專利名稱：負(fù)脈式電池組充電均衡維護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池組充電維護(hù)電路，具體是一種負(fù)脈式電池組充電均衡維護(hù)電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在市場(chǎng)上一般的電池組(主要是電動(dòng)車電池組，每組電池都由三節(jié) 以上電池組成)都是采用串聯(lián)放電、串聯(lián)充電的方式進(jìn)行工作，這就要求同一組電池的搭 配必須嚴(yán)格一致(電壓和放電時(shí)間)，但由于電池內(nèi)阻的不確定性，實(shí)際上各種電池組往往 由于個(gè)體充放電參數(shù)的細(xì)微變化而引起電池組在使用一段時(shí)間后產(chǎn)生某節(jié)電池電壓落伍 現(xiàn)象，如果繼續(xù)使用就會(huì)導(dǎo)致落伍電池因嚴(yán)重虧電而產(chǎn)生極板硫化容量降低，進(jìn)一步直至 死亡。而在更換時(shí)又因?yàn)樾枰獓?yán)格配組而必須更換整組電池，因此給廠家和社會(huì)帶來嚴(yán)重 損失。雖然現(xiàn)在市面上各種采用負(fù)脈沖去硫化的維護(hù)器比比皆是，但多是針對(duì)整組電池進(jìn) 行去硫化進(jìn)行維護(hù)的，而不是從根本上消除電池組個(gè)體之間的充電差異進(jìn)行維護(hù)，因此維 護(hù)效果都不理想。針對(duì)電池組因個(gè)體內(nèi)阻差異造成的不一致性，有專家指出最好的解決方 法就是采用串聯(lián)放電、并聯(lián)充電的方式對(duì)電池組進(jìn)行維護(hù)，這樣不但可以消除單節(jié)電池落 伍現(xiàn)象，而且還可以逐步擴(kuò)充落伍電池的容量。這樣就可以延長(zhǎng)電池的使用壽命，而且對(duì)電 池組的配組要求等級(jí)也可以降低?？墒沁@種充電器推出之后市場(chǎng)并不接受，原因是電池組 都是采用串聯(lián)放電方式，如果再采用并聯(lián)充電器電路連接方式，就會(huì)導(dǎo)致電路連接過于復(fù) 雜，而且容易出錯(cuò)。因此這類并聯(lián)充電器在使用推廣的過程中就遇到了阻礙。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種放電和充電時(shí)無需 改變接線方式而仍能達(dá)到類似采用串聯(lián)放電、并聯(lián)充電的方式對(duì)電池組進(jìn)行維護(hù)的負(fù)脈式 電池組充電均衡維護(hù)電路。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)解決方案是一種負(fù)脈式電池組充電均衡 維護(hù)電路，其特征在于包括對(duì)單節(jié)電池電壓進(jìn)行取樣的電壓取樣單元、受單節(jié)電池電壓控 制的壓控振蕩單元和電子開關(guān)組成，壓控振蕩單元的脈沖輸出控制所述電子開關(guān)的通斷， 所述壓控振蕩單元在單節(jié)電池電壓升至臨近產(chǎn)氣點(diǎn)附近時(shí)開始振蕩，電池電壓超過產(chǎn)氣電 壓值時(shí)所述壓控振蕩單元停止振蕩并轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)，并產(chǎn)生涓流導(dǎo)通，電子開關(guān)斷開，所述 電子開關(guān)兩端設(shè)有與電池兩極連接的接點(diǎn)。本電路具體工作模式就是在電池組的每節(jié)電池上各并聯(lián)一只維護(hù)器。