CN102055210A - 一种串联电池组的均衡充电方法及其装置 - Google Patents

一种串联电池组的均衡充电方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种串联电池组的均衡充电方法及其装置，由检测电路、开关电路、均衡电路、电池组成，其中开关电路连接于检测电路和均衡电路组之间，每组均衡电路与电池组相对应，其特征在于所述的均衡电路由运算放大器U2、继电器及负载电阻R2构成，其中继电器J2接在运算放大器U1输出端与开关电路之间，负载电阻R2与继电器开关K2串联后并联在电池单元上。由于本技术方案将充电过程分为三个阶段，在均衡电路中增设了负载电阻，使电池充电过程中的实现了动态均衡，因此，大大提高了充电速度，且所采用的电路设计简单，生产成本低，极易在普通低端产品的充电器上推广使用。

Description

一种串联电池组的均衡充电方法及其装置
技术领域
本发明涉及电池充电技术领域，特别是涉及一种串联电池组的均衡充电方法及其装置。
背景技术
为了给用电设备提供足够的电压，通常需要由多个电池串联而成电池组。但是，由于制造精度，工艺控制和检测手段的因素，不同电池之间内阻、容量、自放电率等参数不可避免有一定的差异。这种差异导致电池包的总容量受制于最弱电池的容量。如果不采取均衡措施，经过多次充放电循环，这种差异会进一步扩大，使电池包总容量进一步减少。最弱电池充电时总是最先达到充满电压，放电时总是最先达到放空电压，最弱电池经历全充全放的循环，性能劣化速度比其它电池要快，经过多次充放电循环后，差异具有累积效应，从而使电池包总容量进一步减少。为此，需要对串联电池组进行均衡充电。
为了实现串联电池组均衡充电，中国专利200610034284.1《一种串联电池组的均衡充电方法及其装置》提供了一种可使原来不均衡的电池组经过一次充电后变得完全均衡，其内容为：一种串联电池组的均衡充电装置，包括充电器、充电开关、控制器和由至少两节电池串联组成的电池组以及均衡器和电流方向检测器，所述组成电池组的每节电池并联一个均衡器，与串联电池组对应，各均衡器串联连接，最外端的两个均衡器中一个与充电开关连接，另一个与电流方向检测器连接，充电开关和电流方向检测器分别与充电器连接；所述各均衡器的输入端连接一起，并与控制器的输出端连接，各均衡器的输出端连接一起，并与控制器的输入端连接，所述控制器还分别与充电开关和电流方向检测器连接。所述均衡器包括电源控制开关、电压比较器、参考电压源和放电电路，电压比较器正输入端与均衡器所并联的电池正极连接，负输入端与参考电压源连接，电压比较器还分别与电源控制开关、放电电路连接和控制器连接，所述电压比较器的输出端为均衡器的输出端，电源控制开关的输入端为均衡器的输入端。
从专利文献所披露的技术内容分析，该技术方案的主要特点是在充电前，首先将电池组中每一单元的电池通过放电达到设定的门限电压，然后对整个电池组进行统一充电，简单地说是一种前期均衡的技术方案。因此，该技术方案所采用的电路不仅存在着电路相对复杂的缺陷，成本偏高的问题，对于低端消费的电动车电池等产品而言难以推广使用。而且充电过程时间也较长，还存在着一定的能源浪费。
发明内容
针对上述方案中存在的技术缺陷，本发明提供了一种后期均衡的充电方法，将电池组在充电过程中的均衡过程设定在充电过程中，以克服现有技术中存在的线路设计复杂、充电时间过长和能源浪费的缺陷。
本发明的技术解决方案是一种串联电池组的均衡充电装置，由检测电路、开关电路、均衡电路、电池组成，其中开关电路连接于检测电路和均衡电路组之间，每组均衡电路与电池组相对应，其特征在于所述的均衡电路由运算放大器U2、继电器及负载电阻R2构成，其中继电器J2接在运算放大器U1输出端与开关电路之间，负载电阻R2与继电器开关K2串联后并联在电池单元上。
所述的均衡电路包括均衡电路1、均衡电路2、均衡电路3...均衡电路n，所述的电池包括电池1、电池2、电池3...电池n，其中每一均衡电路均与电池相对应。
所述的开关电路由运算放大器U1和继电器J1构成，其中继电器J1的线圈一端与运算放大器U1输出端连接，另一端连接于输入电源上，继电器开关K1一端与均衡电路中的继电器J2线圈一端连接，另一端和与其相对应的电池单元连接。
一种串联电池组的均衡充电方法，包括如下步骤：
A、直接充电：通过检测电路确定电池组是否需要充电，当电池组压低于电池组的门限电压时，检测电路通过运放指令开关电路接合，均衡电路中的继电器J2工作，使负载电阻R2处于断路状态，处于串联状态电池单元进入充电过程；
B、分流充电：当某电池单元充电完成，达到额定电压，均衡电路中的运算放大器U2正向输入端与反向输入端电压差为0，指令继电器J2动作，使继电器开关K2接合，负载电阻R2与其所对应的电池B并联，使该组合的线路中的阻值下降，导致处于串连状态的其他电池单元上所分配的电压提高，其他电池单元保持继续充电状态，直至每一电池单元完成充电过程；
C、均衡浮充：充电电压与电池组电压实现平衡，检测电路中的运算放大器正向输入端与反向输入端电压差为0，开关电路断开，致使均衡电路中的继电器J2停止工作，各负载电阻断开，电池组在电压均衡状态下浮充，直到电池组电压稳定达到设定的标准，断开充电电路，恢复电池组的电源输出状态。
由于本技术方案将充电过程分为三个阶段，并在均衡电路中增设负载电阻的，使电池充电过程中的实现了动态均衡，因此，大大提高了充电速度，且所采用的电路设计简单，生产成本低，极易在普通低端产品的充电器上推广使用。
附图说明
图1为电池组的均衡充电方法的原理框图；
图2为电池组的均衡充电装置的电路图。
具体实施方式
实施例1
充电对象为四只电池单元组成的电池组，均衡充电装置的工作原理如图1所示，由检测电路1、开关电路2、四块均衡电路3和四只电池单元组成的电池组4构成，其中开关电路2连接于检测电路1和均衡电路3组之间，每块均衡电路3与电池组相对应，均衡电路3由运算放大器U2、继电器J2及负载电阻R2构成，其中继电器J2接在运算放大器U1输出端与开关电路2之间，负载电阻R2与继电器开关K2串联后并联在电池单元4上，继电器开关K2处于常开状态。
运算放大器U2可选用LM339，其正相输入端通过一个稳压二极管D2与电池B的负极相接，形成对比电压，反相输入端接在电池B的正极上，负载电阻R2的阻值选150欧姆。
开关电路2由运算放大器U1和继电器J1构成，其中继电器J1的线圈一端与运算放大器U1输出端连接，另一端连接于充电电源上，继电器开关K1一端与均衡电路中的继电器J2线圈一端连接，另一端和与其相对应的电池单元B连接，继电器开关K2处于常闭状态。
其工作过程包括如下步骤：通过检测电路1确定电池组是否需要充电，当电池组压低于电池组的门限电压时，检测电路1通过运放指令开关电路2工作，均衡电路3中的继电器J2工作，使负载电阻R2处于断开状态，四只电池单元B处于串联状态，进行充电过程，当某电池单元B充电完成，达到额定电压，均衡电路3中的运算放大器U2无电平输出，指令继电器J2动作，使继电器开关K2接合，将负载电阻R2接通，并联于相对应的电池单元B上，使该电池与电阻组成的线路阻值下降，导致其他未完成充电的各单元电池上的充电电压提高，因而加快了其他单元电池的充电速度，直至每一电池单元4完成充电过程，充电电压与电池组电压实现平衡，检测电路1中的运算放大器U1正向输入端与反向输入端电压差为0，无电平输出，开关电路2K1打开，致使均衡电路3中的继电器J2停止工作，各负载电阻R2断开，电池组B在电压均衡状态下浮充，直到电池组B电压稳定达到设定的标准，恢复电池组B的电源输出状态。
实施例2
充电对象为八只电池单元组成的电池组，本***实现8个12安时容量的酸铅电池串联电池组的均衡充电。充电器电压96V，充电电流2.0A，均衡充电装置和充电过程同实施例1。

