專利名稱：一種串聯(lián)鋰電池均衡充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電池充電裝置，尤其是涉及一種串聯(lián)鋰電池均衡充電裝置。
背景技術(shù)：
由于鋰離子電池具有能量密度高、使用壽命長、電壓高等優(yōu)點(diǎn)，因此在儲(chǔ)能電源電性能、可靠性、安全性要求較高的場(chǎng)合成為首選對(duì)象而倍受關(guān)注。鋰電池單體電壓在3 4V 左右，為滿足高動(dòng)力汽車的需求，動(dòng)力蓄電池須將單體電池串聯(lián)，但由于每個(gè)電池單體間化學(xué)狀況可能不同，如電池的電壓、內(nèi)阻、容量、充電接收能力、循環(huán)壽命等參數(shù)存在差別，反復(fù)進(jìn)行充放電循環(huán)也會(huì)使這種差異不斷惡化，最終造成串聯(lián)的各電池間容量和電壓嚴(yán)重不一致，從而影響整個(gè)串聯(lián)電池組的性能和容量，導(dǎo)致電池壽命嚴(yán)重減損。串聯(lián)電池組單體電池間的平衡問題成為制約動(dòng)力鋰電池發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。目前，通用的均衡策略有兩種能耗式均衡和非能耗式均衡，其中非能耗式均衡又包含能量轉(zhuǎn)移式和能量轉(zhuǎn)換式。能耗式均衡方法控制簡單，但需要大功率的電阻，大電流功率開關(guān)，能耗大，需要有輔助的熱處理裝置。非能耗式的均衡控制方法，不管是轉(zhuǎn)移式的還是轉(zhuǎn)換式的，控制開關(guān)數(shù)量多，電流和電壓應(yīng)力大，控制邏輯復(fù)雜。在中國發(fā)明專利申請(qǐng) CN1275829A中公開了一種電池均衡電路，其不需要測(cè)出每一個(gè)電池的電壓，而是對(duì)兩相鄰串聯(lián)電池構(gòu)成的電池組進(jìn)行均衡，在兩電池間連接開關(guān)電路，在電池的公共節(jié)點(diǎn)和開關(guān)電路間連接一諧振電路，由開關(guān)電路交替使諧振電路與第一和第二電池并聯(lián)，使得直流成分通過諧振電路作為第一和第二電池之間電荷不平衡的函數(shù)在它們之間流動(dòng)，然而，其均衡是通過諧振電路實(shí)現(xiàn)的，因此需要設(shè)置諧振線圈及鐵芯，造成均衡電路重量和體積的增大。 鑒于上述原因，目前還沒有理想的串聯(lián)電池組均衡技術(shù)能夠?qū)嶋H使用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的串聯(lián)鋰電池組均衡方法存在的上述缺點(diǎn)，提供一種引入公共能量池結(jié)構(gòu)，可較好地解決串聯(lián)鋰電池組均衡問題的串聯(lián)鋰電池均衡充電裝置。本實(shí)用新型設(shè)有多線圈變壓器、能量轉(zhuǎn)換電路、電壓檢測(cè)電路和控制單元；所述能量轉(zhuǎn)換電路分別與多線圈變壓器的線圈組和串聯(lián)電池組的各單體電池兩端連接，能量轉(zhuǎn)換電路的控制信號(hào)輸入端與控制單元的控制信號(hào)輸出端連接；所述電壓檢測(cè)電路的檢測(cè)電壓輸入端并接在串聯(lián)電池組的單體電池兩端，電壓檢測(cè)電路的檢測(cè)電壓輸出端接控制單元的檢測(cè)電壓輸入端。所述多線圈變壓器由鐵芯和至少2組線圈構(gòu)成，多組線圈之間通過磁鉸鏈相互耦合，形成一個(gè)磁場(chǎng)公共能量池。所述能量轉(zhuǎn)換電路設(shè)有MOS開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、整流二極管和鎮(zhèn)流電感，所述MOS開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與整流二極管和鎮(zhèn)流電感連接；所述MOS開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與控制單元的控制信號(hào)輸出端連接。[0008]所述能量轉(zhuǎn)換電路與多線圈變壓器配合，將能量高的單體電池中的能量轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)能量存在公共能量池內(nèi)，亦將公共能量池中的磁場(chǎng)能量，轉(zhuǎn)換成電場(chǎng)能量注入能量低的單體電池中。所述電壓檢測(cè)單元用于將單體電池電壓檢測(cè)出來，用于作為判斷單體電池能量高低的依據(jù)。所述控制單元由微處理器和邏輯電路構(gòu)成，微處理器與邏輯電路連接，用于全局控制。本實(shí)用新型基于多線圈變壓器構(gòu)成的磁場(chǎng)公共能量池，采用了將能量高的單體電池能量轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)能量，存于磁場(chǎng)公共能量池中，同時(shí)將磁場(chǎng)公共能量池中的磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換成電場(chǎng)能量注入能量低的單體電池中。這解決了通常非能耗型均衡技術(shù)中存在的開關(guān)元件多，變壓器多的問題。本實(shí)用新型采用能量公共池式的均衡控制技術(shù)，所謂公共能量池是用多線圈組變壓器構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)磁場(chǎng)能量的公共磁場(chǎng)能量池。