CN101471576A - 一种充电装置及充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充电装置，其中，该充电装置包括控制器(4)和多个选通模块(2)，控制器(4)分别与多个选通模块(2)电连接，每个选通模块(2)与一组电池中的每一个单体电池电连接；控制器(4)用于控制每个选通模块(2)选择性地和与其相连的电池组中的欠压单体电池导通，每个选通模块(2)用于与充电电源连接，对导通的单体电池充电。采用本发明提供的充电装置，可实现多个单体电池间的电压均衡，从而提高了电池组的使用性能，且本发明提供的充电装置由于可并行地对与选通模块2相连接的各个电池组中的欠压单体电池充电，因而有效地缩短了均衡多个电池的电压的时间，增强了装置的实用性。此外本发明还提供一种充电方法。

Description

一种充电装置及充电方法

技术领域

本发明涉及充电装置，尤其涉及一种用于对多个电池的均衡充电装置及均衡充电方法。

背景技术

可充电动力电池因其较好的利用率而被广泛地应用于各类电子产品，尤其是电动汽车中。对于电动汽车，设有将多个单体电池串联连接而成的作为电源装置的电池组。由于可充电动力电池自身的工艺条件限制，每一节单体电池之间存在电压差异。在经过多次充、放电循环之后，单体电池之间的电压差异会越来越大，在充电过程中容易导致串联电池组充电不均衡，使得串联电池组的有效容量减小，影响电池组的使用性能，这对于电动汽车来说也是不容忽视的问题，此外，若通过常规的电量检测装置依次检测各个单体电池的电量并对欠压单体电池依次充电，则要耗费大量的时间，因此，不具有实用性。

发明内容

本发明的目的是为了解决电池组充电不均衡导致的电池组有效容量小、使用性能差的问题，提供一种能够在短时间内找到欠压单体电池并能同时对多个欠压单体电池充电的充电装置及充电方法。

本发明提供一种充电装置，其中，该充电装置包括控制器和多个选通模块，控制器分别与多个选通模块电连接，每个选通模块与一组电池中的每一个单体电池电连接；控制器用于控制每个选通模块选择性地和与其相连的电池组中的欠压单体电池导通，每个选通模块用于与充电电源连接，对导通的单体电池充电。

此外，本发明还提供一种充电方法，其中，该方法包括以下步骤：将多个待检测的电池划分为多个电池组；将每个电池组中的欠压单体电池选择性地与充电电源导通，以对该欠压单体电池充电。

采用本发明提供的充电装置及充电方法，首先将多个待检测的电池划分为多个电池组，所述装置可同时对与选通模块2相连接的各个电池组中的单体电池依次进行周期性的电压检测，通过电压检测得到每个电池组中的各个单体电池的实际电压值，对实际电压值低于给定电压下限值(即欠压)的单体电池进行充电，并可同时对各个电池组中的所述欠压单体电池依次进行充电，直到其实际电压值达到给定电压上限值再停止充电，而不对实际电压值高于或等于给定电压下限值的单体电池进行充电，由此使得在停止对欠压的单体电池充电后，各个电池组中的所有欠压单体电池的电压值都达到了给定电压值，即实现了电压均衡，从而提高了电池组的使用性能。此外，本发明提供的充电装置及充电方法由于可并行地对与选通模块2相连接的各个电池组中的欠压单体电池充电，即同时对属于不同的选通模块的多个欠压单体电池充电，因而有效地缩短了均衡多个电池的电压的时间，增强了装置的实用性。

附图说明

图1为本发明提供的充电装置的结构示意图；

图2为根据本发明一种优选实施方式的提供的充电装置的结构示意图；

图3为根据本发明一种优选实施方式的提供的充电方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种充电装置，其中，该充电装置包括控制器4和多个选通模块2，控制器4分别与多个选通模块2电连接，每个选通模块2与一组电池中的每一个单体电池电连接；控制器4用于控制每个选通模块2选择性地和与其相连的电池组中的欠压单体电池导通，每个选通模块2用于与充电电源连接，对导通的单体电池充电。

所述选通模块2与一组电池中的每一个单体电池电连接，该组电池即为待检测的多个单体电池中的一部分。由此，该待检测的多个单体电池可通过选通模块2被分为多组。所述控制器4可并行控制各选通模块2的操作，从而缩短了均衡全部待检测的电池电压的总时间。与一个选通模块2连接的单体单体电池的数量可以任意设定，即可以将任意数量的待检测电池分为一组，各组包括的单体电池的数量可以相同也可以不同，为了最大限度地缩短均衡全部待检测单体电池所需的充电总时间，优选为将全部的待检测单体电池等分为多个电池组。