Claims (5)

1.一种串联电池组的均衡充电装置，由检测电路(1)、开关电路(2)、均衡电路(3)、电池组(4)组成，其中开关电路(2)连接于检测电路(1)和均衡电路(3)组之间，每组均衡电路(3)与电池组(4)相对应，其特征在于所述的均衡电路(3)由运算放大器U2、继电器及负载电阻R2构成，其中继电器J2接在运算放大器U1输出端与开关电路(2)之间，负载电阻R2与继电器开关K2串联后并联在电池单元(4)上。
2.如权利要求1所述的均衡充电装置，其特征在于据所述的均衡电路(3)包括均衡电路(31)、均衡电路(32)、均衡电路(33)...均衡电路(3n)，所述的电池包括电池(41)、电池(42)、电池(43)...电池(4n)，其中每一均衡电路均与电池相对应。
3.如权利要求1所述的均衡充电装置，其特征在于据所述负载电阻R2值大于电池单元B的内阻。
4.如权利要求1所述的均衡充电装置，其特征还在于所述的开关电路(2)由运算放大器U1和继电器J1构成，其中继电器J1的线圈一端与运算放大器U1输出端连接，另一端连接于输入电源上，继电器开关K1一端与均衡电路(3)中的继电器J2线圈一端连接，另一端和与其相对应的电池单元(4)连接。
5.一种串联电池组的均衡充电方法，包括如下步骤：
A、直接充电：通过检测电路(1)确定电池组(4)是否需要充电，当电池组(4)压低于电池组4的门限电压时，检测电路(1)通过运放指令开关电路(2)接合，均衡电路(3)中的继电器J2工作，使负载电阻R2处于断路状态，处于串联状态电池单元进入充电过程；
B、分流充电：当某电池单元充电完成，达到额定电压，均衡电路(3)中的运算放大器U2正向输入端与反向输入端电压差为0，指令继电器J2动作，使继电器开关K2接合，负载电阻R2与其所对应的电池B并联，使该组合的线路中的阻值下降，导致处于串连状态的其他电池单元上所分配的电压提高，其他电池单元保持继续充电状态，直至每一电池单元完成充电过程；
C、均衡浮充：充电电压与电池组(4)电压实现平衡，检测电路(1)中的运算放大器正向输入端与反向输入端电压差为0，开关电路(2)断开，致使均衡电路(3)中的继电器J2停止工作，各负载电阻断开，电池组(4)在电压均衡状态下浮充，直到电池组(4)电压稳定达到设定的标准，断开充电电路，恢复电池组(4)的电源输出状态。
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PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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