本發(fā)明涉及電池充電管理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于電池組充放電均衡的設(shè)備，可應(yīng)用到電動(dòng)汽車等使用的鐵鋰電池組。

背景技術(shù)：

由于單節(jié)鐵鋰電池電壓很低，一般設(shè)備比如電動(dòng)汽車上面需要用到的鐵鋰電池都是有多節(jié)串聯(lián)得到較高電壓才能使用的。當(dāng)多節(jié)電池串聯(lián)時(shí)，由于電池間的差異，長(zhǎng)時(shí)間使用后電壓容量等會(huì)出現(xiàn)差異，而且這種差異隨著時(shí)間的積累會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。而整個(gè)電池組的性能取決于最弱的一個(gè)電池，這類似于木桶效應(yīng)。常規(guī)充電器給電池充電時(shí)當(dāng)檢測(cè)到有一塊電池充滿后就停止充電，因?yàn)槔^續(xù)充電會(huì)損壞先充滿的電池。當(dāng)電池組中有些電池經(jīng)常充不滿電后會(huì)影響整個(gè)電池組的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種電池組充放電均衡設(shè)備，對(duì)每組電池單體進(jìn)行充放電均衡，保證每塊電池電壓在一定范圍內(nèi)保持一致。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種電池組充放電均衡設(shè)備，包括充放電均衡控制電路以及串聯(lián)的電池組，所述充放電均衡控制電路包括MCU模塊、與該MCU模塊之間信號(hào)連接的恒流充電電路和繼電器組模塊，以及用于對(duì)電池組進(jìn)行均壓放電的恒壓負(fù)載電路模塊，所述恒流充電電路用于對(duì)電池組進(jìn)行充電，所述恒壓負(fù)載電路模塊通過(guò)繼電器組模塊與電池組連接，該恒壓負(fù)載電路模塊包括依次串聯(lián)的與電池組一一對(duì)應(yīng)的恒壓負(fù)載，其中恒壓負(fù)載設(shè)置均衡電壓值，當(dāng)恒壓負(fù)載對(duì)應(yīng)的電池電壓低于或等于均衡電壓值時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器斷開(kāi)，該恒壓負(fù)載不工作，當(dāng)恒壓負(fù)載對(duì)應(yīng)的電池電壓超過(guò)均衡電壓值時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器閉合，電流不經(jīng)過(guò)充滿電的電池，直接從該電池對(duì)應(yīng)的恒壓負(fù)載放電。

所述恒流充電電路包括變壓電路、整流濾波電路和恒流源模塊，其中變壓電路中三個(gè)繼電器構(gòu)成一個(gè)抽頭選擇電路，通過(guò)該繼電器連接不同電壓抽頭達(dá)到寬電壓輸入和效率控制。

所述MCU模塊信號(hào)連接有電池反接檢測(cè)電路，該電池反接檢測(cè)電路包括輸出端并聯(lián)的反接光耦，該反接光耦的輸入端與電池的正負(fù)極連接，當(dāng)正常接通電池時(shí)，每個(gè)反接光耦輸入端處于反接狀態(tài)，反接光耦不工作，其后級(jí)不輸出；當(dāng)某節(jié)電池反接后，反接光耦導(dǎo)通，其后級(jí)輸出到單片機(jī)的IO口拉到低電平，單片機(jī)檢測(cè)到錯(cuò)誤信號(hào)。

本發(fā)明設(shè)備首先判斷每塊電池電壓是否在正確的范圍內(nèi)，每個(gè)接口同時(shí)包含反接光耦，用于檢測(cè)電池極性是否反接，防止接線錯(cuò)誤。判斷所有連接正確后，切斷繼電器，開(kāi)啟恒流電源開(kāi)始充電。當(dāng)電池電壓超過(guò)均衡電壓時(shí)恒壓負(fù)載模塊開(kāi)始工作，電流不再經(jīng)過(guò)電池，而是經(jīng)過(guò)與該電池并聯(lián)的恒壓負(fù)載模塊，從而達(dá)到保護(hù)電池不過(guò)充，當(dāng)MCU模塊檢測(cè)到所有電流都是經(jīng)過(guò)恒壓負(fù)載模塊時(shí)則判斷均衡結(jié)束。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過(guò)在電池組上并聯(lián)接入恒壓負(fù)載模塊使每個(gè)電池都能充滿電且不過(guò)充，讓每塊電池都能發(fā)揮出最大容量，從而使電池組達(dá)到充放電均衡和最佳工作狀態(tài)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；

圖2為本發(fā)明常規(guī)充電狀態(tài)電流流向圖；

圖3為本發(fā)明部分電池充滿時(shí)充電電流流向示意圖；

圖4為本發(fā)明中電池反接檢測(cè)電路示意圖；

圖5為本發(fā)明中恒流充電電路原理圖；

圖6為本發(fā)明中主充放電電路示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式作詳細(xì)的說(shuō)明。

