專利名稱：用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰電池充電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到一種串聯(lián)電池組充電 的裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的移動設(shè)備中，特別是一些大功率的用電設(shè)備，比如、筆記本電 腦用電源、工業(yè)用移動設(shè)備電源、大容量后備電源設(shè)備、電動自行車電源， 乃至前景廣闊的電動車電池等，需要的提供十幾伏、幾十伏甚至上百伏電 壓的電源，而常用的蓄電池單體電壓都比較低，鈷酸鋰和錳酸鋰材料構(gòu)成
的鋰離子電池的標(biāo)稱電壓是3.7伏，新型的磷酸鐵鋰材料的鋰電池電池的 標(biāo)稱電壓是3.2伏，為了達到用電器所需要的十幾伏、或者更高的輸出電 壓，需要將多組電池進行串聯(lián)組合，或者是多只電池并聯(lián)后再進行串聯(lián)組 合，構(gòu)成高低壓、大容量的電池組為用電器進行供電。
為了彌補電池組的上述缺陷，針對串聯(lián)電池組串聯(lián)充電的問題，出現(xiàn) 了許多的均衡充電的方案，現(xiàn)有的已知方案中，以下兩種方案頗有代表性-
1、獨立充電法。本方案有兩種方法 一種方法是，使用同一個充電器通過開關(guān)電路輪流對每一只電池進行
充電，優(yōu)點是整個電池組都是使用同一個充電器進行充電，電壓可以得到
保證，但由于是輪流進行充電，整個電池組的充電時間是電池組電池串聯(lián)
數(shù)量的整數(shù)倍，對于多串電池組，充電時間難以控制，而且由于加有轉(zhuǎn)換
電路。當(dāng)串聯(lián)數(shù)量增加后，電路也將變得復(fù)雜，成本難以控制，電路的可
靠性也會降低。
另外一種方法是每一路電池都用一個獨立的充電器進行充電，即假如是兩串電池組就使用兩個充電器，優(yōu)點是每一路都可以獨立控制，每一路 電池都可以充飽，但由于充電器的數(shù)量增加，導(dǎo)致成本、充電器的重量都 難以控制，特別是當(dāng)串聯(lián)的數(shù)量增加后，上述問題更加難以控制。
2、并聯(lián)固定電阻分流均衡充電方式
方案的主要設(shè)計思路是使用單片微處理器(簡稱單片機，英文縮寫
MCU)構(gòu)成控制電路，對電池的電壓、電流進行采樣，經(jīng)過單片機分析，
去控制并聯(lián)在電池兩端的分流電路打開與關(guān)閉，達到均衡充電的目的。具
體過程是MCU通過模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD轉(zhuǎn)換)電路采樣，比較各個電池之間 的電壓差值，當(dāng)電池之間的電壓差大于一定值，例如20mV， MCU打開電 壓高的回路的電子開關(guān)，對電壓高的電池進行放電，待電池電壓降低到一 定程度后，關(guān)斷均衡放電回路。常用的是直接在充電的同時進行均衡放電， 也有一些是采用先關(guān)斷充電回路，對電壓高的那個電池進行放電，放電到 一定電壓后，關(guān)斷放電均衡回路，打開充電電路繼續(xù)進行充電。
該方案的缺點如下a、均衡電路復(fù)雜必須通過非常復(fù)雜的取樣、分 析電路進行電壓比較、判斷，對應(yīng)每個電池，MCU必須兩個輸入輸出端 口 (10)進行控制(一個IO口取樣、 一個IO 口用于控制分流電路開關(guān))， 對于多串電池組，大大增加了電路的復(fù)雜性，同時成本也隨之提高。b、
放電量難以控制核心難點是，電池的帶電量和電池電壓之間，不具備直
接的一一對應(yīng)的關(guān)系，而MCU通常只能夠依據(jù)比較各個電池的電壓進行 判斷那個電池過充，那個電池容量不足，很容易導(dǎo)致均衡不足或過均衡的 現(xiàn)象，或者均衡電路反復(fù)動作，大大的延長了充電時間。c、均衡電路通過 固定電阻進行放電，均衡電流保持不變，對于已經(jīng)過充的電池，不會根據(jù) 電池的充電狀態(tài)調(diào)整的電流大小，當(dāng)充電器輸入的總的充電電流較大時， 過充的那個電池的電壓會持續(xù)升高，電池有可能出現(xiàn)較大的過充，難以適 應(yīng)復(fù)雜多變充電環(huán)境要求。
