压最高可达到74V甚至更高，也就说充电时加在电动自行车内部电路上的电压远远超过了正常行驶过程中的电压 (不充电时5只输出电压60V左右)，当内部电路出现老化时，很容易出现火灾危险。而且当不充电时，充电口往往是裸露的，不小心就会导致电池短路，一旦电池短路就会引发火灾事故。

本方案中，充电器输出最高电压只有14.5V，属于安全电压。也就说充电时电动车内部电路最高电压只有14.5V，基本可以杜绝充电时电动自行车电路老化引发电起火问题。当不充电时，串联切换插头插在开路连接插座上，彻底杜绝了充电口裸露可能导致的电池短路问题。

电动自行车安全是困扰整个行业甚至是整个社会多年的问题，本方案如果能够得到很好的推广应用，必然能给整个社会带来非常积极的影响，也有利于整个行业的健康发张，具有重大的社会价值和现实意义。

F，减少铅酸电池循环使用数量，极大减少铅导致的重金属污染。

铅酸电池的主要原材料是铅，是重金属污染的主要来源之一。 2009年到2011年，“血铅事件”相继在陕西、湖南、广东、江苏、湖北、安徽、浙江等地爆发，社会关注度极高。2011年，国家开始重拳整治铅酸蓄电池行业，环保部和工信部等部委开展一系列环保整肃行动，来自环保部的公开数字称，超过八成的铅蓄电池企业当时被取缔或关停。环保部共排查铅酸蓄电池企业1962家(其中再生铅企业184家)，取缔关闭736家，停产整治565家，停业284家。全国 26个省(区、市)环保部门上收了铅酸蓄电池建设项目环境影响评价审批权限。但即便如此，电动自行车和电动自行车用铅酸蓄电池依旧在快速增长，环保压力依然巨大，从2016年开始环保部等部委又开始了新一轮环保核查，铅酸蓄电池行业依旧是核查重点。

既然电动自行车已经成为了众多老百姓的生活必需品，是衣食住行中的重要一环，是不可或缺的。那么我们是否可以换一个思路：如果电动自行车电池的使用寿命能够延长一倍，那没整个电动自行车行业每年的电池更换量将减少一半，电池生产量也将减少一半，或许这样，会比环保核查更有直接意义。

当前国内电动自行车的保有量已经超过了两亿辆，现有铅酸电池的使用寿命基本在1.5到2年左右，也就说每年有大约一亿组电池需要更换，按照每组电池20KG铅计算，大约每年需要冶炼200万吨铅需要回收冶炼。如果采用本方案，则铅酸电池的寿命将会延长一倍，也就说每年更换的废旧电池数量将会下降为原来的一半，每年因此回收冶炼的铅也将会降为原来的一半，这必将极大改善铅污染问题，因此产生的社会效益无比巨大。

本方案中，开路插座的安装孔位和原有电动车的充电插座的安装孔位完全一致，也就说即使是用户在用的旧电动车，都可以很方便的改为本方案的并联充电串联放电，而且是以很小的代价，就可以延长电池一倍以上的使用时间，给消费者大大节省了电池购买费用(例如本来三年要用两组电池，现在三年只要用一组电池，相当于省了一组电池的钱)，同时又给消费者更安全的保障，这样本方案就会非常容易推进实施，可以非常快速的改善铅酸电池行业带来的铅污染问题，具有重大的社会价值和现实意义。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备 (可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器 (RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电动车电池的供电组件，其特征在于，包括：

串联切换插头、并联切换插头和切换插座；

所述切换插座包括至少两个插针组，每个所述插针组均包括相对应的第一插针和第二插针，所述第一插针用于与目标车载电池的负极连接，所述第二插针用于与目标车载电池的正极连接；

所述串联切换插头包括至少一个直流导电件，所述直流导电件的两端分别用于与前一插针组中的第一插针和后一插针组中的第二插针连接，以连通前一插针组中的第一插针和后一插针组中的第二插针，以使至少两个车载电池依次串联；

