CN105703447A - 充电电池组的直接平衡充电装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充电电池组的直接平衡充电装置及方法，包括A电芯模块、B电芯模块、电池组控制器和充电直流电源，A电芯模块作为底层模块，A电芯模块上层叠有若干个B电芯模块；所述A电芯模块内部包含一颗A电芯、一个连接于充电电池组充电正输入端与A电芯正极之间的并联正极控制电子开关，A电芯正极引出一条A电芯电压监测信号线，A电芯电压监测信号线与电池组控制器的电芯电压监测端相连；A电芯负极与充电电池组负输出端相连，本发明的蓄电池组或超级电容组可以接受较低的充电电压，同时放电输出电压可通过模块的串联和并联调整。在充电过程中无需对单个电芯或超级电容的电压进行二次电压平衡操作，减少了充电时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种充电***，特别涉及一种充电电池组的直接平衡充电装置及方法。
背景技术
电池电源装置是将电源供应给相关的电子装置的电力源，而应用于电源装置的可以是具有多个电池的电池组(multicellbattery)。由于使用的是电池组，而非单一电池的关系，可应用高电压，或增加容量。然而，因电池本身具有充放电的特性，每个电池的电压会随着时间改变而变得不平衡。电池组中电池间的电压差可能会产生电池间的不平衡，因而耗损电池组的容量。关于此，已有许多电池平衡***及方法以平衡每个电池，避免所有电池过度充电，且平衡充电。
现有技术中有一种方法，其允许电流通过电阻等流至电池组中高电压电池，以调整电池平衡。虽然此方法满简单，但其有一缺点，即如果不平衡的高电压电池增加时，会增加放电电流且会产生热。除此之外，此方法的另一缺点是，在电池组的所有电池中，平衡被调整为具有最低电压值的电池。除此之外，有一种允许充电电流流过电池组中低电压电池以调整平衡的方法。此方法使用直流-直流转换器，其优点为效率一般来说都很高，且产生的热能很少。
然而，此方法亦有一缺点，即如果低电压的电池数量增加时，整个电池组的电池电压会比其原始的最低电压还低。而且，当读取每个电池的电压时，因读取时间差的关系，读到的电压之间会产生很大的差异。由于电压读取时间的差异，电池平衡***会确定电池是不平衡的。依据每个电池电压读取的时间，电压值存在差别，尤其在锂离子电池中使用线路选择装置来调整电压平衡的装置。在现有的电池平衡调整装置中，当通过负载装置载入电流时，电池的电极电压(ternimalvoltage)会随着载入电流的变化而改变。负载装置的负载会随着时间的推移而改变。因此，当读取到电池的电极电压，且将其通过线路选择装置在中央处理器中比较时，即使所有电池的电压实际上是平衡的，仍会分别读取每个电池的电极电压值。所以，中央处理器会确定每个电池是不平衡，然后输出平衡控制信号以控制平衡电流控制区。当在电池平衡***中，通过线路电压选择装置读取电池电极电压时，如果负载电流在电池中没有改变，则会发现电池电极电压亦没有变化。因此，中央处理器会确定电池电极的电压是平衡的。然而，当负载电流改变时，电池电极电压亦会变化。因此，当载入电流实时改变时，中央处理器会确定电池的电极电压是变得不平衡，因为随着时间改变带来的负载变化导致了电压读取差异。像这样，当中央处理器使用电路选择装置读取电池的电极电压时，由于选择电池电极的时间不同，读到的电池电极电压可能会不同。
因此，需要一种电池平衡***或方法，其能够在电池***中减少读取电池电压的误差，快速地执行电压平衡，且增加电压平衡的准确性。
依据现有技术，电池平衡***会有各种条件限制。举例来说，只有在***本身没有运作时才可进行电压平衡。由于这些限制的关系，电压平衡运作变得复杂，会消耗不必要的时间，且会降低电压平衡的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充电电池组的直接平衡充电装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种充电电池组的直接平衡充电装置，包括A电芯模块、B电芯模块、电池组控制器和充电直流电源，所述A电芯模块作为底层模块，所述A电芯模块上层叠有若干个B电芯模块；所述A电芯模块内部包含一颗A电芯、一个连接于充电电池组充电正输入端与A电芯正极之间的并联正极控制电子开关(SW1)，所述A电芯正极引出一条A电芯电压监测信号线