5申請?zhí)枮?00610022020.4的中國發(fā)明專利《一種串聯(lián)蓄電池組充電的 自動均衡充電裝置》中披露了第二種類型的一種均衡充電裝置，其電路結(jié) 構(gòu)如圖1所示，由如下電路構(gòu)成該電路由限流電阻(R)，限流電阻的一 端和需要均衡的電池的正極B+相連，由電阻R1和R2構(gòu)成的分壓電路，其 中點連接到并聯(lián)式基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路(Ul)基準(zhǔn)取樣Uref端，電阻R3由電阻 R、 Rl的一端連接到并聯(lián)式基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路的陰極并連接到擴流三極管(Q)的 基極，電阻R、 Rl和三極管的發(fā)射極相連，電阻R2、并聯(lián)式基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路 Ul的陽極和三極管的集電極連接到電池的負極B-。本電路利用并聯(lián)式穩(wěn)壓 電路具有的恒壓特性進行均衡充電，在充電末期如果這組電池先達到設(shè)計 充電均衡電壓，將根據(jù)電池電壓的持續(xù)升高，增加分流的電流，達到限制 電池電壓的持續(xù)升高目的，但直接應(yīng)用原始的并聯(lián)式穩(wěn)壓電路，沒有針對 電池充電的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，存在以下兩個嚴(yán)重的問題
問題一電池兩端的電壓并不穩(wěn)定，充電末期過充電池兩端的電壓會
隨分流電流的增加而增加，仍然存在安全隱患。根據(jù)并聯(lián)式穩(wěn)壓電路的基 本特性，在上述整個電路中，電阻R右側(cè)的電路的電壓，即三極管發(fā)射極 和集電極兩端的電壓，在電流變化的情況下電壓將保持不變，但在分流電 流增加的情況下，根據(jù)物理學(xué)最基本的歐姆定律，限流電阻兩端的電壓會 隨分流電流的增加而增加，將直接導(dǎo)致電池兩端的電壓隨分流電流的增加 而增加，即導(dǎo)致電池兩端電壓會升高，電池并不是真正處于恒壓充電狀態(tài)， 先達到恒壓充電狀態(tài)的這組電池，仍然是有過充的危險。
問題二三極管功耗大整個電路中，耗散功率由三極管全部承擔(dān)， 通常情況下，均衡電路都是處于密封狀態(tài)，三極管所產(chǎn)生的熱量，無法及 時散發(fā)出去，導(dǎo)致三極管溫升較高，三極管存在安全隱患。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提出了 一種新的充電均衡的電路。 加裝到串聯(lián)電池組內(nèi)后，可以解決電池充電過程中的電池均衡的問題，達到所有電池都能夠充飽電的目的，并且可以有效的控制串聯(lián)電池組內(nèi)的電 池不出現(xiàn)過充，克服了簡單的串聯(lián)充電各個電池的充電狀態(tài)不一致的問 題，有效的解決電池的性能隨著充放電次數(shù)增加不一致的電池難題，使得 電池在整個壽命期內(nèi)能夠安全使用，由于所有的電池都可以充飽，可以大 大延長電池組的使用壽命。本發(fā)明使用的電路非常簡單，成本低廉。電路 適用于兩串到任意多串的電池組，擴展性良好。
本發(fā)明核心思路是，整個電路仍然采用串聯(lián)充電，電路中的總的電流 是一致的，串聯(lián)電池組中的每一組電池，和與其并聯(lián)的穩(wěn)壓電路共同承擔(dān) 總的電流，但對于已經(jīng)達到恒壓階段的電池，通過與其并聯(lián)的并聯(lián)式穩(wěn)壓 電路，自動調(diào)整分流電流的大小，保證電池處于恒壓充電狀態(tài)，實現(xiàn)恒壓 充電的目的，確保電池不被過充。對于沒有達到恒壓充電電壓的電池，并 聯(lián)穩(wěn)壓電路沒有分流，電池仍然以較大的電流進行充電，實際上相當(dāng)于在 每一個電池的兩端都有一個單獨的充電器，達到將全部電池都能夠充飽的 目的。
為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下 一種用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置，該裝置并聯(lián)于正在充電的、至 少包括兩個電池的串聯(lián)電池組的每個電池正負極，其特征在于，該裝置包
括有并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第 四電阻R4和三極管Q，在電池正極B+和負極B-之間設(shè)置有串聯(lián)的第一電 阻Rl和第二電阻R2，所述并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路Ul的陰極K串聯(lián)第三電阻R3 后連接電池的正極B+，并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的陽極A連接電池的負極B-， 并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路Ul的參考端Vref接通于第一電阻Rl和第二電阻R2之 間的電路連線上，所述三極管Q的發(fā)射極e連接于電池的正極B+，三極管 Q的基極b連接于并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路Ul的陰極，所述三極管Q的集電極c 串聯(lián)第四電阻R4后連接于電池的負極B-。