本發(fā)明設(shè)備主要是均衡鐵鋰電池組中各組電池，通過(guò)充放電達(dá)到電壓在一定范圍內(nèi)保持一致。

如圖1所示，電池組充放電均衡設(shè)備包括充放電均衡控制電路1以及串聯(lián)的電池組2，所述充放電均衡控制電路包括MCU模塊11、與該MCU模塊之間信號(hào)連接的恒流充電電路13和繼電器組模塊12，以及用于對(duì)電池組進(jìn)行均壓放電的恒壓負(fù)載電路模塊14，所述恒流充電電路用于對(duì)電池組進(jìn)行充電。電池組的每塊電池的正負(fù)極都與充放電均衡控制電路連接。

如圖5所示，所述恒流充電電路包括變壓電路131、整流濾波電路132和恒流源模塊133，其中變壓電路采用工頻變壓器，具有壽命長(zhǎng)，過(guò)載能力強(qiáng)，電磁干擾小，穩(wěn)定性好的特性，配合后續(xù)整流濾波電路和恒流源模塊電路使用。

所述變壓電路131中三個(gè)繼電器構(gòu)成一個(gè)抽頭選擇電路，通過(guò)該繼電器連接不同電壓抽頭達(dá)到寬電壓輸入和效率控制。本實(shí)施例中，顯示有五個(gè)抽頭及額定電壓輸入時(shí)各個(gè)抽頭的電壓，三個(gè)繼電器構(gòu)成一個(gè)抽頭選擇電路，可以選擇32V、36V、40V和44V。整流濾波后可以看成一個(gè)電壓源，需要經(jīng)過(guò)恒流模塊轉(zhuǎn)換成橫流源給電池充電，恒流模塊前級(jí)電壓要比后級(jí)電壓高，不然不能形成給充電電流，但前級(jí)比后級(jí)電壓高的太多，恒流源模塊功耗會(huì)過(guò)大。可以看出電壓差越大，額外的功耗越多，不僅浪費(fèi)了能量，還需要加大散熱處理。本發(fā)明可根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)改變繼電器K1、K2、K3連接的電壓抽頭，改變恒流源模塊前級(jí)電壓的方式，有效地降低恒流源模塊的功耗。

整流濾波后可以看成一個(gè)電壓源，需要經(jīng)過(guò)恒流源模塊轉(zhuǎn)換成恒流源給電池充電以達(dá)到限制電流的作用，因?yàn)椴煌妷旱暮銐涸床⒙?lián)會(huì)產(chǎn)生很大的電流。本發(fā)明采用多抽頭的寬電壓輸入主要是基于以下兩個(gè)因素考慮的。

首先考慮到，恒流源模塊后級(jí)與電池連接，電池電量不同時(shí)恒流源的輸出電壓也不一樣。電池電量很低時(shí)與電池相連的恒流源輸出端的電壓也很低，與此對(duì)應(yīng)的恒流源前級(jí)可以給個(gè)相對(duì)低的前級(jí)電壓。電池電量升高時(shí)與電池相連的恒流源輸出端的電壓也升高，與此對(duì)應(yīng)的恒流源前級(jí)電壓也需要提高。

其次考慮到另外一個(gè)普遍的現(xiàn)象是電網(wǎng)電壓也是有波動(dòng)的，電網(wǎng)電壓作為變壓器的輸入電壓，變壓器輸入電壓變化時(shí)其輸出電壓成對(duì)應(yīng)比例變化，比如電網(wǎng)電壓下降1％那么變壓器輸出電壓也會(huì)下降1％，各抽頭電壓也會(huì)成比例下降1％。若要維持電池充電狀態(tài)，此時(shí)就需要改變抽頭電壓輸出，保持電池穩(wěn)定充電。

本發(fā)明采用環(huán)形工頻變壓器作為主電源，電源輸出采用多個(gè)電壓抽頭，恒流充電模式時(shí)需要有部分電壓降在調(diào)節(jié)晶體管上，太大則消耗的能量過(guò)高，如果沒(méi)有則達(dá)不到恒流效果。電網(wǎng)電壓實(shí)時(shí)都會(huì)有波動(dòng)的，此外電池電量不一樣時(shí)輸出電壓也是不一樣的，所以本設(shè)計(jì)采用監(jiān)控恒流模塊前級(jí)電壓和恒流模塊輸出電壓，通過(guò)繼電器連接不同電壓抽頭達(dá)到寬電壓輸入和效率控制作用。

上述實(shí)用例中列舉的5個(gè)抽頭及電壓數(shù)值和電網(wǎng)電壓變化比例僅作實(shí)施例用，并不限定具體的抽頭數(shù)、電壓參數(shù)值及電網(wǎng)電壓的變化比例。整流濾波電路由二極管整流橋D1、D2、D3、D4及電容C1和C2組成。

如圖6所示，所述恒流源模塊133、恒壓負(fù)載電路模塊14、繼電器組模塊12和電池組2構(gòu)成主充電電路。所述恒壓負(fù)載電路模塊通過(guò)繼電器組模塊與電池組連接，該恒壓負(fù)載電路模塊包括依次串聯(lián)的與電池組一一對(duì)應(yīng)的恒壓負(fù)載。