與現(xiàn)有技術(shù) 相比，本維護(hù)器只有在電池組充電末期才開始工作(平時(shí)都處于不耗電的待機(jī)狀態(tài))，在單 節(jié)電池電壓升至臨近產(chǎn)氣點(diǎn)附近時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生間隙導(dǎo)通，即振蕩電路開始工作，同時(shí)通過電 子開關(guān)將其轉(zhuǎn)化為比較強(qiáng)大的負(fù)脈沖，這樣就相當(dāng)于給處在臨界產(chǎn)氣狀態(tài)下的電池添加一 個(gè)負(fù)脈沖，對(duì)于因硫化而導(dǎo)致容量降低的電池給予良好的維護(hù)機(jī)會(huì)，如果本組電池不均衡， 最早到達(dá)產(chǎn)氣點(diǎn)的單節(jié)電池電壓會(huì)繼續(xù)增加，超過產(chǎn)氣電壓值(這時(shí)如果繼續(xù)充電，本節(jié) 超壓電池就會(huì)進(jìn)入電解水狀態(tài)，時(shí)間久了就會(huì)使單節(jié)電池嚴(yán)重失水，容量降低)，這時(shí)本均 衡維護(hù)電路就會(huì)開始轉(zhuǎn)入完全導(dǎo)通狀態(tài)，讓多余的電流通過本維護(hù)器涓流旁路掉(而不是 起先間隙導(dǎo)通時(shí)的大電流，以免功率過高而發(fā)燙燒毀)，這樣一來，凡是提早達(dá)到產(chǎn)氣電壓 的單節(jié)電池都會(huì)自動(dòng)旁路導(dǎo)通，而落伍的電池還會(huì)繼續(xù)充電，相當(dāng)于把充電末期的電池組 自動(dòng)轉(zhuǎn)換成并聯(lián)充電模式(等效并聯(lián)狀態(tài))，因此在電池放電和充電時(shí)無需改變接線方式而仍能達(dá)到類似采用串聯(lián)放電、并聯(lián)充電的方式對(duì)電池組進(jìn)行維護(hù)。下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1為本發(fā)明電路原理框圖。圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例電原理圖。圖3為本發(fā)明另具體實(shí)施例電原理圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，負(fù)脈式電池組充電均衡維護(hù)電路包括對(duì)單節(jié)電池電壓進(jìn)行取樣的電 壓取樣單元、壓控振蕩單元和電子開關(guān)組成，壓控振蕩單元的脈沖輸出控制所述電子開關(guān) 的通斷，電子開關(guān)兩端設(shè)有與電池兩極連接的接點(diǎn)，分別為與電池正極相連的電池正極接 點(diǎn)和與負(fù)極相連的電池負(fù)極接點(diǎn)。電壓取樣單元和壓控振蕩單元當(dāng)然還可以通過采用單片 機(jī)及其外圍元件組成的電壓采樣系統(tǒng)對(duì)電池電壓進(jìn)行采樣，再根據(jù)所采樣到的單節(jié)電池的 實(shí)時(shí)充電電壓值，輸出頻率相應(yīng)變化的控制脈沖信號(hào)控制電子開關(guān)通斷，這種方式的優(yōu)點(diǎn) 是電路功能靈活多樣，可以方便地調(diào)節(jié)輸出脈沖的頻率、占空比和波形等，但是不足之處是 成本較高，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于推廣。在本具體實(shí)施例中，所述電壓取樣單元、壓控振蕩單 元由包括兩只三極管組成的復(fù)合管及跨接在前級(jí)三極管基極和后級(jí)三極管輸出端之間的 正反饋電容構(gòu)成，電子開關(guān)采用大功率三極管構(gòu)成。所述電壓取樣單元包括穩(wěn)壓二極管，所 述穩(wěn)壓二極管連接在前級(jí)三極管基極和電池正極接點(diǎn)上構(gòu)成前級(jí)三極管的偏置，同時(shí)作為 單節(jié)電池電壓取樣元件，后級(jí)三極管輸出端電子開關(guān)的控制端連接。