專利名稱：一種電池組的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組的充電裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前大多數(shù)電池(如鉛酸電池/各類鋰電池等)的充電方式，如圖I所示，至少經(jīng)過一個恒流和一個恒壓階段，一般以在恒定電壓(Vc)下當(dāng)充電電流減小至截止電流(Ic)為充電截止；這種充電方式也稱為TAPER型充電方式。截止電流(Ic) 一般取為O. I倍的恒流值?，F(xiàn)有對電池組的充電可分為串聯(lián)充電和并聯(lián)充電，并聯(lián)充電最常見的為單線制并聯(lián)充電。常見的單線制并聯(lián)充電如圖2所示，所有并充模塊同時工作，每個并充模塊的充電模式為TAPER型，且可獨(dú)立進(jìn)行充電控制。傳統(tǒng)的單線制并聯(lián)充電方法會出現(xiàn)充電結(jié)束時，各電池端電壓不一致的情況，無法消除連接線壓降對各電池影響的不一致性。此方法不但沒有體現(xiàn)并充方式對均衡電池、提高電池壽命的優(yōu)點(diǎn)，反而加劇了電池的不一致性和離散度，縮短了電池組壽命。傳統(tǒng)單線制并聯(lián)充電方法在充電結(jié)束時各電池端電壓，至少有如下幾種可能假設(shè)所有并充模塊的參數(shù)性能一致，其充電停止的截止電流為Ic、恒壓為Vc ;各連接線(L0 Ln)參數(shù)性能一致，其總的內(nèi)阻(線內(nèi)阻+連接內(nèi)阻)均為r。I.電池組首、尾電池，如圖2中VBl和VBn，其充電結(jié)束時其電池端電壓有可能=Vc - IcXr (此時相鄰電池充電未結(jié)束)，也可能=Vc — 2IcXr (此時相鄰電池充電已結(jié)束)。2.電池組中其它電池，如圖2中VB2和VB3，
其充電結(jié)束時其電池端電壓都有三種可能如此時相鄰電池中，有一個充電未結(jié)束，一個已結(jié)束，其=Vc — IcXr ;如此時相鄰電池充電都已結(jié)束，其=Vc — 2IcXr ;如此時相鄰電池充電都未結(jié)束，其=Vc。因各電池性能及并充模塊等必然存在差異，必導(dǎo)致電池組中各電池完成充電的順序必然有先后，故各電池在充電截止時必然出現(xiàn)不同的端電壓；而且系統(tǒng)無法對這種隨機(jī)出現(xiàn)的不同電池的不同端電壓進(jìn)行補(bǔ)償。另外，在高壓高功率應(yīng)用的電池組環(huán)境中，其電池節(jié)數(shù)較多且充電電流較大，若完全用并充模塊來進(jìn)行并充，雖然可以解決串充方式中無法針對各電池進(jìn)行差異性充電的問題，實(shí)現(xiàn)了各電池的均衡及最佳性能，提高了電池組的使用壽命，但是其具有經(jīng)濟(jì)性差，成本聞，體積大等缺點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于傳統(tǒng)單線制并聯(lián)充電方法因各電池充電結(jié)束順序的不同而出現(xiàn)的電池端電壓不一致的問題，而提供了一種可有效的減輕電池極化，加快電池充電速度，降低電池充電溫升，提高電池使用壽命的電池組的充電裝置。[0010]一種電池組的充電裝置，所述電池組由若干個單體電池串聯(lián)而成，所述的充電裝置包括若干個并充模塊，各并充模塊分別與其對應(yīng)的單體電池連接而構(gòu)成充電回路，充電回路連接至?xí)r序控制器。假設(shè)本實(shí)用新型所有并充模塊的參數(shù)性能一致，其充電停止的截止電流為Ic、恒壓為Vc ;各連接線(L0 Ln)參數(shù)性能一致，其總的內(nèi)阻(線內(nèi)阻+連接內(nèi)阻)均為r，采用本發(fā)明的充電方法和充電裝置，所有電池在結(jié)束充電時的端電壓為VB = Vc - 2IcXr。優(yōu)選地，所述的充電裝置還包括一個用于對電池組進(jìn)行串聯(lián)充電的串充模塊，所述串充模塊與電池組串聯(lián)。即串聯(lián)充電與并聯(lián)充電相結(jié)合，具體的充電策略可為充電伊始，串充模塊開始已額定的電流恒流充電，并充模塊此時并不充電，但會檢測其各電池端電