所述选通模块2为任意可以执行断开、导通操作并具有导电性的装置，根据本发明的一种优选实施方式，所述选通模块2可以为多条包括可控开关的支路，所述可控开关的一端通过导线与对应的单体电池的一端相连，且每个单体电池的两端均连接有这样的支路，由此可见，所述支路的个数比单体电池的个数多1。该可控开关的另一端通过导线与充电电源相连，且该可控开关的两端分别与控制器4电连接。该可控开关为常开开关，仅在接收到控制器4发出的控制其导通的控制信号时才导通。

所述控制器4通过选通模块2连接到各个待检测的单体电池两端，用于检测每个电池组中单体电池的电压，根据该单体电池的电压，确定该单体电池是否为欠压电池，并控制每个选通模块2选择性地和与其相连的电池组中的欠压单体电池导通。该控制器4为任意可以进行电压检测和比较，并能控制选通模块2断开或导通的控制器，例如可以为PLC或单片机。优选情况下，分别将控制器4与选通模块2中的多个可控开关的控制端电连接，从而可以通过该电连接控制选通模块2的断开和导通，并通过每个单体电池两端的两条电连接对该电池的实际电压值就行检测，由此实现了线路的复用。

如图2所示，优选情况下，所述控制器4包括电平信号检测单元8、电压比较单元9和控制单元10，且电平信号检测单元(8)和控制单元(10)还与选通模块(2)电连接。

所述电平信号检测单元8用于检测每个选通模块2相连的每个单体电池两端的电平信号，根据电平信号得到所述每个单体电池的实际电压值，并将所述实际电压值发送到电压比较单元9。电平信号检测单元8分别与各个单体电池两端的选通模块2中的支路电连接以检测该电池两端的电压值。操作者在保证对多个电池组中的每个单体电池都进行电压检测的前提下可任意设置电压检测顺序。例如，可以对全部待检测单体电池从第一节至最后一节依次检测，优选情况下，将电压检测顺序设定为同时对各选通模块2中的各单体电池进行检测，在同一个选通模块2中，从第一节单体电池开始依次对该选通模块2连接的每一节单体电池进行电压检测直至最后一节单体电池。

所述电压比较单元9用于将每个选通模块2连接的每个单体电池的实际电压值与给定电压下限值进行比较，并确定该单体电池是否为欠压电池。所述电压比较单元9中预设有给定电压下限值，所述电压比较单元9将检测到的每个单体电池的实际电压值与该给定电压下限值进行比较，并将比较结果发送至控制单元10。所述给定电压下限值可由操作者在电压比较单元9中进行预先设置，给定电压下限值可以为高于0V而低于单体电池额定电压值的任意电压值，为了避免所述待检测的多个单体电池长时间工作在电压不均衡状态，优选情况下，所述给定电压下限值为所述单体电池额定电压值的50％-90％。

所述控制单元10用于根据电压比较单元9的比较结果控制每个选通模块2与相连的欠压单体电池导通。此外，控制单元10还用于在所述欠压单体电池的实际电压值达到给定电压上限值时控制与该欠压单体电池相连的选通模块2断开。所述给定电压上限值可由操作者在电压比较单元9中进行预先设置，给定电压上限值可以为接近该单体电池额定电压值的任意电压值。为了保证充分均衡所述待检测的多个单体电池的电压，所述给定电压上限值优选为该电池额定电压的90％-105％。

所述充电电能可以来自220v市电。根据本发明的一种实施方式，该充电装置还包括充电电源7，用于与选通模块2连接，对欠压单体电池充电。该充电电源7可以是额定电压不小于待检测的单体电池的额定电压的任意电源，例如，可以为蓄电池。

为了防止对单体电池的过充情况的发生，所述充电装置还包括多个电压转换装置3，每个电压转换装置3与一个选通模块2和充电电能连接，当充电装置中包括充电电源7时，该电压转换装置3与该充电电源7电连接以获取充电电能并用于将充电电源7的电压转换成单体电池额定电压范围内的电压，并将转换后的电能输出到每个被充电的欠压单体电池。所述电压转换装置3为任意一种可以将交流电压转换为所需范围内的直流电压的AC/DC转换器或任意一种可以将直流电压转换为所需范围内的直流电压的DC/DC转换器，例如隔离式降压型AC/DC转换器、隔离式降压型DC/DC转换器。由于需要在直流电压下对单体电池进行充电，当充电电源7为交流电源时，所述电压转换装置3为AC/DC转换器，用于将充电电源7提供的交流电压转换为单体电池额定电压范围内的直流电压；当充电电源7为直流电源时，所述电压转换装置3为DC/DC转换器，用于将充电电源7提供的直流电压转换为单体电池额定电压范围内的直流电压。