平衡充電轉(zhuǎn)裝置包括多線圈變壓器、能量轉(zhuǎn)換電路、電壓檢測(cè)電路及控制單元構(gòu)成。能量轉(zhuǎn)換電路與多線圈變壓器中相應(yīng)的線圈組連接后，并接于對(duì)應(yīng)的單體電池兩端，電壓檢測(cè)電路并接在單體電池兩端，控制單元與電壓檢測(cè)電路及MOS開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路相連接。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成框圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理示意圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的均衡單元與驅(qū)動(dòng)電路原理示意圖。圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的電壓檢測(cè)電路原理示意圖。在圖中，各標(biāo)記為1為多線圈變壓器，Dl、D2...Dn為整流二極管，Ll、L2...Ln為鎮(zhèn)流電感，Ql、Q2... Qn組成開關(guān)電路，BUB2... Bn組成串聯(lián)電池組。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。參見圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例設(shè)有多線圈變壓器1、能量轉(zhuǎn)換電路2、電壓檢測(cè)電路 3和控制單元4 ；所述能量轉(zhuǎn)換電路2分別與多線圈變壓器1的線圈組和串聯(lián)電池組5的各單體電池兩端連接，能量轉(zhuǎn)換電路1的控制信號(hào)輸入端與控制單元4的控制信號(hào)輸出端連接；所述電壓檢測(cè)電路3的檢測(cè)電壓輸入端并接在串聯(lián)電池組5的單體電池兩端，電壓檢測(cè)電路3的檢測(cè)電壓輸出端接控制單元4的檢測(cè)電壓輸入端。所述多線圈變壓器1由鐵芯和至少2組線圈構(gòu)成，多組線圈之間通過磁鉸鏈相互耦合，形成一個(gè)磁場(chǎng)公共能量池。所述能量轉(zhuǎn)換電路2設(shè)有MOS開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、整流二極管和鎮(zhèn)流電感，所述MOS開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與整流二極管和鎮(zhèn)流電感連接；所述MOS開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與控制單元的控制信號(hào)輸出端連接。所述能量轉(zhuǎn)換電路2與多線圈變壓器1配合，將能量高的單體電池中的能量轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)能量存在公共能量池內(nèi)，亦將公共能量池中的磁場(chǎng)能量，轉(zhuǎn)換成電場(chǎng)能量注入能量低的單體電池中。所述電壓檢測(cè)單元3用于將單體電池電壓檢測(cè)出來，用于作為判斷單體電池能量高低的依據(jù)。所述控制單元4由微處理器和邏輯電路構(gòu)成，微處理器與邏輯電路連接，用于全局控制。如圖2所示，能量轉(zhuǎn)換電路由可控的MOS開關(guān)管Qi及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路A、整流二極管Di、鎮(zhèn)流電感Li構(gòu)成。圖3為均衡單元與驅(qū)動(dòng)電路，圖中TR為共享式的多線圈變壓器， PWM為AVR單片機(jī)控制輸出的PWM信號(hào)端。Ql為開關(guān)管，當(dāng)Ql的柵級(jí)為P麗驅(qū)動(dòng)時(shí)，該電池的均衡單元為作為分流均衡單元，即對(duì)Bl的充電電流進(jìn)行分流，而當(dāng)Ql的柵級(jí)不加控制信號(hào)，均衡單元作為匯流單元，即電池的充電電流除了原充電電流外還附加來自TR變壓器的電流。電路中Dl為整流二極管，電感起鎮(zhèn)流作用。電路參數(shù)設(shè)計(jì)如下開關(guān)管為IRLL2705， 一種低電壓啟動(dòng)的大電流MOSFET開關(guān)管。光耦選擇高速光耦6N137，二極管選擇為肖特基二極管IN5819，電感根據(jù)電池的容量決定分流或匯流的電流的大小后，再選擇電感的大小， 一般選與線圈電感的1/10-1/100。多線圈變壓器是一個(gè)含有多組線圈繞組的變壓器，通過能量轉(zhuǎn)換電路可將電場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)能量，亦可將磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換成電場(chǎng)能量。每一組線圈繞組對(duì)應(yīng)連接一個(gè)整流二極管Di、和一個(gè)開關(guān)管Qi及一個(gè)鎮(zhèn)流電感Li，通過整流二極管Di、開關(guān)管Qi及鎮(zhèn)流電感 Li與單體電池Bi并聯(lián)。