(Signal1)，A电芯电压监测信号线(Signal1)与电池组控制器的电芯电压监测端相连；A电芯负极与充电电池组负输出端相连；
所述B电芯模块内部包含一颗B电芯、一个连接于充电电池组充电正输入端与B电芯正极间的并联正极控制电子开关(SW1)、一个连接于充电电池组负输出端与B电芯负极间的并联负极控制电子开关(SW2)，以及一个连接于B电芯模块串联后的负输出端与B电芯负极之间的串联控制电子开关(SW3)，B电芯正极引出一条B电芯电压监测信号线(Signal1)与电池组控制器的电芯电压监测端相连；所述电池组控制器与A电芯模块和B电芯模块一起封装于充电电池组外壳内，电池组控制器上设置电芯电压监测输入端，用于监测每颗电芯正极对充电电池组负输出端之间的电压；并联正极控制电子开关控制端与并联负极控制电子开关控制端，用于控制电芯的并联连接；串联控制电子开关控制端，用于控制电芯的串联连接；电池组控制器通过数据总线与充电直流电源通信，向充电直流电源提供电池组所需的充电要求；
所述充电直流电源的输入端与供电电网连接，所述充电直流电源的充电输出端与充电电池组充电输入端连接，所述充电直流电源的供电输出端与电池组控制器供电端连接，所述充电直流电源通过数据总线与电池组控制器通迅；
所述A电芯模块中的电芯的负极与充电电池组负输出端相连，所述A电芯模块中的电芯的正极与第一级B电芯模块中设置的串联控制电子开关(SW3)相连；所述若干个B电芯模块串联连接。
在上述技术方案中，所述电池组控制器内置温度传感器，用于监测整个电池组的温度状态。
在上述技术方案中，所述充电直流电源与充电电池组分离。
在上述技术方案中，在单输出电压设计中，最后一级B电芯模块中电芯的正极与充电电池组正输出端相连；在多输出电压设计中，电池组充电正输入端与电池组正输出端相连。
本发明同时提供了上述充电电池组的直接平衡充电装置进行充电的方法，包含以下工作模式：
(1)、存放模式：当电池组控制器既没收到充电信号，也没收到放电信号时，电池组进入存放模式。此时电池组控制器断开所有模块内的全部控制电子开关。使电池组自耗电降到最低；
(2)、充电模式：当充电直流电源接入时，电池组进入充电模式，电池组控制器首先控制全部电芯模块内的并联负极控制电子开关(SW2)导通，同时断开全部其它控制电子开关，此时电池组内全部电芯的负极与电池组负输出端相连，电池组控制器精确测量各个电芯的实际电压，根据获得的电芯实际电压自动选择充电模式；当出现个别电芯电压低于电芯限制电压时，终止充电操作，并通过指示灯提示报错；
(3)、充电模式1：
当各个电芯剩余电压较高时，进入充电模式1：
电池组控制器先向充电直流电源发送符合单节电芯充电的低电压充电信号，待确认充电直流电源充电输出端电压正确后，电池组控制器控制全部电芯模块内的并联正极控制电子开关(SW1)导通，并保持所有并联负极控制电子开关(SW2)的导通和所有串联控制电子开关(SW3)的断开，此时全部电芯的正极与充电正输入端相连，负极与充电负输入端相连；此时所有电芯被接为并联方式充电，充电结束时所有电芯同时达到相同的充电完成电压；
(4)、充电模式2：
当各个电芯剩余电压较低时，进入充电模式2：
此时为了降低充电输入端的电流。电池组控制器先向充电直流电源发送符合全部电芯串联充电的高电压充电信号，待确认充电直流电源充电输出端电压正确后，电池组控制器断开所有电芯模块内的并联负极控制电子开关(SW2)，而后控制所有电芯模块内的串联控制电子开关(SW3)和最后一级B电芯模块中的并联正极控制电子开关(SW1)导通，并保持其它控制电子开关的断开；此时所有电芯被接为串联方式充电；电池组控制器同时实时监测各电芯的实际电压，待各个电芯实际电压接近充电完成电压时，电池组控制器自动切换充电模式到充电模式1；
(5)、充电模式3：
当有部分电芯电压与其它电芯相差较大时，进入充电模式3：