壓，但任意并充模塊檢測到電池端電壓達(dá)到限壓閥值時，會告知串充模塊。串充模塊接受到信號后，停止充電，并對電池組進(jìn)行固定時間的恒流放電，然后停止放電，串充模塊將降低充電電流，當(dāng)任意并充模塊檢測到電池端電壓達(dá)到限壓閥值時，串充模塊停止充電，再對電池組進(jìn)行放電，然后再降低充電電流進(jìn)行恒流充電，周而復(fù)始，直到后串充模塊恒流充電電流降到與并充模塊相同，且有電池端電壓達(dá)到限壓閥值時，串充模塊停止充電(此過程一般不超過5段)。此后并充模塊開始充電，其采用交替脈沖充電控制方法，根據(jù)既定的時序進(jìn)行交替工作，當(dāng)電池充電電流降到充電截止電流時，該電池并充完成，當(dāng)所有電池完成并充后，整個充電完成。本實(shí)用新型所述的單體電池可為單節(jié)電池，亦可為由若干節(jié)電池串并組成的電池模塊；此電池可為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池等二次電池，亦可為電容或超級電容等儲能器件。本實(shí)用新型所述的并充模塊、串充模塊可為恒流源和/或恒壓源。優(yōu)選地，所述的并充回路中各并充模塊連接至?xí)r序控制器。優(yōu)選地，在各充電回路中串聯(lián)控制開關(guān)，各控制開關(guān)連接至?xí)r序控制器。優(yōu)選地，所述電池組由NI個單體電池串聯(lián)而成，所述的充電裝置包括N2個并充模塊和轉(zhuǎn)換開關(guān)組，NU N2均為大于零的整數(shù)；當(dāng)NI為偶數(shù)時，N2 = N1/2，按單體電池的排列順序，每兩個相鄰的單體電池為一個電池集合，每個電池集合通過轉(zhuǎn)換開關(guān)組連接同一并充模塊；當(dāng)NI為奇數(shù)時，N2 =(N1+1)/2，按單體電池的排列順序，每兩個相鄰的單體電池為一個電池集合，多余的一個單體電池為一個獨(dú)立的電池集合，每個電池集合通過轉(zhuǎn)換開關(guān)組連接同一并充模塊；所述的轉(zhuǎn)換開關(guān)組連接至?xí)r序控制器。優(yōu)選地，所述的轉(zhuǎn)換開關(guān)組為每個電池集合中在任何時刻只接通其中一個單體電池與并充模塊而進(jìn)行充電的轉(zhuǎn)換開關(guān)。優(yōu)選地，所述的轉(zhuǎn)換開關(guān)組為電子開關(guān)。優(yōu)選地，所述的轉(zhuǎn)換開關(guān)組為機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)。本實(shí)用新型的有益效果在于I、采用時序控制器及轉(zhuǎn)換開關(guān)組控制相鄰電池交替脈沖充電，解決了傳統(tǒng)單線制并聯(lián)充電方法因各電池充電結(jié)束順序的不同而出現(xiàn)的電池端電壓不一致的問題，可有效的減輕電池極化，加快電池充電速度，降低電池充電溫升，提高電池使用壽命；2、采用串充和并充結(jié)合充電，串聯(lián)充電完成電池組所需的最大相同能量的充電，并聯(lián)充電完成電池組中各電池的差異性的充電，可在充電中實(shí)現(xiàn)電池的均衡和最佳性能，大大提高整個電池組的使用壽命，特別適用于各類鋰離子電池組的充電；3、采用一個并充模塊給相鄰兩個單體電池充電，從而可減少一半的并充模塊，可降低成本，減小體積，模塊化方便擴(kuò)展，尤其是在并充模塊功率較大時優(yōu)勢更加明顯。