為了優(yōu)化上述方案，與所述的第四電阻R4并聯(lián)設(shè)有充電均衡指示電 路，即串聯(lián)的第九電阻R9和發(fā)光二極管，第九電阻R9的一端和三極管的集電極C相連，另一端連接到發(fā)光二極管LED的正極+ ，發(fā)光二極管LED 的負極一和第四電阻R4另一端連通至電池負極B-。
將上述方案進行進一步優(yōu)化，在所述的充電裝置與電池負極B-之間還 設(shè)有充電控制開關(guān)，該充電控制開關(guān)由第十一電阻Rll、第十二電阻R12 和開關(guān)管M0S組成，其中第十一電阻Rll和第二電阻R12的一端并聯(lián)連接 于充電器的正極ffi，第十二電阻R12的另一端連接至電池的負極B-，第 十一電阻Rll的另一端連接至開關(guān)管M0S的控制極G，開關(guān)管M0S的源極S 和電池的負極B-相連，開關(guān)管M0S的漏極D分別連通于第二電阻R2、并聯(lián) 穩(wěn)壓集成電路U1的陽極A和第四電阻R4。
與所述的第四電阻R4并聯(lián)設(shè)有充電均衡指示電路，即串聯(lián)的第九電阻 R9和發(fā)光二極管，第九電阻R9的一端和三極管的集電極C相連，另一端 連接到發(fā)光二極管LED的正極+ ,發(fā)光二極管LED的負極一和第四電阻R4 另一端連通至開關(guān)管M0S的漏極D。
作為另一種相類似的結(jié)構(gòu)設(shè)置，該種用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置， 該裝置并聯(lián)于正在充電的、至少包括兩個電池的串聯(lián)電池組的每個電池正 負極，其特征在于，該裝置包括有并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1、第一電阻R1、第 二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4和達林頓三極管T，在電池正極B十 和負極B-之間設(shè)置有串聯(lián)的第一電阻Rl和第二電阻R2，所述并聯(lián)穩(wěn)壓集 成電路Ul的陰極K串聯(lián)第三電阻R3后連接電池的正極B+，并聯(lián)穩(wěn)壓集成 電路Ul的陽極A連接電池的負極B-，并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路Ul的參考端Vref 接通于第一電阻Rl和第二電阻R2之間，所述達林頓三極管T的發(fā)射極e 連接于電池的正極B+，達林頓三極管T的基極b連接于并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路 Ul的陰極K，所述達林頓三極管T的集電極c串聯(lián)第四電阻R4后連接于電 池的負極B-。
上述的充電均衡指示電路和充電控制開關(guān)可以分別或者同時應(yīng)用在該 類似的結(jié)構(gòu)設(shè)置中，此處不贅述。
基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明的帶來了如下技術(shù)優(yōu)點 本發(fā)明具有電路原理成熟，構(gòu)成的電路及其簡單，均衡充電控制精度高、成本低廉、電路工作的可靠性高，可以不依賴其他電路單獨工作，具 有良好的可擴展形，可以滿足從兩串到任意多串電池組靈活擴展，均衡電 流可以根據(jù)電池組容量任意設(shè)置。安裝方便，小電流充電情況下可以將均 衡電路和電池組一體安裝，在大電流情況下，可以將均衡電路外置或放置 到充電器內(nèi)部。適用于采用恒流恒壓充電控制的各種電池，只需要調(diào)整穩(wěn) 壓電壓就可以了，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的均衡充電電路的電路示意圖。
圖2是本發(fā)明用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置的均衡充電電路在電池 組充電時的連接示意圖。
圖3是本發(fā)明用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置的單個均衡充電電路圖。