此外，当充电装置中没有电压转换装置3时，所述充电电源7为多个，每个充电电源7分别与一个选通模块2连接。当充电装置中包括电压转换装置3时，所述充电电源7可以为一个，并分别与各个电压转换装置3连接。

在保证导通每个与欠压单体电池两端相连的选通模块2的对应支路的前提下，可在程序中对所述选通模块2的对应支路的导通顺序进行设置。优选情况下将控制选通模块2的对应支路导通的顺序设定为：在同一个选通模块2中，按检测到的实际电压值从低到高的顺序依次导通与该选通模块2相连接的欠压单体电池两端的支路，但各个选通模块2之间是并行进行此项操作的。由此节省了充电总时间。

本发明还提供一种充电方法，其中，该方法包括以下步骤：将多个待检测的电池划分为多个电池组；将每个电池组中的欠压单体电池选择性地与充电电源导通，以对该欠压单体电池充电。

通过选通模块2可以实现将多个待检测的电池划分为多个电池组，通过控制器4对每个电池组中的各个单体电池进行电压检测以得到每个单体电池的实际电压值，其中控制器4是通过与选通模块2中分别与该单体电池的两端电连接的两条支路来实现所述电压检测的。之后控制器4将检测到的实际电压值与给定电压下限值进行比较，该给定电压下限值优选为该单体电池额定电压的50％-90％。当该单体电池的实际电压值小于给定电压下限值时，控制器4控制与该单体电池两端分别连接的选通模块2的两条支路导通，从而执行对该电池的充电操作。其中，各个电池组可并行地执行上述检测以及充电操作。而同一个电池组内部的上述检测及充电操作是对其中的各个单体电池依次进行的。

此外，根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括以下步骤：当所述欠压单体电池的实际电压值达到所述给定电压上限值时停止对该欠压单体电池的充电。

在对单体电池充电过程中，将由控制器4检测到的该单体电池的实际电压值与存储在控制器4中的给定电压上限值相比较，若该实际电压值达到了给定电压上限值，则控制器4控制选通模块2中的对应支路断开，从而停止对该电池的充电操作。所述给定电压上限值优选为该单体电池额定电压的90％-105％。

此外，根据本发明的一种实施方式，该方法包括电平信号检测步骤、电压比较步骤和控制步骤：所述电平信号检测步骤用于检测每个电池组中的各个单体电池两端的电平信号，根据电平信号得到所述各个单体电池的实际电压值；所述电压比较步骤用于将所述电平信号检测步骤中得到的每个电池组中的各个单体电池的实际电压值与所述给定电压下限值进行比较以确定欠压单体电池；所述控制步骤用于根据所述电压比较步骤的比较结果同时控制至少一个电池组对其中的欠压单体电池依次充电。

所述电平信号检测步骤由控制器4中的电平信号检测单元8来执行，所述电压比较步骤由控制器4中的电压比较单元9来执行，且所述控制步骤由控制器4中的控制单元10来执行。

所述方法还包括电压转换步骤，用于将对所述欠压单体电池充电的充电电源的电压转换成单体电池额定电压范围内的电压后，再利用转换后的电能对所述欠压单体电池充电。

该电压转换步骤由电压转换装置3来执行。每个电压转换装置3与一个选通模块2和充电电能连接，当充电装置中包括充电电源7时，该电压转换装置3与该充电电源7电连接以获取充电电能并用于将充电电源7的电压转换成单体电池额定电压范围内的电压，并将转换后的电能输出到每个被充电的欠压单体电池。所述电压转换装置3为任意一种可以将交流电压转换为所需范围内的直流电压的AC/DC转换器或任意一种可以将直流电压转换为所需范围内的直流电压的DC/DC转换器，例如隔离式降压型AC/DC转换器、隔离式降压型DC/DC转换器。由于需要在直流电压下对单体电池进行充电，当充电电源7为交流电源时，所述电压转换装置3为AC/DC转换器，用于将充电电源7提供的交流电压转换为单体电池额定电压范围内的直流电压；当充电电源7为直流电源时，所述电压转换装置3为DC/DC转换器，用于将充电电源7提供的直流电压转换为单体电池额定电压范围内的直流电压。