圖I是傳統(tǒng)充電過程中電流/電壓與時間的關(guān)系圖。圖2是傳統(tǒng)并聯(lián)充電的電路原理圖。圖3是本實(shí)用新型所述充電裝置的電路原理圖。圖4是實(shí)施例I所述充電裝置的電路原理圖。圖5是實(shí)施例2所述充電裝置的電路原理圖。圖6是實(shí)施例3所述充電裝置的電路原理圖。圖7是實(shí)施例4所述充電裝置的電路原理圖。圖8是實(shí)施例5所述充電裝置的電路原理圖。圖9是實(shí)施例3進(jìn)行串聯(lián)充電時電流/電壓一時間關(guān)系圖。圖10是實(shí)施例3進(jìn)行并聯(lián)充電時兩個控制時序的通斷波形圖。圖11是實(shí)施例3轉(zhuǎn)換開關(guān)組的一種電路原理圖。圖12是實(shí)施例3轉(zhuǎn)換開關(guān)組的一種電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于此。實(shí)施例I參照圖3，一種電池組的充電裝置，所述電池組由若干個單體電池VB1、VB2、VB3、…、VBn (η為大于等于2的整數(shù))串聯(lián)而成，所述的充電裝置包括若干個對單體電池進(jìn)行并聯(lián)充電的并充模塊1#、2#、3#、…、η#，所述的并充模塊與對應(yīng)的單體電池之間構(gòu)成并充回路，所述的并充回路中各并充模塊連接至?xí)r序控制器。本實(shí)施例的工作原理是在時序控制器控制下，各并充模塊交替通斷，所有奇數(shù)項(xiàng)電池VB1、VB3、…、VB(2x-l，x為大于等于I的整數(shù))由SI時序控制充電，所有偶數(shù)項(xiàng)電池VB2、VB4、…、VB(2x)由S2時序控制充電，兩個時序的通斷波形如圖10所示，即奇數(shù)項(xiàng)電池在充電時，偶數(shù)項(xiàng)電池斷開充電；而偶數(shù)項(xiàng)電池在充電時，奇數(shù)項(xiàng)電池斷開充電。所述的時序SI和S2導(dǎo)通時間為Ton，關(guān)閉時間為Toff，D = Ton/ (Ton+Toff)為占空比，圖10中D=49%, Td為死區(qū)時間，Td = 1%。圖4中單體電池共四個，其可為三元鋰電池或錳酸鋰電池，容量可為10Ah，其中與電池VBl和電池VB3相連的并充模塊1#和3#為奇數(shù)項(xiàng)，由時序SI控制；與電池VB2和電池VB4相連的并充模塊2 #和4#為偶數(shù)項(xiàng)，由時序S2控制。并充模塊均具有自主停止充電功能，充電截止電流為Ic = O. 5A，恒壓電壓為Vc = 4. 3，恒流電流I = 5A，r = O. I Ω，此處選擇 f = 1Hz, D = 49%, Td = 1%?？刂撇呗詾槌潆娨潦季烷_始脈沖交替充電，具體而言開始各節(jié)電池，以5A的脈沖進(jìn)行充電，到充電電壓達(dá)到4. 3V即恒壓電壓值時，以恒壓脈沖進(jìn)行充電，此時充電電流會逐步減小，下降到截止電流O. 5A時充電結(jié)束；充電結(jié)束后所有單體電池端電壓VB=Vc -2IcXr = 4. 2V，其中Ic為充電停止的截止電流，Vc為恒壓，r為各連接線(LO Ln)的總內(nèi)阻(線內(nèi)阻+連接內(nèi)阻)。實(shí)施例2參照圖5，一種電池組的充電裝置，所述電池組由若干個單體電池VB1、VB2、VB3、VB4串聯(lián)而成，所述的充電裝置包括若干個對單體電池進(jìn)行并聯(lián)充電的并充模塊1#、2#、3#、4#，所述的并充模塊與對應(yīng)的單體電池之間構(gòu)成并充回路，在各充電回路中串聯(lián)控制開關(guān)，各控制開關(guān)均連接至?xí)r序控制器。本實(shí)用新型工作時，在時序控制器控制下，奇數(shù)項(xiàng)和偶數(shù)項(xiàng)的控制開關(guān)交替導(dǎo)通或關(guān)閉。其它工作原理同實(shí)施例I。實(shí)施例3參照圖6，一種電池組的充電裝置，所述電池組由若干個單體電池VBl、VB2、VB3···VBn (η為大于等于2的整數(shù))串聯(lián)而成，所述的充電裝置包括串充模塊和若干個對單體電池進(jìn)行并聯(lián)充電的并充模塊1#、2#、3#…η#，所述的并充模塊與對應(yīng)的單體電池之間構(gòu)成并充回路，所述的并充回路中各并充模塊連接至?xí)r序控制器。所述的串充模塊與整個電池組串聯(lián)。