圖4是本發(fā)明用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置中裝有達林頓三極管的 均衡充電電路圖。
圖5是本發(fā)明用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置帶有均衡指示的電路圖。
圖6是本發(fā)明用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置加有電子開關(guān)的并聯(lián)式 均衡電路。
圖7是本發(fā)明用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置實施例1的電路示意圖。 圖8是本發(fā)明用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置實施例2的電路示意圖。 圖9是本發(fā)明用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置實施例3的電路示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體的實施例來對本發(fā)明用于對串聯(lián)電池組充電的均 衡充電裝置做進一步的詳細說明，但不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。 本發(fā)明用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置并聯(lián)于正在充電的、至少包括兩個電池的串聯(lián)電池組的每個電池正負極。如圖2所示，整個電路由左側(cè) 方塊充電器CH+，串聯(lián)成電池組的三個電池(Bl、 B2、 B3電池)，與每一個 串聯(lián)電池并聯(lián)的三個并聯(lián)式穩(wěn)壓電路構(gòu)成，結(jié)構(gòu)圖中只畫出了并聯(lián)式穩(wěn)壓 電路的電路框圖，并聯(lián)式穩(wěn)壓電路的各個元件命名和圖3中的一致(圖2 中的l、 2、 3方框，內(nèi)部電路同圖3中的電路)。
本發(fā)明采用的主體電路是并聯(lián)式穩(wěn)壓電路的變形，由于串聯(lián)電池組總 的充電電流，是由充電器根據(jù)電池組總的電壓進行控制，串聯(lián)電池組中的 任意一個電池，在單只電池電壓沒有到達并聯(lián)式均衡電路的設(shè)計均衡電壓 之前，和電池并聯(lián)的均衡電路中沒有電流，充電器的所有電流全部流過電 池。當(dāng)任意一個串聯(lián)的電池達到均衡電壓的設(shè)計值后，由均衡控制電路和 電池共同承擔(dān)充電器的總的充電電流，電池中流過在恒壓充電狀態(tài)時電池 自身需要的電流，恒壓充電中電池不需要的多余電流，從而達到電池組均 衡電路對電池進行均衡充電的目的。
本發(fā)明的均衡充電裝置基本電路構(gòu)成如圖3所示，圖3是本發(fā)明用于 串聯(lián)電池組的均衡充電裝置的單個均衡充電電路圖。由圖可知，該裝置包 括有并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第 四電阻R4和三極管Q，在電池正極B+和負極B-之間設(shè)置有串聯(lián)的第一電 阻Rl和第二電阻R2，所述并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路Ul的陰極串聯(lián)第三電阻R3 后連接電池的正極B+，并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的陽極連接電池的負極B-， 并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路Ul的參考端接通于第一電阻Rl和第二電阻R2之間，所 述三極管Q的發(fā)射極e連接于電池的正極B+，三極管Q的基極b連接于并 聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的陰極，所述三極管Q的集電極c串聯(lián)第四電阻R4后 連接于電池的負極B-。
采用上述結(jié)構(gòu)的電路并聯(lián)于充電電路中時，所起的作用可以舉例分 析。為了便于分析，假設(shè)有兩只電池串聯(lián)成電池組，其中的第一只電池初 始狀態(tài)的帶電量小于第二只電池的帶電量。即初始狀態(tài)時，第一只電池的初始電壓低于第二只電池的電壓。開始恒流充電時，兩只電池的電壓均逐 漸升高，經(jīng)過時間tl，第二只電池首先達到恒流恒壓轉(zhuǎn)換電壓點，此時并 聯(lián)在第二只電池兩端的并聯(lián)式穩(wěn)壓電路開啟動，自動調(diào)整分流電流的大 小，將第二只電池的電壓限定在設(shè)定的數(shù)值，此時電池組兩端的總的電壓 仍然小于充電器設(shè)計的恒流恒壓轉(zhuǎn)換電壓，充電器仍然進行恒流充電，由 于第二只電池處于恒壓狀態(tài)，第二只電池的充電電流逐漸下降，并聯(lián)式穩(wěn)