所述并联切换插头包括第一分流导电件和第二分流导电件，所述第一分流导电件包括一个第一分流输入端和至少两个第一分流输出端，所述第一分流输入端同时与至少两个第一分流输出端相连通；所述第二分流导电件包括一个第二分流输入端和至少两个第二分流输出端，所述第二分流输入端同时与至少两个第二分流输出端相连通；所述第一分流输入端用于与直流电源的正极连接，所述第二分流输入端用于与直流电源的负极连接；所述第一分流输出端用于同时与至少两个第二插针连接，所述第二分流输出端用于同时与至少两个第一插针连接。

2.根据权利要求1所述的供电组件，其特征在于，所述分流导电件包括至少两个圆柱状的插接件和板状的金属连接片，且这多个插接件之间平行设置，相邻的两个插接件之间通过金属连接片相连，同一个分流导电件中的插接件和金属连接片一体成型；

插接件的下端朝向远离金属连接片的方向伸出有柱状的第一翼片和第二翼片，第一翼片和第二翼片对称设置，且第一翼片和第二翼片的横截面均呈圆弧状；第一翼片和第二翼片形成与所述第一插针和第二插针相配合的第一插接体。

3.根据权利要求1所述的供电组件，其特征在于，直流导电件包括U型的连接体和两个第二插接体，两个第二插接体分别设置在连接体的两端，该第二插接体的构造与第一插接体的构造相同，是由对称设置的第三翼片和第四翼片组成，第三翼片和第四翼片均呈柱状，且第三翼片和第四翼片的横截面均呈圆弧状。

4.根据权利要求1所述的供电组件，其特征在于，金属连接片沿插接件长度方向的长度大于7mm，相邻的两个插接件之间的金属连接片，沿插接件长度方向的截面的面积为4.1mm²。

5.根据权利要求1所述的供电组件，其特征在于，切换插座中的插针直径大于2.35mm，相邻的两个插针之间的距离大于3.25mm；所述插针包括第一插针和第二插针。

6.一种电动车电池的供电组件，其特征在于，包括：串联切换插头和切换插座；

所述切换插座包括相至少两个插针组，每个所述插针组均包括相对应的第一插针和第二插针，所述第一插针用于与目标车载电池的负极连接，所述第二插针用于与目标车载电池的正极连接；

所述串联切换插头包括至少一个直流导电件，所述直流导电件的两端分别用于与前一插针组中的第一插针和后一插针组中的第二插针连接，以连通前一插针组中的第一插针和后一插针组中的第二插针，以使至少两个车载电池依次串联。

7.根据权利要求6所述的供电组件，其特征在于，直流导电件包括U型的连接体和两个第二插接体，两个第二插接体分别设置在连接体的两端均，该第二插接体的构造与第一插接体的构造相同，是由对称设置的第三翼片和第四翼片组成，第三翼片和第四翼片均呈柱状，且第三翼片和第四翼片的横截面均呈圆弧状。

8.一种电动车电池的供电组件，其特征在于，包括：并联切换插头；

所述并联切换插头包括第一分流导电件和第二分流导电件，所述第一分流导电件包括一个第一分流输入端和至少两个第一分流输出端，所述第一分流输入端同时与至少两个第一分流输出端相连通；所述第二分流导电件包括一个第二分流输入端和至少两个第二分流输出端，所述第二分流输入端同时与至少两个第二分流输出端相连通；所述第一分流输入端用于与直流电源的正极连接，所述第二分流输入端用于与直流电源的负极连接；所述第一分流输出端用于同时与至少两个第二插针连接，所述第二分流输出端用于同时与至少两个第一插针连接。

9.根据权利要求8所述的供电组件，其特征在于，所述分流导电件包括至少两个圆柱状的插接件和板状的金属连接片，且这多个插接件之间平行设置，相邻的两个插接件之间通过金属连接片相连，同一个分流导电件中的插接件和金属连接片一体成型；

插接件的下端朝向远离金属连接片的方向伸出有柱状的第一翼片和第二翼片，第一翼片和第二翼片对称设置，且第一翼片和第二翼片的横截面均呈圆弧状；第一翼片和第二翼片形成与所述第一插针和第二插针相配合的第一插接体。

10.根据权利要求9所述的供电组件，其特征在于，金属连接片沿插接件长度方向的长度大于7mm，相邻的两个插接件之间的金属连接片，沿插接件长度方向的截面的面积为4.1mm²。