电池组控制器先向充电电源发送符合单节电芯充电的低电压充电信号，待确认充电直流电源充电输出端电压正确后，电池组控制器控制电芯电压较低的电芯模块内的并联正极控制电子开关(SW1)导通，并保持所有电芯模块内的并联负极控制电子开关(SW2)的导通和串联控制电子开关(SW3)的断开；此时只对电芯电压较低的电芯进行补偿充电，同时电池组控制器精确监测其它电芯模块内电芯的实际电压；使通过补偿充电的电芯的电压达到其它电芯的平均实际电压。补偿充电完成后，电池组控制器根据各个电芯的实际电压自动切换充电模式到充电模式1或充电模式2；
(6)、放电模式：
电池组被分为：单输出电压设计、多输出电压设计；
在单输出电压设计中，当电池组控制器接收到放电输出信号时，电池组进入放电模式；电池组控制器控制所有电芯模块中的串联控制电子开关(SW3)导通，同时保持其它控制电子开关的断开；此时电池组内电芯接为串联状态，其电池组输出端电压为所有电芯电压之和；
在多输出电压设计中，当电池组控制器接收到放电输出信号和输出电压档位设定时，电池组进入放电模式；电池组控制器通过控制部分电芯模块内的串联控制电子开关(SW3)、部分电芯模块内的并联正极控制电子开关(SW1)和部分电芯模块内的并联负极控制电子开关(SW2)的导通，同时保持其余控制电子开关的断开；使电池芯通过先串联连接再并联接入电池组输出端，以获得不同的电池组输出端电压；
(7)、监测模式：
充电和放电过程中，电池组控制器监测每个电芯的实际电压与电池组温度；如果参数超过安全阈值，择立刻终止充电或放电过程。并通过指示灯提示报错。
本发明的提供的直接平衡充电方法可应用于蓄电池组中也可应用于超级电容组中；将超级电容替代蓄电芯，同时根据超级电容参数更改电池组控制器设置参数即可。本发明的特点在于，蓄电池组或超级电容组可以接受较低的充电电压，同时放电输出电压可通过模块的串联和并联调整。在充电过程中无需对单个电芯或超级电容的电压进行二次电压平衡操作，减少了充电时间。当使用了该平衡充电设计的超级电容组应用于电动车辆能量回收时，由于该超级电容组可支持多种充电电压，可根据由车辆中驱动电机在减速刹车时产生的输出电压灵活切换超级电容组内部超级电容间的连接结构，改变其所需的充电电压，以实现能量的最大化回收。启动时，则可根据驱动电机的实际需要调整超级电容组的输出电压。
上述技术方案的本发明，具有以下技术进步：
1、在无需二次充电平衡步骤的情况下保证每个电芯在充电结束时达到100％充满状态；2.实现充电时可用较低电压为电池组充电，放电时电池组能输出较高的放电输出电压；3.通过电池组内若干电池芯的串/并联组合实现电池组对多种充电电压的兼容；4.充电时由电池组控制器监测电池组内每个电芯的电压，并决定电池组内部电池芯的串/并联方式。以提高充电速度；5.放电时电池组控制器通过对电池芯的串/并联组合改变，实现不同电压的输出。
附图说明
图1为本发明的4节电芯模块单电压输出应用等效电路示意图；
图2为本发明的4节电芯模块多电压输出应用等效电路示意图；
图3为本发明的A电芯模块等效电路示意图；
图4为本发明的A电芯模块单电压输出电路示意图；
图5为本发明的A电芯模块多电压输出电路示意图；
图6为本发明的B电芯模块等效电路；
图7为本发明的B电芯模块单电压输出电路示意图；
图8为本发明的B电芯模块多电压输出电路示意图；
图9为本发明的充电模式1等效示意图；
图10为本发明的充电模式2等效示意图；
图11为本发明的放电模式1等效示意图；
图12为本发明的放电模式2等效示意图；
图13为发明的装置结构示意图；
在单输出电压电路示意图中：
A电芯模块：
IN+为充电正输入端；
IN-/OUT-为充电负输入端与电池组负输出端；
SW1端口为并联正极控制信号，与电池组控制器控制信号输出端相连；
Signal1端口为电压监测采集线路，与电池组控制器电芯电压监测输入端相连；
SW1模块为并联正极控制电子开关；
B电芯模块：
IN+为充电正输入端；
IN-/OUT-为充电负输入端与电池组负输出端；
SW1端口为并联正极控制信号，与电池组控制器控制信号输出端相连；
SW2端口为并联负极控制信号，与电池组控制器控制信号输出端相连；