如图3所示，所述充电装置首先通过将多个待检测的电池划分为连接不同选通模块2的多个电池组；之后，控制器4同时执行对各个选通模块2中的每个单体电池的电压检测，优选为从每个选通模块2中串联连接的多个电池中的第一节单体电池开始，依次对每个单体电池两端的电平信号进行检测直至最后一节单体电池。然后根据检测得到的每一节单体电池两端的电平信号得到每个单体电池的实际电压值，并将每个单体电池的实际电压值与预先设定的给定电压下限值进行比较。根据比较结果确定该电池的实际电压值未达到给定电压值的欠压单体电池。控制器4通过导通至少一个欠压单体电池两端的支路来同时控制对该至少一个欠压单体电池充电，该至少一个欠压单体电池分别与不同的选通模块2连接，即控制器4同时控制各个选通模块2并行执行上述检测及充电操作，此时，电压转换装置3将对所述欠压单体电池充电的充电电能的电压转换成单体电池额定电压范围内的电压，并且所述充电电能在该转换后由选通模块2引入到欠压单体电池中，从而对欠压单体电池进行充电，其中在同一个选通模块2中，所述充电过程是在该选通模块2所连接的欠压单体电池中依次进行的。当采集到的欠压单体电池充电后的实际电压值达到给定电压上限值时，控制器4将该单体电池所连接的一对支路断开，从而停止对该单体电池的充电。控制器4同时控制各个选通模块2对满足上述条件的单体电池执行停止充电操作。当不再有实际电压值未达到给定电压下限值的不均衡单体电池时，充电完成，此时所述多个待检测的电池中的每个单体电池的实际电压值都达到了预先设定的给定电压下限值，实现了电压的均衡。

Claims (13)

1.一种充电装置，其特征在于，该充电装置包括控制器(4)和多个选通模块(2)，控制器(4)分别与多个选通模块(2)电连接，每个选通模块(2)与一组电池中的每一个单体电池电连接；控制器(4)用于控制每个选通模块(2)选择性地和与其相连的电池组中的欠压单体电池导通，每个选通模块(2)用于与充电电源连接，对导通的单体电池充电。

2.根据权利要求1所述的充电装置，其中，控制器(4)用于检测每个电池组中单体电池的电压，根据该单体电池的电压，确定该单体电池是否为欠压电池。

3.根据权利要求1所述的充电装置，其中，该充电装置还包括充电电源(7)，用于与选通模块(2)连接以向选通模块(2)提供充电电能，对欠压单体电池充电。

4.根据权利要求3所述的充电装置，其中，所述充电电源(7)为多个，每个充电电源(7)分别与一个选通模块(2)连接。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的充电装置，其中，该充电装置还包括多个电压转换装置(3)，每个电压转换装置(3)与一个选通模块(2)和充电电源(7)连接，用于将充电电源(7)的电压转换成单体电池额定电压范围内的电压。

6.根据权利要求1或2所述的充电装置，其中，所述控制器(4)包括依次串联的电平信号检测单元(8)、电压比较单元(9)和控制单元(10)，电平信号检测单元(8)和控制单元(10)还与选通模块(2)电连接：

所述电平信号检测单元(8)用于检测每个选通模块(2)相连的每个单体电池两端的电平信号，根据电平信号得到所述每个单体电池的实际电压值，并将所述实际电压值发送到电压比较单元(9)；

所述电压比较单元(9)用于将每个选通模块(2)连接的每个单体电池的实际电压值与给定电压下限值进行比较，并确定该单体电池是否为欠压电池；

所述控制单元(10)用于根据电压比较单元(9)的比较结果控制每个选通模块(2)与相连的欠压单体电池导通。

7、根据权利要求6所述的充电装置，其中，给定电压下限值为该电池额定电压值的50％-90％。

8、根据权利要求6所述的充电装置，其中，控制单元(10)还用于在所述欠压单体电池的实际电压值达到给定电压上限值时控制与该欠压单体电池相连的选通模块(2)断开。

9、根据权利要求8所述的充电装置，其中，给定电压上限值为该电池额定电压的90％-105％。

10、一种充电方法，其中，该方法包括以下步骤：

将多个待检测的电池划分为多个电池组；

将每个电池组中的欠压单体电池选择性地与充电电源导通，以对该欠压单体电池充电。

11、根据权利要求10所述的充电方法，其中，所述方法还包括以下步骤：当所述欠压单体电池的实际电压值达到所述给定电压上限值时停止对该欠压单体电池的充电。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，该方法包括电平信号检测步骤、电压比较步骤和控制步骤：

所述电平信号检测步骤用于检测每个电池组中的各个单体电池两端的电平信号，根据电平信号得到所述各个单体电池的实际电压值；

所述电压比较步骤用于将所述电平信号检测步骤中得到的每个电池组中的各个单体电池的实际电压值与所述给定电压下限值进行比较以确定欠压单体电池；

所述控制步骤用于根据所述电压比较步骤的比较结果同时控制至少一个电池组对其中的欠压单体电池依次充电。

13.根据权利要求10-12中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括电压转换步骤，用于将对所述欠压单体电池充电的充电电源的电压转换成单体电池额定电压范围内的电压后，再利用转换后的电能对所述欠压单体电池充电。

Images