如圖2所示，兩只三極 管中前級(jí)三極管Ql為NPN型，后級(jí)三極管Q2為PNP型，前級(jí)三極管Ql的集電極經(jīng)過限流 電阻Rl與后級(jí)三極管Q2的基極連接，電壓取樣元件穩(wěn)壓二極管連接在前級(jí)三極管Ql的基 極和后級(jí)三極管Q2的發(fā)射極之間，同時(shí)后級(jí)三極管Q2的發(fā)射極與大功率三極管的集電極 連接后與電池正極接點(diǎn)連接，后級(jí)三極管Q2的集電極與負(fù)載電阻R2的一端連接，前級(jí)三極 管Ql的發(fā)射極與負(fù)載電阻R2的另一端及大功率三極管Q3的發(fā)射極連接后與電池負(fù)極接 點(diǎn)連接，正反饋正反饋電容Cl跨接在前級(jí)三極管Ql基極和后級(jí)三極管Q2集電極之間，后 級(jí)三極管Q2的集電極作為脈沖輸出端通過電容C2與大功率三極管的基極連接控制大功率 三極管的導(dǎo)通與截止。在選擇穩(wěn)壓二極管的時(shí)候，要使得壓控振蕩單元在單節(jié)電池電壓升至臨近產(chǎn)氣點(diǎn) 附近時(shí)開始振蕩，使穩(wěn)壓管工作在反向?qū)〞r(shí)的穩(wěn)壓區(qū)域，當(dāng)電池電壓超過產(chǎn)氣電壓值時(shí)， 壓控振蕩單元停止振蕩后自動(dòng)轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)，并產(chǎn)生小電流(涓流)導(dǎo)通，而電子開關(guān)因沒 有脈沖輸入而停止導(dǎo)通。當(dāng)然，還可以如圖3所示，電路中的兩只構(gòu)成復(fù)合管兩只三極管的類型可以互換， 即前級(jí)三極管Ql為PNP型，后級(jí)三極管Q2為NPN型，前級(jí)三極管Ql的集電極經(jīng)過限流電 阻Rl與后級(jí)三極管Q2的基極連接，電壓取樣元件穩(wěn)壓二極管連接在前級(jí)三極管Ql的基極 和后級(jí)三極管Q2的發(fā)射極之間，同時(shí)后級(jí)三極管Q2的發(fā)射極與大功率三極管的集電極連 接后與電池負(fù)極接點(diǎn)連接，后級(jí)三極管Q2的集電極與負(fù)載電阻R2的一端連接，前級(jí)三極 管Ql的發(fā)射極與負(fù)載電阻R2的另一端及大功率三極管的發(fā)射極連接后與電池正極接點(diǎn)連接，正反饋正反饋電容Cl跨接在前級(jí)三極管Ql基極和后級(jí)三極管Q2集電極之間，后級(jí)三極管Q2的集電極作為脈沖輸出端通過電容C2與大功率三極管Q3的基極連接控制大功率 三極管的導(dǎo)通與截止。本電路具體工作模式就是在電池組的每節(jié)電池上各并聯(lián)一只維護(hù)器，電子開關(guān)的 兩端連接在電池兩極上。它的工作原理是當(dāng)單節(jié)電池電壓升至臨近產(chǎn)氣點(diǎn)附近時(shí)，電池 電壓使得穩(wěn)壓二極管Dl開始被反向?qū)ú⒘飨蚯凹?jí)三極管Ql基極，前級(jí)三極管Ql基極得 到放大狀態(tài)下的工作電流，前級(jí)三極管前級(jí)三極管Ql和后級(jí)三極管Q2復(fù)合放大后，在后級(jí) 三極管Q2的負(fù)載電阻R2上產(chǎn)生壓降，這個(gè)正壓降又被正反饋電容Cl反饋到前級(jí)三極管 Ql基極，使得前級(jí)三極管Ql導(dǎo)通進(jìn)一步加深，后級(jí)三極管Q2導(dǎo)通電流跟著增大，在負(fù)載電 阻R2上產(chǎn)生更大壓降，負(fù)載電阻R2上增大了電壓又通過正反饋電容Cl再次反饋給前級(jí)三 極管Ql基極，如此周而復(fù)始，使得前級(jí)三極管Q1，后級(jí)三極管Q2組成的復(fù)合管馬上進(jìn)入飽 和導(dǎo)通狀態(tài)，直到正反饋電容Cl充電完畢后，正反饋電容Cl對(duì)前級(jí)三極管Ql基極的正反 饋結(jié)束，而穩(wěn)壓二極管Dl提供的小電流又不能維持復(fù)合管的飽和狀態(tài)，復(fù)合管于是就退出 飽和狀態(tài)，通過后級(jí)三極管Q2集電極的電流有所降低，負(fù)載電阻R2上的壓降有所降低，經(jīng) 正反饋電容Cl反饋后前級(jí)三極管Ql基極的電流進(jìn)一步減少，復(fù)合管立即退出放大狀態(tài)， 進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)正反饋電容Cl逐步放電直至完畢，電路又進(jìn)入新一輪的微導(dǎo)通——放 大——飽和——退出——截止振蕩周期。