壓電路的分流將逐步增大；到達時間t2后，第一只電池的電壓也到達恒 流恒壓的轉(zhuǎn)換電壓，整個電池組的電壓達到充電器設(shè)定的恒流恒壓轉(zhuǎn)換點 的設(shè)計值，充電器控制充電電壓保持不變，整個電池組轉(zhuǎn)為恒壓充電狀態(tài)， 總的充電電流開始減小，此時與第二只電池并聯(lián)的并聯(lián)式穩(wěn)壓電路的分流 電流，將保持在電池組的充電電流和第二只電池實際的充電電流的差值； 到達時間t3后，第二只電池的充電電流趨向0，此時，對于第二只電池來 說，多余的電流將全部通過與其并聯(lián)的并聯(lián)式穩(wěn)壓電路分流掉，直到充電結(jié)束。
均衡電路的核心是并聯(lián)式集成電路U1，它是采用了精密并聯(lián)式穩(wěn)壓集 成電路TL431，并使用三極管擴流。在三極管的集電極加有限流電阻(即 第四電阻R4)，第四電阻起到減小三極管功耗的目的，其過程分析如下-當(dāng)某一個串聯(lián)電池開始均衡后，均衡電路開始進行分流，如果不加這個限 流電阻(第四電阻R4)，通過均衡電路分流的功耗，將完全由三極管承擔(dān)， 所有的功耗全部都會由三極管以熱的形式消耗掉，特別是在電池完全充飽 后，所有的均衡電流全部都要通過三極管消耗掉，三極管的發(fā)熱量會大大 增加。所以在不增加第四電阻的情況下，要求三極管的具有較大的耗散功 率，這樣即增加了三極管的成本，同時，三極管長期發(fā)熱，也會降低整個 電路的可靠性。增加的第四電阻，根據(jù)充電電池的電壓、和充電器的充電 電流，設(shè)計第四電阻的阻值和功率，使得均衡電流和充電器的最大充電電流相匹配，這樣增加的這個第四電阻，在電路開始均衡后，將由三極管和 電阻共同分擔(dān)需要耗散的均衡功率，隨著需要均衡電流的增加，三極管導(dǎo) 通程度加大，電路中消耗的功率會逐漸由電阻更多的分擔(dān)，特別是電池完
全充飽后，可以通過設(shè)計使得三極管可以進入飽和狀態(tài)，由第四電阻R4 承受大部分的功率，這樣可以大大降低對三極管的功耗要求。同時由于熱 量分散到三極管和電阻兩個元件上，由原來的一個三極管發(fā)熱變?yōu)槿龢O管 和電阻發(fā)熱，可以有效的降低三極管的溫升，提高電路的可靠性。
本發(fā)明的另外一種是在結(jié)構(gòu)中采用了達林頓三極管的均衡電路，如圖 4所示，圖4是本發(fā)明用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置中裝有達林頓三極 管的均衡充電電路圖。由圖可知，該種用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置， 該裝置并聯(lián)于正在充電的、至少包括兩個電池的串聯(lián)電池組的每個電池正 負極。該裝置包括有并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路Ul、第一電阻R1、第二電阻R2、 第三電阻R3、第四電阻R4和達林頓三極管T，在電池正極B+和負極B-之 間設(shè)置有串聯(lián)的第一電阻R1和第二電阻R2，所述并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的 陰極串聯(lián)第三電阻R3后連接電池的正極B+，并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的陽極 連接電池的負極B-，并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的參考端接通于第一電阻R1和 第二電阻R2之間，所述達林頓三極管T的發(fā)射極E連接于電池的正極B+， 達林頓三極管T的基極B連接于并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路Ul的陰極，所述達林頓 三極管T的集電極C串聯(lián)第四電阻R4后連接于電池的負極B-。
上述電路中將基本電路中的三極管Q變更為達林頓三極管T，達林頓 三極管具有體積小、放大倍數(shù)高、功率大的優(yōu)點，配合大功率電阻，可以 使用大的均衡電流對電池進行均衡充電，適用于配合大容量電池組充電。
