專利名稱：均衡充電裝置及均衡充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及充電裝置，尤其涉及一種用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置及 均衡充電方法。
背景技術(shù)：
可充電動力電池因其較好的利用率而被廣泛地應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品，尤 其是電動汽車中。對于電動汽車，設(shè)有將多個單體電池串聯(lián)連接而成的作為 電源裝置的電池組。由于可充電動力電池自身的工藝條件限制，每一節(jié)單體 電池之間存在電壓差異。在經(jīng)過多次充、放電循環(huán)之后，單體電池之間的電 壓差異會越來越大，在充電過程中容易導(dǎo)致串聯(lián)電池組充電不均衡，使得串 聯(lián)電池組的有效容量減小，影響電池組的使用性能，這對于電動汽車來說也 是不容忽視的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決串聯(lián)電池組充電不均衡導(dǎo)致電池組有效容量 小、使用性能差的問題，提供一種新型、簡單而有效的用于串聯(lián)電池組的均 衡充電裝置及均衡充電方法。
本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置包括控制器和多個充電 支路，每個充電支路用于分別對串聯(lián)電池組中的每個單體電池充電，所述控 制器用于采集每個單體電池的實際電壓值，將所述實際電壓值與給定電壓值 進(jìn)行比較以確定實際電壓值未達(dá)到給定電壓值的不均衡單體電池，依次控制 對每個不均衡單體電池充電的充電支路閉合，并在不均衡單體電池的實際電 壓值達(dá)到給定電壓值時控制對該不均衡單體電池充電的充電支路斷開。本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電方法包括對串聯(lián)電池組中的 每個單體電池進(jìn)行電壓采樣以得到每個單體電池的實際電壓值；將所述實際
電壓值與給定電壓值進(jìn)行比較以確定實際電壓值未達(dá)到給定電壓值的不均
衡單體電池；以及對所述不均衡單體電池依次進(jìn)行充電，直到所述不均衡單
體電池的實際電壓值等于給定電壓值時停止充電。
采用本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置及充電方法，首先設(shè) 定一個給定電壓值，通過電壓采樣得到每個單體電池的實際電壓值，然后對 實際電壓值低于給定電壓值(即充電不足)的單體電池進(jìn)行充電，直到其實 際電壓值達(dá)到給定電壓值再停止充電，而不對實際電壓值高于或等于給定電 壓值(即充電合適)的單體電池進(jìn)行充電，這樣在停止對充電不足的單體電 池充電后，串聯(lián)電池組中的所有不均衡單體電池的電壓值都達(dá)到了給定電壓 值。本發(fā)明的發(fā)明人還考慮可以采用由串聯(lián)電池組本身提供的電能對充電不 足的單體電池進(jìn)行充電，因此不需要借助外部電源，節(jié)省了能源，也完全實 現(xiàn)了串聯(lián)電池組的電壓均衡。采用本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電 裝置及充電方法解決了串聯(lián)電池組充電不均衡的問題，完全實現(xiàn)了串聯(lián)電池 組的電壓均衡，有效地提高了電池組的使用性能。