本實(shí)施例中，6個(gè)電池串聯(lián)構(gòu)成電池組的均衡采用6個(gè)串接的恒壓負(fù)載完成，每個(gè)恒壓負(fù)載模塊最大放電電流為5A，保障每塊電池電壓不超過(guò)設(shè)定電壓。整個(gè)系統(tǒng)配有32位MCU模塊，可以實(shí)時(shí)采集各組電池參數(shù)，且具有充電電流調(diào)節(jié)、故障電池組主動(dòng)切除和接線故障檢測(cè)等功能。

所述恒壓負(fù)載電路模塊14采用高精度基準(zhǔn)電源芯片、大功率電阻和晶體管完成。整個(gè)調(diào)節(jié)使用模擬調(diào)節(jié)，速度快，穩(wěn)定性好。

每個(gè)恒壓負(fù)載設(shè)置有均衡電壓值，當(dāng)恒壓負(fù)載對(duì)應(yīng)的電池電壓低于或等于均衡電壓值時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器斷開(kāi)，該恒壓負(fù)載不工作；當(dāng)恒壓負(fù)載對(duì)應(yīng)的電池電壓超過(guò)均衡電壓值時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器閉合，電流不經(jīng)過(guò)充滿電的電池，直接從該電池對(duì)應(yīng)的恒壓負(fù)載放電。本實(shí)施例中，均衡電壓值設(shè)定為3.46V。恒壓負(fù)載均衡設(shè)計(jì)保證每一塊電池不會(huì)被過(guò)沖，同時(shí)在電池充電時(shí)不消耗能量，硬件完成均衡控制，穩(wěn)定性更高。

圖2示出了常規(guī)充電狀態(tài)的電流流向圖，正常充電狀態(tài)電流走向，由充放電均衡控制電路1出來(lái)經(jīng)過(guò)所有電池組2充電，主要發(fā)生在充電的初始階段。

圖3示出了部分電池充滿時(shí)充電電流流向示意圖。充電一段時(shí)間后，當(dāng)有部分電池充滿電時(shí)，本實(shí)施例中電池二和三的兩塊電池已經(jīng)充滿，電流則不經(jīng)過(guò)電池二和三直接從對(duì)應(yīng)的恒壓負(fù)載二和三經(jīng)過(guò)，從而保證每塊電池不過(guò)充。同理當(dāng)某些電池電壓超過(guò)均衡電壓值時(shí)也是從對(duì)應(yīng)的恒壓負(fù)載模塊放電，從而達(dá)到均衡狀態(tài)。

每路還有電池電壓監(jiān)控，保證每路電壓在合適的范圍內(nèi)，這個(gè)是二級(jí)保護(hù)，可以顯示各電池電壓。同時(shí)，檢測(cè)到某節(jié)電池電壓過(guò)高，硬件恒壓負(fù)載失效時(shí)，切斷總的充電電源。

本發(fā)明具有連續(xù)均衡效果，當(dāng)某塊電池滿電進(jìn)入均衡后，有對(duì)應(yīng)的指示燈亮，而且MCU模塊也能檢測(cè)到。當(dāng)所有電池滿電后，六個(gè)指示燈同時(shí)亮起。

由于充放電均衡設(shè)備輸出接線比較多。接線數(shù)量是電池?cái)?shù)量加一的關(guān)系。在進(jìn)行電池充放電均衡時(shí)可能會(huì)造成接線錯(cuò)誤導(dǎo)致電池或充放電均衡設(shè)備損壞。本設(shè)計(jì)在于接通電池后均衡設(shè)備內(nèi)繼電器未連接恒壓負(fù)載電路模塊和電池組，每個(gè)電池上有一個(gè)反接光耦作為電池反接檢測(cè)，每路還有電池電壓監(jiān)控，保證每路電壓在合適的范圍內(nèi)。當(dāng)判斷條件都滿足后接通所有通道繼電器，開(kāi)始充放電均衡。

如圖1和4所示，所述MCU模塊11信號(hào)連接有電池反接檢測(cè)電路15，該電池反接檢測(cè)電路包括輸出端并聯(lián)的反接光耦151，該反接光耦的輸入端與電池的正負(fù)極連接。鎖后的光耦輸出是或的關(guān)系，只要有一個(gè)檢測(cè)到反接，單片機(jī)就能檢測(cè)到錯(cuò)誤。當(dāng)正常接通電池時(shí)，每個(gè)反接光耦輸入端處于反接狀態(tài)，反接光耦不工作，其后級(jí)不輸出；當(dāng)某節(jié)電池反接后，反接光耦導(dǎo)通，其后級(jí)輸出到單片機(jī)的IO口拉到低電平，單片機(jī)檢測(cè)到錯(cuò)誤信號(hào)。

所示MCU模塊11還信號(hào)連接有數(shù)據(jù)采集器16和顯示屏17，用于采集電路參數(shù)并顯示。

以上所述實(shí)施方式僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。