當(dāng)開關(guān)管Qi工作時(shí)，通過線圈繞組將與之并聯(lián)的單體電池Bi的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌?chǎng)能量存于多線圈變壓器中，當(dāng)開關(guān)管Qi不工作時(shí)，線圈繞組將多線圈變壓器中磁場(chǎng)能量耦合出來變?yōu)殡妶?chǎng)能量，通過整流二極管Di注入與之并聯(lián)的單體電池之中。鎮(zhèn)流電感將脈動(dòng)的電流轉(zhuǎn)變?yōu)槠椒€(wěn)的電流。并聯(lián)在單體電池兩端的電壓檢測(cè)單元由開關(guān)陣列、放大電路等電子元器件構(gòu)成， 由它檢測(cè)各個(gè)單體電池電壓，并將該電壓信號(hào)送往控制單元。參見圖4，CD4051為單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，2個(gè)CD4051錯(cuò)位連接電池，相同的地址剛好分別選擇電池的正負(fù)端輸出，輸出給放大電路，轉(zhuǎn)換為2. 5V的電壓范圍給AD輸入?？紤]到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，運(yùn)算放大器選擇的四運(yùn)算放大器LM324。其余電路參數(shù)為電阻Rl = R2 = 2MQ,R3 = R4 = IM Ω，R5 = 50 Ω ；電容 C = 0. 1 μ F?？刂茊卧晌⑻幚砥鳂?gòu)成，選擇AVR單片機(jī)中較高級(jí)的ATmegal6。它接收從電壓檢測(cè)單元送來的各單體電池電壓信號(hào)，判斷哪些單體電池的能量比較高，哪些單體電池的能量比較低，根據(jù)判斷結(jié)果向驅(qū)動(dòng)電路送出開關(guān)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)接在能量高的一些單體電池上的能量轉(zhuǎn)換電路中的開關(guān)管Qi，將這些單體電池的能量轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能量并存于多線圈變壓器中。同時(shí)，多線圈變壓器上其余的線圈組則工作在將磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換成電場(chǎng)能量的工作狀態(tài)，將磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)變成電場(chǎng)能量注入其它能量較低的單體電池中。
權(quán)利要求1.一種串聯(lián)鋰電池均衡充電裝置，其特征在于設(shè)有多線圈變壓器、能量轉(zhuǎn)換電路、電壓檢測(cè)電路和控制單元；所述能量轉(zhuǎn)換電路分別與多線圈變壓器的線圈組和串聯(lián)電池組的各單體電池兩端連接，能量轉(zhuǎn)換電路的控制信號(hào)輸入端與控制單元的控制信號(hào)輸出端連接； 所述電壓檢測(cè)電路的檢測(cè)電壓輸入端并接在串聯(lián)電池組的單體電池兩端，電壓檢測(cè)電路的檢測(cè)電壓輸出端接控制單元的檢測(cè)電壓輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)鋰電池均衡充電裝置，其特征在于所述多線圈變壓器由鐵芯和至少2組線圈構(gòu)成，多組線圈之間通過磁鉸鏈相互耦合，形成一個(gè)磁場(chǎng)公共能量池。
3.如權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)鋰電池均衡充電裝置，其特征在于所述能量轉(zhuǎn)換電路設(shè)有MOS開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、整流二極管和鎮(zhèn)流電感，所述MOS開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與整流二極管和鎮(zhèn)流電感連接；所述MOS開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與控制單元的控制信號(hào)輸出端連接。
專利摘要一種串聯(lián)鋰電池均衡充電裝置，涉及一種電池充電裝置。提供一種引入公共能量池結(jié)構(gòu)，可較好地解決串聯(lián)鋰電池組均衡問題的串聯(lián)鋰電池均衡充電裝置。設(shè)有多線圈變壓器、能量轉(zhuǎn)換電路、電壓檢測(cè)電路和控制單元；所述能量轉(zhuǎn)換電路分別與多線圈變壓器的線圈組和串聯(lián)電池組的各單體電池兩端連接，能量轉(zhuǎn)換電路的控制信號(hào)輸入端與控制單元的控制信號(hào)輸出端連接；所述電壓檢測(cè)電路的檢測(cè)電壓輸入端并接在串聯(lián)電池組的單體電池兩端，電壓檢測(cè)電路的檢測(cè)電壓輸出端接控制單元的檢測(cè)電壓輸入端。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202333888SQ20112047331
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者嚴(yán)泳興, 沈漢鑫, 陳文薌 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)