圖1為本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置的控制器的結(jié)構(gòu)示 意圖3為本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電方法的流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置及均衡充電方法做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1為本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如 圖l所示，本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置包括控制器4和多 個充電支路，每個充電支路用于分別對串聯(lián)電池組中的每個單體電池充電， 所述控制器4用于采集每個單體電池的實際電壓值，將所述實際電壓值與給 定電壓值進(jìn)行比較以確定實際電壓值未達(dá)到給定電壓值的不均衡單體電池， 依次控制對每個不均衡單體電池充電的充電支路閉合，并在不均衡單體電池 的實際電壓值達(dá)到給定電壓值時控制對該不均衡單體電池充電的充電支路 斷開。
如圖1所示，所述均衡充電裝置還包括多個可控開關(guān)2，每個可控開關(guān) 2分別位于每個充電支路中，所述控制器4具有多個輸出端，每個輸出端分 別與每個可控開關(guān)2的控制端連接，所述控制器4通過控制可控開關(guān)2閉合 或斷開來控制充電支路的閉合或斷開。
所述可控開關(guān)2為任意一種具有控制端的開關(guān)元件，其開閉可以由龜信 號進(jìn)行控制，例如二極管、三極管或繼電器。所述可控開關(guān)2在未接收到控 制器4發(fā)出的控制其閉合或斷開的控制信號時處于常開狀態(tài)。
如圖1所示，串聯(lián)電池組由多節(jié)單體電池串聯(lián)連接而成，每節(jié)單體電池 正負(fù)極兩端都連接一個充電支路，則充電支路的個數(shù)比單體電池的個數(shù)多1。 所述控制器4的輸入端與每個單體電池連接，用于采集每個單體電池的實際 電壓值。每個充電支路中都連接一個可控開關(guān)2，通過接收控制器4輸出的 控制信號來控制其閉合或斷開。
為了防止對單體電池的過充情況的發(fā)生，如圖1所示，所述均衡充電裝 置還包括電壓轉(zhuǎn)換裝置3，該電壓轉(zhuǎn)換裝置3的輸入端用于輸入充電電能， 輸出端與多個充電支路相連，該電壓轉(zhuǎn)換裝置3用于將所輸入的充電電能轉(zhuǎn) 換成電壓為單體電池額定電壓范圍內(nèi)的電能，并輸出到每個充電支路。可以通過連接外部電源對單體電池進(jìn)行充電，所述外部電源可以為交流 電源或直流電源。由于需要在直流電壓下對單體電池進(jìn)行充電，當(dāng)外部電源
為交流電源時，所述電壓轉(zhuǎn)換裝置為AC/DC轉(zhuǎn)換器，用于將電源提供的交
流電壓轉(zhuǎn)換為單體電池額定電壓范圍內(nèi)的直流電壓；當(dāng)外部電源為直流電源
時，所述電壓轉(zhuǎn)換裝置為DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于將電源提供的直流電壓轉(zhuǎn)換
為單體電池額定電壓范圍內(nèi)的直流電壓。
所述電壓轉(zhuǎn)換裝置3為任意一種可以將交流電壓轉(zhuǎn)換為所需范圍內(nèi)的直 流電壓的AC/DC轉(zhuǎn)換器或任意一種可以將直流電壓轉(zhuǎn)換為所需范圍內(nèi)的直 流電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器，例如隔離式降壓型AC/DC轉(zhuǎn)換器、隔離式降壓型 DC/DC轉(zhuǎn)換器。
為了節(jié)省能源，優(yōu)選情況下，所輸入的對單體電池進(jìn)行充電的電能來自 所述串聯(lián)電池組。所述串聯(lián)電池組的兩端可連接負(fù)載電阻進(jìn)行放電，并將放 電的電能通過電壓轉(zhuǎn)換裝置3重新輸入到單體電池中，對單體電池進(jìn)行充電。 由于串聯(lián)電池組的放電電壓為直流電壓，當(dāng)采用串聯(lián)電池組的電能對單體電 池進(jìn)行充電時，所述電壓轉(zhuǎn)換裝置3為DC/DC轉(zhuǎn)換器。對串聯(lián)電池組的放 電為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，在此不再做詳細(xì)描述。由于在對串聯(lián)電池組進(jìn) 行放電時，每個單體電池的電壓減少相同，因此在這種情況下，采用串聯(lián)電 池組自身放電的電能對不均衡單體電池進(jìn)行充電，仍能在充電完成后使所有 的單體電池達(dá)到充電均衡。