加有均衡指示電路的均衡電路如圖5所示，圖5是本發(fā)明用于串聯(lián)電 池組的均衡充電裝置帶有均衡指示的電路圖。本電路在均衡電路的限流電 阻(即第四電阻R4)兩端，并聯(lián)了發(fā)光二極管LED，增加的第九電阻R9為 發(fā)光二極管的限流電阻，當(dāng)電路開始均衡時，第四電阻R4兩端有一定的電 壓，使得發(fā)光二極管發(fā)光，從而指示這一路電池處于均衡狀態(tài)。利用本電路的特點，配合充電器設(shè)計，將充電器電壓設(shè)計到大于電池組的總電壓一 定的值，在電池達到充飽狀態(tài)時，所有電池都處于均衡電路打開狀態(tài)，提 高充電末期的充電電流，使得沒有充飽的電池能夠依然有較大的充電電流， 提高充電末期的充電均衡效率，同時可以根據(jù)的均衡電路的發(fā)光二極管的 發(fā)光狀態(tài)，能夠直觀的顯示電池的均衡情況，使得電池的均衡狀態(tài)更加明 確，極大的提高了均衡電路的實用性。
圖6是本發(fā)明用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置加有電子開關(guān)的并聯(lián)式 均衡電路。為一種帶充電控制開關(guān)的均衡充電電路。由于本專利的充電均 衡電路的核心是在充電的恒壓階段才進行充電均衡的，只有電池處于恒壓 充電狀態(tài)時，均衡電路才可以進入均衡工作狀態(tài)，在電池擱置和放電的狀 態(tài)下，并聯(lián)式均衡電路是不需要工作的，整個并聯(lián)式均衡電路在加有電壓 的情況下，電路中會有一個微小的電流，當(dāng)均衡電路和電池組構(gòu)成一個整 體的電池組時，在待機和工作狀態(tài)都有一個自耗電，為了減少均衡電路的 自耗電的影響，在電路中可以加上一個由第十一電阻R11和第十二電阻R12 和開關(guān)管MOSFET構(gòu)成的電子開關(guān)。該電子開關(guān)為充電控制開關(guān)，它是由第 H^—電阻Rll、第十二電阻R12和開關(guān)管MOS組成，其中第H"^—電阻Rll 和第二電阻R12的一端并聯(lián)連接于充電器的正極CH+，第十二電阻R12的 另一端連接至電池的負極B-,第十一電阻Rll的另一端連接至開關(guān)管MOS 的控制極G，開關(guān)管MOS的源極S和電池的負極B-相連，開關(guān)管MOS的漏 極D分別連通于第二電阻R2、并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路Ul的陽極A和第四電阻 R4。電子開關(guān)受控于充電器的充電電壓，只有在加有充電器的充電電壓情 況下，均衡電路才能夠打開工作，其他時間均衡電路處于關(guān)斷狀態(tài)，這樣 在擱置和放電狀態(tài)，并聯(lián)式穩(wěn)壓電路將不再有自耗電。
并聯(lián)式穩(wěn)壓電路用于串聯(lián)鋰電池均衡充電幾個實際應(yīng)用的實例
實施例1
圖7是本發(fā)明用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置實施例1的電路示意圖。 它是一個鋰電池組的均衡電路與保護板一體化的應(yīng)用實例。
圖中和電池相連的左半部分的IC和MOS構(gòu)成的是典型的三串電池加
13上保護板系統(tǒng)，在出現(xiàn)過充電、過放電、過大電流、短路時對電池組進行 保護。本發(fā)明的電路，在每一路電池兩端，按照設(shè)計需要，并聯(lián)一個從圖
3到圖6的均衡電路，使得整個電池組具有了保護和均衡功能，可以保證 電池組處于平衡狀態(tài)，大大的延長電池組的使用壽命。均衡電路可以和保 護板電路設(shè)計到同一個線路板上簡化電路設(shè)計。 實施例2
圖8是本發(fā)明用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置實施例2的電路示意圖。 它是一種外置式均衡充電控制電路。
本充電均衡控制電路采用了外置式結(jié)構(gòu)，均衡電路通過插頭CT2-1和
插座CT2-2和電池組相連。實際使用時，需要在對電池組進行充電時，將 均衡電路通過插座連接到電池組，充電器通過插頭CT1-1和插座CT1-2和 充電器相連。由于均衡電路外置，可以采用大電流的均衡設(shè)計，并加上風(fēng) 扇輔助散熱，適用于大容量電池組的均衡充電。同時由于均衡裝置放置在 電池組的外部，可以有效的避免在電池均衡時發(fā)熱對電池組的影響。這種 設(shè)計適用于動力電池組方面大電流充電的要求，在電動車電池的組裝廠對 初次組裝的電池進行第一次均衡充電，或電池維修部門對使用時間較長的 電池進行維護時使用。
實施例3