如果電池兩端的電壓不再升高，復(fù)合管就一直處 在振蕩狀態(tài)，并通過后級(jí)三極管Q2集電極把這個(gè)脈沖送給電子開關(guān)控制端，而電子開關(guān)的 控制端只對(duì)脈沖的前沿發(fā)生作用，在脈沖前沿到來瞬間打開電子開關(guān)，產(chǎn)生大電流導(dǎo)通，迅 速拉低電瓶?jī)啥穗妷?，等效于在電池兩端添加?fù)脈沖。如果電池兩端的電壓繼續(xù)升高，經(jīng)穩(wěn) 壓管分壓后加到前級(jí)三極管Ql基極的電壓也會(huì)升高，當(dāng)這個(gè)電壓值大于前級(jí)三極管Ql的 飽和閾值時(shí)，正反饋電容Cl反饋電流將不再影響復(fù)合管的工作狀態(tài)，復(fù)合管就會(huì)被鎖定在 飽和狀態(tài)，此時(shí)復(fù)合管就等效于開關(guān)管，而且處在導(dǎo)通狀態(tài)，后級(jí)三極管Q2集電極的負(fù)載 負(fù)載電阻R2就成了電瓶的負(fù)載，起到旁路電阻作用，電路進(jìn)入涓流導(dǎo)通狀態(tài)。這樣使得維 護(hù)器只有在電池組充電末期才開始工作(平時(shí)都處于不耗電的待機(jī)狀態(tài))，在單節(jié)電池電 壓升至臨近產(chǎn)氣點(diǎn)附近時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生間隙導(dǎo)通，即振蕩電路開始工作，控制電子開關(guān)通斷，同 時(shí)將其轉(zhuǎn)化為比較強(qiáng)大的負(fù)脈沖，這樣就相當(dāng)于給處在臨界產(chǎn)氣狀態(tài)下的電池添加一個(gè)負(fù) 脈沖，對(duì)于因硫化而導(dǎo)致容量降低的電池給予良好的維護(hù)機(jī)會(huì)，如果本組電池不均衡，最早 到達(dá)產(chǎn)氣點(diǎn)的單節(jié)電池電壓會(huì)繼續(xù)增加，超過產(chǎn)氣電壓值(這時(shí)如果繼續(xù)充電，本節(jié)超壓 電池就會(huì)進(jìn)入電解水狀態(tài)，時(shí)間久了就會(huì)使單節(jié)電池嚴(yán)重失水，容量降低)，這時(shí)本均衡器 就會(huì)開始轉(zhuǎn)入完全導(dǎo)通狀態(tài)，讓多余的電流通過本維護(hù)器涓流旁路掉(而不是起先間隙導(dǎo) 通時(shí)的大電流，以免功率過高而發(fā)燙燒毀)，這樣一來，凡是提早達(dá)到產(chǎn)氣電壓的單節(jié)電池 都會(huì)自動(dòng)旁路導(dǎo)通，而落伍的電池還會(huì)繼續(xù)充電，相當(dāng)于把充電末期的電池組自動(dòng)轉(zhuǎn)換成 并聯(lián)充電模式(等效并聯(lián)狀態(tài))。需要注意的是，為了不至于讓電池組同時(shí)產(chǎn)生旁路，造成充電不轉(zhuǎn)燈現(xiàn)象(不進(jìn) 入充電第三階段)，設(shè)計(jì)時(shí)采用讓所有均衡器的導(dǎo)通電壓之和剛好大于充電輸出最高電壓， 使得并接于單節(jié)電池兩端的均衡器永遠(yuǎn)無法同時(shí)滿足導(dǎo)通條件(總有一只以上均衡器處 在負(fù)脈輸出階段)，消除了增加旁路電路后的不轉(zhuǎn)燈現(xiàn)象。