本實(shí)施例中采用串聯(lián)充電與并行充電相結(jié)合的方式，先串充再并充，串聯(lián)充電完成電池組所需的最大相同能量的充電，并聯(lián)充電完成電池組中各電池的差異性的充電，每個并充模塊都有自主停止充電功能，當(dāng)所有并充模塊完成充電時，整個充電結(jié)束。串聯(lián)充電的技術(shù)參數(shù)為串充電流Ιφ = 20Α ;串充電池限壓閥值Vs = 4. 3V ;降恒流分為3段分別為20Α、10Α、5Α ;放電電流I放=5Α，保持時間為1S。并聯(lián)充電的技術(shù)參數(shù)為并聯(lián)充電截止電流為Ic = O. 5Α，恒壓電壓為Vc = 4. 3，恒流電流I = 5Α, r = O. I Ω ,此處選擇f = 1Hz, D = 49% ;控制策略為充電伊始就開始脈沖交替充電。如以圖6中η = 4為例，單體電池采用三元鋰電池或錳酸鋰電池，容量為20Ah，I個串充模塊和4個并充模塊，其中與I #電池和3 #電池相連的并充模塊為奇數(shù)項(xiàng)由SI時序控制 ’與2 #電池和4 #電池相連的并充模塊為偶數(shù)項(xiàng)由S2時序控制。本實(shí)用新型工作時，充電伊始，串充模塊開始20A恒流充電，并充模塊此時并不充電，但會檢測其各電池端電壓，隨著充電的進(jìn)行，當(dāng)有并充模塊檢測到電池端電壓達(dá)到限壓閥值Vs=4. 3V時，會告知串充模塊。串充模塊接受到信號后，停止充電，并對電池組進(jìn)行5S恒流放電1S，然后停止放電；串充模塊將降低充電電流為10A，當(dāng)并充模塊檢測到電池端電壓在次達(dá)到限壓閥值4. 3V時，串充模塊停止充電，再對電池組進(jìn)行5S恒流放電1S，停止放電；然后再降低充電電流為5A，當(dāng)并充模塊檢測到電池端電壓在次達(dá)到限壓閥值4. 3V時，串聯(lián)充電結(jié)束。本實(shí)施例進(jìn)行串聯(lián)充電時電流/電壓一時間關(guān)系如圖9所不。串聯(lián)充電結(jié)束后，各并充模塊開始充電，各并充模塊以5A的交替脈沖(f=lHz，D=49%)進(jìn)行充電，到充電電壓達(dá)到4. 3V即恒壓電壓值時，以恒壓脈沖進(jìn)行充電，此時充電電流會逐步減小，下降到截止電流O. 5A時充電結(jié)束；當(dāng)所有電池完成并充后，整個充電結(jié)束。本實(shí)施例進(jìn)行并聯(lián)充電時兩個時序的通斷波形如圖10所示，并聯(lián)充電原理可參見實(shí)施例I描述。充電結(jié)束后各電池端電壓VB=Vc - 2IcXr = 4. 2V。[0056]實(shí)施例4參照圖6，一種電池組的充電裝置，所述電池組由四個單體電池VB1、VB2、VB3、VB4串聯(lián)而成，所述的充電裝置包括串充模塊、二個并充模塊1#和2#、轉(zhuǎn)換開關(guān)組和時序控制器，按單體電池的排列順序，每兩個相鄰的單體電池為一個電池集合，即VB1、VB2為一個電池集合，VB3、VB4為一個電池集合，每個電池集合通過轉(zhuǎn)換開關(guān)組連接同一并充模塊；所述的轉(zhuǎn)換開關(guān)組均連接時序控制器。所述串充模塊與整個電池組串聯(lián)。本實(shí)施例中采用串聯(lián)充電與并聯(lián)充電相結(jié)合的方式，先串聯(lián)充電再并聯(lián)充電，串聯(lián)充電完成電池組所需的最大相同能量的充電，并聯(lián)充電完成電池組中各電池的差異性的充電，每個并充模塊都有自主停止充電功能，當(dāng)所有并充模塊完成充電時，整個充電結(jié)束。本實(shí)施例的串聯(lián)充電原理可參見實(shí)施例3。并聯(lián)充電時，在時序控制器控制下，