圖9是本發(fā)明用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置實施例3的電路示意圖。 它是一種內(nèi)置充電均衡功能的充電器。
本電路是將均衡充電控制電路與充電器設(shè)計到一起，構(gòu)成一個整體， 充電器通過多芯插頭CT1-1，和電池組上的插座CTl-2相連，簡化了電池
組的設(shè)計結(jié)構(gòu)，同時減小了均衡電路發(fā)熱對電池組的影響，而均衡電路在 均衡中產(chǎn)生的熱量，也可以通過充電器的散熱風(fēng)扇消耗掉，系統(tǒng)更加簡潔， 實用性更強。
說明本發(fā)明以上的應(yīng)用電路只是可以使用的一些實例，本發(fā)明的權(quán)利要求同樣適用于采用采用電路應(yīng)用到其他類似的應(yīng)用。 實驗驗證
采用圖8構(gòu)成的電路，將并聯(lián)式穩(wěn)壓電路的電壓調(diào)整到4. 2V, 4. 2V最 大均衡電流調(diào)整到500mA，分別對10組串聯(lián)的10Ah的錳酸鋰電池進行充電 均衡，在充電器的截止電壓為42.5V的情況下，經(jīng)過24h充電后，測試各個 電池的電壓均能夠穩(wěn)定在4. 2V，電池之間的電壓差值在土5mV以內(nèi)。
將并聯(lián)式穩(wěn)壓電路的電壓調(diào)整到3. 65V，對12串12Ah的磷酸鐵鋰電池 組進行均衡充電，在充電器的截止電壓為44.5V的情況下，經(jīng)過24h充電， 各個電池的電壓都能夠穩(wěn)定在3. 65V，各個電池之間的電壓相差在士5mV。
優(yōu)點分析
本發(fā)明具有電路原理成熟，構(gòu)成的電路及其簡單，均衡充電控制精度高、 成本低廉、電路工作的可靠性高，可以不依賴其他電路單獨工作，具有良好 的可擴展形，可以滿足從兩串到任意多串電池組靈活擴展，均衡電流可以根 據(jù)電池組容量任意設(shè)置。安裝方便，小電流充電情況下可以將均衡電路和電 池組一體安裝，在大電流情況下，可以將均衡電路外置或放置到充電器內(nèi)部。 適用于采用恒流恒壓充電控制的各種電池，只需要調(diào)整穩(wěn)壓電壓就可以了 ， 具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。
1權(quán)利要求
1. 一種用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置，該裝置并聯(lián)于正在充電的、至少包括兩個電池的串聯(lián)電池組的每個電池正負極，其特征在于，該裝置包括有并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4和三極管Q，在電池正極B+和負極B-之間設(shè)置有串聯(lián)的第一電阻R1和第二電阻R2，所述并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的陰極K串聯(lián)第三電阻R3后連接電池的正極B+，并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的陽極A連接電池的負極B-，并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的參考端Vref接通于第一電阻R1和第二電阻R2之間，所述三極管Q的發(fā)射極e連接于電池的正極B+，三極管Q的基極b連接于并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的陰極K，所述三極管Q的集電極c串聯(lián)第四電阻R4后連接于電池的負極B-。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置，其特征 在于，所述的充電裝置與電池負極B-之間還設(shè)有充電控制開關(guān)，該充電 控制開關(guān)由第十一電阻Rll、第十二電阻R12和開關(guān)管M0S組成，其中 第十一電阻Rll和第二電阻R12的一端并聯(lián)連接于充電器的正極,， 第十二電阻R12的另一端連接至電池的負極B-，第十一電阻Rll的另一 端連接至開關(guān)管MOS的控制極G，開關(guān)管MOS的源極S和電池的負極B-相連，開關(guān)管M0S的漏極D分別連通于第二電阻R2、并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路 Ul的陽極A和第四電阻R4。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置，其特征 在于，與所述的第四電阻R4并聯(lián)設(shè)有充電均衡指示電路，即串聯(lián)的第九 電阻R9和發(fā)光二極管，第九電阻R9的一端和三極管的集電極C相連， 另一端連接到發(fā)光二極管LED的正極+，發(fā)光二極管LED的負極一和第 四電阻R4另 一端連通至電池負極B-。