SW3端口为串联控制信号，与电池组控制器控制信号输出端相连；
Signal1端口为电压监测采集线路，与电池组控制器电芯电压监测输入端相连；
SW1模块为并联正极控制电子开关；
SW2模块为并联负极控制电子开关；
SW3模块为串联控制电子开关。
多输出电压设计：
A电芯模块：
IN+/OUT+为充电正输入端与电池组正输出端；
IN-/OUT-为充电负输入端与电池组负输出端；
SW1.1端口为并联正极控制信号-闸管M1.1，与电池组控制器控制信号输出端相连；
SW1.2端口为并联正极控制信号-闸管M1.2，与电池组控制器控制信号输出端相连；
Signal1端口为电压监测采集线路，与电池组控制器电芯电压监测输入端相连；
SW1模块为并联正极控制电子开关；
B电芯模块：
IN+/OUT-为充电正输入端与电池组正输出端；
IN-/OUT-为充电负输入端与电池组负输出端；
SW1.1端口为并联正极控制信号-闸管M1.1，与电池组控制器控制信号输出端相连；
SW1.2端口为并联正极控制信号-闸管M1.2，与电池组控制器控制信号输出端相连；
SW2端口为并联负极控制信号，与电池组控制器控制信号输出端相连；
SW3端口为串联控制信号，与电池组控制器控制信号输出端相连；
Signal1端口为电压监测采集线路，与电池组控制器电芯电压监测输入端相连；
SW1模块为并联正极控制电子开关；
SW2模块为并联负极控制电子开关；
SW3模块为串联控制电子开关。
具体实施方式
为便于更好的理解本发明的目的、结构、特征以及功效等，现结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明中的基于充电电池组的直接平衡充电装置及方法，如图1至图12所示。其所述的充电电池组的直接平衡充电装置，包括A电芯模块、B电芯模块、电池组控制器和充电直流电源，A电芯模块作为底层模块，A电芯模块上层叠有若干个B电芯模块；A电芯模块内部包含一颗A电芯、一个连接于充电电池组充电正输入端与A电芯正极之间的并联正极控制电子开关(SW1)，A电芯正极引出一条A电芯电压监测信号线(Signal1)，A电芯电压监测信号线(Signal1)与电池组控制器的电芯电压监测端相连；A电芯负极与充电电池组负输出端相连；B电芯模块内部包含一颗B电芯、一个连接于充电电池组充电正输入端与B电芯正极间的并联正极控制电子开关(SW1)、一个连接于充电电池组负输出端与B电芯负极间的并联负极控制电子开关(SW2)，以及一个连接于B电芯模块串联后的负输出端与B电芯负极之间的串联控制电子开关(SW3)，B电芯正极引出一条B电芯电压监测信号线(Signal1)与电池组控制器的电芯电压监测端相连；电池组控制器与A电芯模块和B电芯模块一起封装于充电电池组外壳内，电池组控制器上设置电芯电压监测输入端，用于监测每颗电芯正极对充电电池组负输出端之间的电压；并联正极控制电子开关控制端与并联负极控制电子开关控制端，用于控制电芯的并联连接；串联控制电子开关控制端，用于控制电芯的串联连接；电池组控制器通过数据总线与充电直流电源通信，向充电直流电源提供电池组所需的充电要求；充电直流电源的输入端与供电电网连接，充电直流电源的充电输出端与充电电池组充电输入端连接，充电直流电源的供电输出端与电池组控制器供电端连接，充电直流电源通过数据总线与电池组控制器通迅；A电芯模块中的电芯的负极与充电电池组负输出端相连，A电芯模块中的电芯的正极与第一级B电芯模块中设置的串联控制电子开关(SW3)相连；所述若干个B电芯模块串联连接。电池组控制器内置用于监测整个电池组的温度状态的温度传感器。充电直流电源与充电电池组分离。在单输出电压设计中，最后一级B电芯模块中电芯的正极与充电电池组正输出端相连；在多输出电压设计中，电池组充电正输入端与电池组正输出端相连。
充电电池组的直接平衡充电装置进行充电的方法，包含以下工作模式：
(1)、存放模式：当电池组控制器既没收到充电信号，也没收到放电信号时，电池组进入存放模式。此时电池组控制器断开所有模块内的全部控制电子开关。使电池组自耗电降到最低；