所述控制器4用于采集串聯(lián)電池組中每個單體電池的電壓值，并用于控 制每個充電支路或可控開關(guān)2。如圖2所示，優(yōu)選情況下，所述控制器4包 括電平信號采集單元、電壓比較單元和控制單元。
所述電平信號采集單元用于采集每個單體電池兩端的電平信號，根據(jù)電 平信號得到每個單體電池的實際電壓值，并將所述實際電壓值發(fā)送到電壓比 較單元。操作者在保證對串聯(lián)電池組中每個單體電池都進(jìn)行電壓采樣的前提下可任意設(shè)置電壓采樣順序。優(yōu)選情況下，將電壓采樣順序設(shè)定為從串聯(lián)連 接的第一節(jié)單體電池開始依次對每一節(jié)單體電池進(jìn)行電壓采樣直至最后一 節(jié)單體電池。
所述電壓比較單元用于將每個單體電池的實際電壓值與給定電壓值進(jìn) 行比較。所述電壓比較單元中預(yù)設(shè)有給定電壓值，所述電壓比較單元將采集 得到的每個單體電池的實際電壓值與給定電壓值進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果發(fā) 送至控制單元。所述給定電壓值可由操作者在電壓比較單元中進(jìn)行預(yù)先設(shè) 置，給定電壓值可以為高于0V而低于單體電池額定電壓值的任意電壓值， 為了完全達(dá)到電壓均衡，優(yōu)選情況下，所述給定電壓值為單體電池中采樣所 得的電壓的最高值。
所述控制單元用于根據(jù)電壓比較單元的比較結(jié)果依次控制對每個不均 衡單體電池充電的充電支路閉合，并在不均衡單體電池的實際電壓值達(dá)到給 定電壓值時控制對該不均衡單體電池充電的充電支路斷開。
當(dāng)使用可控開關(guān)2時，控制單元依次控制對每個不均衡單體電池充電的
充電支路中的可控開關(guān)2閉合，并在不均衡單體電池的實際電壓值達(dá)到給定 電壓值時控制對該不均衡單體電池充電的充電支路中的可控開關(guān)2斷開。
所述控制單元根據(jù)來自電壓比較單元的實際電壓值未達(dá)到給定電壓值 的比較結(jié)果，依次控制實際電壓值未達(dá)到給定電壓值的不均衡單體電池兩端
相連的一對可控開關(guān)2閉合，將充電所用的電能接入充電支路，對不均衡單 體電池進(jìn)行充電。當(dāng)控制單元接收到來自電壓比較單元的所述不均衡單體電 池的實際電壓值已達(dá)到給定電壓值的比較結(jié)果時，控制與實際電壓值已達(dá)到 給定電壓值的所述不均衡單體電池相連的一對可控開關(guān)2斷開，停止對不均 衡單體電池充電。
在保證閉合每個不均衡單體電池兩端相連的可控開關(guān)2的前提下，可在 程序中對所述控制單元控制可控開關(guān)2閉合的順序進(jìn)行設(shè)置。優(yōu)選情況下將控制可控開關(guān)2閉合的順序設(shè)定為按實際電壓值從低到高的順序依次閉合 不均衡電池兩端相連的可控開關(guān)2。
所述控制器4為任意可以根據(jù)程序的指示對串聯(lián)電池組1中的每個單體 電池進(jìn)行電壓采樣，并根據(jù)程序的指示控制可控開關(guān)2的開閉的控制器，例 如可以為PLC或單片機(jī)。
圖3為本發(fā)明提供的用于串聯(lián)電池組的均衡充電方法的流程圖。本發(fā)明
提供的串聯(lián)電池組的均衡充電方法包括對串聯(lián)電池組中的每個單體電池進(jìn)
行電壓采樣以得到每個單體電池的實際電壓值；將所述實際電壓值與給定電 壓值進(jìn)行比較以確定實際電壓值未達(dá)到給定電壓值的不均衡單體電池；以及 對所述不均衡單體電池依次進(jìn)行充電，直到所述不均衡單體電池的實際電壓 值等于給定電壓值時停止充電。