所有奇數(shù)項(xiàng)電池VB1、VB3由SI時序控制充電，所有偶數(shù)項(xiàng)電池VB2、VB4由S2時序控制充電，兩個時序的通斷波形圖如圖10所示，即奇數(shù)項(xiàng)電池在充電時，偶數(shù)項(xiàng)電池斷開充電；而偶數(shù)項(xiàng)電池在充電時，奇數(shù)項(xiàng)電池斷開充電。并充模塊1#在任一時刻，或者與電池VBl導(dǎo)通形成充電回路，或者與電池VB2導(dǎo)通形成充電回路；同理，并充模塊2#在任一時刻，或者與電池VB3導(dǎo)通形成充電回路，或者與電池VB4導(dǎo)通形成充電回路。圖11表不一種轉(zhuǎn)換開關(guān)組的工作原理圖，SI和S2不允許同時導(dǎo)通。圖12表示另一種轉(zhuǎn)換開關(guān)組的工作原理圖，此時若只用開關(guān)Kl和K2組成雙刀雙擲開關(guān)，在確保安全下，很難做到導(dǎo)通和關(guān)閉都為50%，故在此引入了輔助開關(guān)K3。其真值表如下
權(quán)利要求1.一種電池組的充電裝置，所述電池組由若干個單體電池串聯(lián)而成，其特征在于所述的充電裝置包括若干個并充模塊，各并充模塊分別與其對應(yīng)的單體電池連接而構(gòu)成充電回路，充電回路連接至?xí)r序控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組的充電裝置，其特征在于所述的充電裝置還包括一個用于對電池組進(jìn)行串聯(lián)充電的串充模塊，所述串充模塊與電池組串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電池組的充電裝置，其特征在于所述的并充回路中各并充模塊連接至?xí)r序控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電池組的充電裝置，其特征在于在各充電回路中串聯(lián)控制開關(guān)，各控制開關(guān)連接至?xí)r序控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電池組的充電裝置，其特征在于所述電池組由NI個單體電池串聯(lián)而成，所述的充電裝置包括N2個并充模塊和轉(zhuǎn)換開關(guān)組，NI、N2均為大于零的整數(shù)； 當(dāng)NI為偶數(shù)時，N2 = N1/2，按單體電池的排列順序，每兩個相鄰的單體電池為一個電池集合，每個電池集合通過轉(zhuǎn)換開關(guān)組連接同一并充模塊； 當(dāng)NI為奇數(shù)時，N2 =(N1+1)/2，按單體電池的排列順序，每兩個相鄰的單體電池為一個電池集合，多余的一個單體電池為一個獨(dú)立的電池集合，每個電池集合通過轉(zhuǎn)換開關(guān)組連接同一并充模塊； 所述的轉(zhuǎn)換開關(guān)組均連接時序控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池組的充電裝置，其特征在于所述的轉(zhuǎn)換開關(guān)組為每個電池集合中在任何時刻只接通其中一個單體電池與并充模塊而進(jìn)行充電的轉(zhuǎn)換開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池組的充電裝置，其特征在于所述的轉(zhuǎn)換開關(guān)組為電子開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池組的充電裝置，其特征在于所述的轉(zhuǎn)換開關(guān)組為機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電池組的充電裝置，所述電池組由若干個單體電池串聯(lián)而成，所述的充電裝置包括若干個并充模塊，各并充模塊分別與其對應(yīng)的單體電池連接而構(gòu)成充電回路，充電回路連接至?xí)r序控制器。本實(shí)用新型解決了因各電池充電結(jié)束順序的不同而出現(xiàn)的電池端電壓不一致的問題，可在充電中實(shí)現(xiàn)電池的均衡和最佳性能，減少了一半的并充模塊，可降低成本，減小體積，模塊化方便擴(kuò)展。
文檔編號H02J7/00GK202616824SQ20122022034
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者陳春飛 申請人:陳春飛