本維護(hù)器的最大優(yōu)點(diǎn)是在電路功能實(shí)現(xiàn)上設(shè)計(jì)巧妙，以一個(gè)振蕩電路就完成了脈沖發(fā)生、變頻直至導(dǎo)通等三級(jí)功能，因而使得電路簡(jiǎn)化，成本降低，使得單節(jié)維護(hù)器制作成本大大降低。本維護(hù)器的第二大優(yōu)點(diǎn)是電壓檢測(cè)采用普通穩(wěn)壓二極管采樣，并通過外圍電 路適當(dāng)調(diào)整增加它的取樣精度，同時(shí)使得電路簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)。本電路的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是脈沖發(fā) 生電路和涓流旁路電路能夠根據(jù)電壓變化自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且脈沖頻率會(huì)隨著電壓變化而 自動(dòng)變化，等效于全脈沖電路。
權(quán)利要求
一種負(fù)脈式電池組充電均衡維護(hù)電路，其特征在于包括對(duì)單節(jié)電池電壓進(jìn)行取樣的電壓取樣單元、受單節(jié)電池電壓控制的壓控振蕩單元和電子開關(guān)組成，壓控振蕩單元的脈沖輸出控制所述電子開關(guān)的通斷，所述壓控振蕩單元在單節(jié)電池電壓升至臨近產(chǎn)氣點(diǎn)附近時(shí)開始振蕩，電池電壓超過產(chǎn)氣電壓值時(shí)所述壓控振蕩單元停止振蕩并轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)，并產(chǎn)生涓流導(dǎo)通，電子開關(guān)斷開，所述電子開關(guān)兩端設(shè)有與電池兩極連接的接點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述負(fù)脈式電池組充電均衡維護(hù)電路，其特征在于所述壓控振蕩 單元由包括兩只三極管組成的復(fù)合管及跨接在前級(jí)三極管基極和后級(jí)三極管輸出端之間 的正反饋電容構(gòu)成，所述電壓取樣單元包括穩(wěn)壓二極管，所述穩(wěn)壓二極管連接在前級(jí)三極 管基極和接點(diǎn)上構(gòu)成前級(jí)三極管的偏置，同時(shí)作為單節(jié)電池電壓取樣元件，后級(jí)三極管輸 出端與電子開關(guān)的控制端連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池組充電維護(hù)電路，具體是一種負(fù)脈式電池組充電均衡維護(hù)電路。負(fù)脈式電池組充電均衡維護(hù)電路包括對(duì)單節(jié)電池電壓進(jìn)行取樣的電壓取樣單元、受單節(jié)電池電壓控制的壓控振蕩單元和電子開關(guān)組成，壓控振蕩單元的脈沖輸出控制所述電子開關(guān)的通斷，所述壓控振蕩單元在單節(jié)電池電壓升至臨近產(chǎn)氣點(diǎn)附近時(shí)開始振蕩，超過產(chǎn)氣電壓值時(shí)所述壓控振蕩單元停止振蕩并自動(dòng)轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)，產(chǎn)生小電流(涓流)導(dǎo)通，電子開關(guān)停止導(dǎo)通，所述電子開關(guān)兩端設(shè)有與電池兩極連接的接點(diǎn)。本電路在電池放電和充電時(shí)無需改變接線方式而仍能達(dá)到類似采用串聯(lián)放電、并聯(lián)充電的方式對(duì)電池組進(jìn)行維護(hù)，能達(dá)到很好的維護(hù)效果。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101814761SQ201010172379
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者胡益鋒 申請(qǐng)人:胡益鋒