對所述不均衡單體電池充電的方法為利用串聯(lián)電池組或外部電源的電能 對所述不均衡單體電池進(jìn)行充電。
如圖3所示，控制器4執(zhí)行對串聯(lián)電池組中的每個單體電池進(jìn)行電壓采 樣的程序，從串聯(lián)連接的第一節(jié)單體電池開始，依次對每個單體電池兩端的 電平信號進(jìn)行采樣直至最后一節(jié)單體電池。然后根據(jù)采樣得到的每一節(jié)單體 電池兩端的電平信號得到每個單體電池的實際電壓值，并將每個單體電池的 實際電壓值與預(yù)先設(shè)定的給定電壓值進(jìn)行比較。根據(jù)比較結(jié)果確定實際電壓 值未達(dá)到給定電壓值的不均衡單體電池?？刂破?依次控制與每個不均衡單 體電池相連的一對可控開關(guān)2閉合，由此用于對單體電池進(jìn)行充電的電能經(jīng) 由電壓轉(zhuǎn)換裝置3進(jìn)行轉(zhuǎn)換后由所閉合的可控開關(guān)2引入到不均衡單體電池 中，對不均衡單體電池進(jìn)行充電。當(dāng)采集到有不均衡單體電池充電后的實際 電壓值達(dá)到給定電壓值時，控制器4將該已均衡單體電池所連接的一對可控 開關(guān)2斷開，停止對該單體電池的充電?？刂破?逐個對充電后實際電壓值 等于給定電壓值的已均衡單體電池停止充電，當(dāng)不再有實際電壓值未達(dá)到給定電壓值的不均衡單體電池時，充電完成，此時串聯(lián)電池組中的每個單體電 池的實際電壓值都達(dá)到了預(yù)先設(shè)定的給定電壓值，實現(xiàn)了均衡充電。
通常作為電動汽車電源裝置的串聯(lián)電池組中的單體電池數(shù)量較多，因此 串聯(lián)電池組的總電壓較高，并且采樣時間較長，由此控制器4將所有單體電 池的實際電壓值與給定電壓值進(jìn)行比較所花費的時間較長。為了保證采樣安 全且提高采樣效率，優(yōu)選情況下，可以對串聯(lián)電池組中的單體電池按組進(jìn)行 充電。可將串聯(lián)的單體電池按規(guī)定數(shù)量分組，采用本發(fā)明提供的均衡充電裝 置及均衡充電方法分組對單體電池進(jìn)行充電。
權(quán)利要求
1. 一種用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置，其中，該均衡充電裝置包括控制器(4)和多個充電支路，每個充電支路用于分別對串聯(lián)電池組中的每個單體電池充電，所述控制器(4)用于采集每個單體電池的實際電壓值，將所述實際電壓值與給定電壓值進(jìn)行比較以確定實際電壓值未達(dá)到給定電壓值的不均衡單體電池，依次控制對每個不均衡單體電池充電的充電支路閉合，并在不均衡單體電池的實際電壓值達(dá)到給定電壓值時控制對該不均衡單體電池充電的充電支路斷開。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的均衡充電裝置，其中，所述均衡充電裝置還 包括電壓轉(zhuǎn)換裝置(3)，該電壓轉(zhuǎn)換裝置(3)的輸入端用于輸入充電電能， 輸出端與多個充電支路相連，該電壓轉(zhuǎn)換裝置(3)用于將所輸入的充電電 能的電壓轉(zhuǎn)換成單體電池額定電壓范圍內(nèi)的電壓，并將轉(zhuǎn)換后的電能輸出到 每個充電支路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的均衡充電裝置，其中，所輸入的充電電能來 自于所述串聯(lián)電池組自身。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的均衡充電裝置，其中，所述控制器(4) 包括電平信號采集單元、電壓比較單元和控制單元所述電平信號采集單元用于采集每個單體電池兩端的電平信號，根據(jù)電 平信號得到每個單體電池的實際電壓值，并將所述實際電壓值發(fā)送到電壓比 較單元；所述電壓比較單元用于將每個單體電池的實際電壓值與給定電壓值進(jìn) 行比較；所述控制單元用于根據(jù)電壓比較單元的比較結(jié)果依次控制對每個不均衡單體電池充電的充電支路閉合，并在不均衡單體電池的實際電壓值達(dá)到給 定電壓值時控制對該不均衡單體電池充電的充電支路斷開。