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置，其特征 在于，與所述的第四電阻R4并聯(lián)設(shè)有充電均衡指示電路，即串聯(lián)的第九 電阻R9和發(fā)光二極管，第九電阻R9的一端和三極管的集電極C相連， 另一端連接到發(fā)光二極管LED的正極+，發(fā)光二極管LED的負極一和第四電阻R4另一端連通至開關(guān)管M0S的漏極D。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項所述的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝 置，其特征在于，與所述的第四電阻R4并聯(lián)有充電均衡指示電路，即串 聯(lián)的第九電阻R9和發(fā)光二極管，第九電阻R9的一端和三極管的集電極 C相連，另一端連接到發(fā)光二極管LED的正極+ ，發(fā)光二極管LED的負 極一和第四電阻R4的下端相連。
6. —種用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置，該裝置并聯(lián)于正在充電 的、至少包括兩個電池的串聯(lián)電池組的每個電池正負極，其特征在于， 該裝置包括有并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三 電阻R3、第四電阻R4和達林頓三極管T，在電池正極B+和負極B-之間 設(shè)置有串聯(lián)的第一電阻R1和第二電阻R2，所述并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的 陰極串聯(lián)第三電阻R3后連接電池的正極B+，并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的陽 極連接電池的負極B-，并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的參考端接通于第一電阻 Rl和第二電阻R2之間的電路連線上，所述的達林頓三極管T的發(fā)射極E 連接于電池的正極B+，達林頓三極管T的基極B連接于并聯(lián)穩(wěn)壓集成電 路Ul的陽極K，所述達林頓三極管T的集電極C串聯(lián)第四電阻R4后連 接于電池的負極B-。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置，其特征 在于，與所述的第四電阻R4并聯(lián)有充電均衡指示電路，即串聯(lián)的第九電 阻R9和發(fā)光二極管LED，第九電阻R9的一端和三極管的集電極C相連， 另一端連接到發(fā)光二極管LED的正極+，發(fā)光二極管LED的負極一和電 池的負極B-相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于串聯(lián)電池組的均衡充電裝置，該裝置包括有并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4和三極管Q，在電池正極B+和負極B-之間設(shè)置有串聯(lián)的第一電阻R1和第二電阻R2，并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的陰極K串聯(lián)第三電阻R3后連接電池的正極B+，并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的陽極A連接電池的負極B-，并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的參考端Vref接通于第一電阻R1和第二電阻R2之間，三極管Q的發(fā)射極e連接于電池的正極B+，三極管Q的基極b連接于并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路U1的陰極，所述三極管Q的集電極c串聯(lián)第四電阻R4后連接于電池的負極B-。利用發(fā)明的裝置對串聯(lián)可充鋰電池進行均衡充電，可以大大延長電池組的使用壽命。
文檔編號H02J7/00GK101425694SQ20081020430
公開日2009年5月6日 申請日期2008年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日
發(fā)明者呂成學(xué), 呂松檢, 龍 陳 申請人:呂成學(xué);陳 龍;呂松檢