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的均衡充電裝置，其中，所述均衡充電裝 置還包括多個可控開關(guān)(2)，每個可控開關(guān)(2)分別位于每個充電支路中，所述控制器(4)具有多個輸出端，每個輸出端分別與每個可控開關(guān)(2)的 控制端連接，所述控制器(4)通過控制可控開關(guān)(2)閉合或斷開來控制充 電支路的閉合或斷開。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的均衡充電裝置，其中，所述控制器(4)包括 電平信號采集單元、電壓比較單元和控制單元所述電平信號采集單元用于采集每個單體電池兩端的電平信號，根據(jù)電 平信號得到每個單體電池的實際電壓值，并將所述實際電壓值發(fā)送到電壓比較單元；所述電壓比較單元用于將每個單體電池的實際電壓值與給定電壓值進(jìn) 行比較；所述控制單元用于根據(jù)電壓比較單元的比較結(jié)果依次控制對每個不均 衡單體電池充電的充電支路中的可控開關(guān)(2)閉合，并在不均衡單體電池的實際電壓值達(dá)到給定電壓值時控制對該不均衡單體電池充電的充電支路 中的可控開關(guān)(2)斷開。
7. —種用于串聯(lián)電池組的均衡充電方法，其中，該方法包括以下步驟: 對串聯(lián)電池組中的每個單體電池進(jìn)行電壓采樣以得到每個單體電池的實際電壓值；將所述實際電壓值與給定電壓值進(jìn)行比較以確定實際電壓值未達(dá)到給定電壓值的不均衡單體電池；以及對所述不均衡單體電池依次進(jìn)行充電，直到所述不均衡單體電池的實際 電壓值等于給定電壓值時停止充電。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，該方法包括電平信號采集步驟、 電壓比較步驟和控制步驟所述電平信號采集步驟用于采集每個單體電池兩端的電平信號，根據(jù)電 平信號得到每個單體電池的實際電壓值；所述電壓比較步驟用于將所述電平信號采集步驟中得到的每個單體電 池的實際電壓值與給定電壓值進(jìn)行比較；所述控制步驟用于根據(jù)所述電壓比較步驟的比較結(jié)果依次控制對每個 不均衡單體電池充電，并在不均衡單體電池的實際電壓值等于給定電壓值 時，停止對該單體電池充電。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，該方法還包括電壓轉(zhuǎn)換歩 驟，用于將對所述不均衡單體電池充電的充電電能的電壓轉(zhuǎn)換成單體電池額 定電壓范圍內(nèi)的電壓后，再利用轉(zhuǎn)換后的電能對每個不均衡單體電池充電。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的均衡充電方法，其中，所述充電電能來自于 所述串聯(lián)電池組自身。
全文摘要
本發(fā)明提供的均衡充電裝置包括控制器和多個充電支路，每個充電支路用于分別對串聯(lián)電池組中的每個單體電池充電，控制器用于采集每個單體電池的實際電壓值，將實際電壓值與給定電壓值比較以確定不均衡單體電池，依次控制對每個不均衡單體電池充電的充電支路閉合，并控制對不均衡單體電池充電的充電支路斷開。均衡充電方法包括對串聯(lián)電池組中的每個單體電池進(jìn)行電壓采樣以得到每個單體電池的實際電壓值；將實際電壓值與給定電壓值進(jìn)行比較以確定不均衡單體電池；對不均衡單體電池依次進(jìn)行充電，并對不均衡單體電池停止充電。采用本發(fā)明提供的均衡充電裝置及方法解決了串聯(lián)電池組充電不均衡的問題，有效提高了電池組的使用性能。
文檔編號H01M10/44GK101431248SQ20071016656
公開日2009年5月13日 申請日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者彭曉玲, 鄧林旺 申請人:比亞迪股份有限公司