(2)、充电模式：当充电直流电源接入时，电池组进入充电模式，电池组控制器首先控制全部电芯模块内的并联负极控制电子开关(SW2)导通，同时断开全部其它控制电子开关，此时电池组内全部电芯的负极与电池组负输出端相连，电池组控制器精确测量各个电芯的实际电压，根据获得的电芯实际电压自动选择充电模式；当出现个别电芯电压低于电芯限制电压时，终止充电操作，并通过指示灯提示报错；
(3)、充电模式1：
当各个电芯剩余电压较高时，进入充电模式1：
电池组控制器先向充电直流电源发送符合单节电芯充电的低电压充电信号，待确认充电直流电源充电输出端电压正确后，电池组控制器控制全部电芯模块内的并联正极控制电子开关(SW1)导通，并保持所有并联负极控制电子开关(SW2)的导通和所有串联控制电子开关(SW3)的断开，此时全部电芯的正极与充电正输入端相连，负极与充电负输入端相连；此时所有电芯被接为并联方式充电，充电结束时所有电芯同时达到相同的充电完成电压；
(4)、充电模式2：
当各个电芯剩余电压较低时，进入充电模式2：
此时为了降低充电输入端的电流。电池组控制器先向充电直流电源发送符合全部电芯串联充电的高电压充电信号，待确认充电直流电源充电输出端电压正确后，电池组控制器断开所有电芯模块内的并联负极控制电子开关(SW2)，而后控制所有电芯模块内的串联控制电子开关(SW3)和最后一级B电芯模块中的并联正极控制电子开关(SW1)导通，并保持其它控制电子开关的断开；此时所有电芯被接为串联方式充电；电池组控制器同时实时监测各电芯的实际电压，待各个电芯实际电压接近充电完成电压时，电池组控制器自动切换充电模式到充电模式1；
(5)、充电模式3：
当有部分电芯电压与其它电芯相差较大时，进入充电模式3：
电池组控制器先向充电电源发送符合单节电芯充电的低电压充电信号，待确认充电直流电源充电输出端电压正确后，电池组控制器控制电芯电压较低的电芯模块内的并联正极控制电子开关(SW1)导通，并保持所有电芯模块内的并联负极控制电子开关(SW2)的导通和串联控制电子开关(SW3)的断开；此时只对电芯电压较低的电芯进行补偿充电，同时电池组控制器精确监测其它电芯模块内电芯的实际电压；使通过补偿充电的电芯的电压达到其它电芯的平均实际电压。补偿充电完成后，电池组控制器根据各个电芯的实际电压自动切换充电模式到充电模式1或充电模式2；
(6)、放电模式：
电池组被分为：单输出电压设计、多输出电压设计；
在单输出电压设计中，当电池组控制器接收到放电输出信号时，电池组进入放电模式；电池组控制器控制所有电芯模块中的串联控制电子开关(SW3)导通，同时保持其它控制电子开关的断开；此时电池组内电芯接为串联状态，其电池组输出端电压为所有电芯电压之和；
在多输出电压设计中，当电池组控制器接收到放电输出信号和输出电压档位设定时，电池组进入放电模式；电池组控制器通过控制部分电芯模块内的串联控制电子开关(SW3)、部分电芯模块内的并联正极控制电子开关(SW1)和部分电芯模块内的并联负极控制电子开关(SW2)的导通，同时保持其余控制电子开关的断开；使电池芯通过先串联连接再并联接入电池组输出端，以获得不同的电池组输出端电压；
(7)、监测模式：
充电和放电过程中，电池组控制器监测每个电芯的实际电压与电池组温度；如果参数超过安全阈值，择立刻终止充电或放电过程。并通过指示灯提示报错。
本发明的特点在于，蓄电池组或超级电容组可以接受较低的充电电压，同时放电输出电压可通过模块的串联和并联调整。在充电过程中无需对单个电芯或超级电容的电压进行二次电压平衡操作，减少了充电时间。当使用了该平衡充电设计的超级电容组应用于电动车辆能量回收时，由于该超级电容组可支持多种充电电压，可根据由车辆中驱动电机在减速刹车时产生的输出电压灵活切换超级电容组内部超级电容间的连接结构，改变其所需的充电电压，以实现能量的最大化回收。启动时，则可根据驱动电机的实际需要调整超级电容组的输出电压。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种充电电池组的直接平衡充电装置，其特征在于：包括A电芯模块、B电芯模块、电池组控制器和充电直流电源，所述A电芯模块作为底层模块，所述A电芯模块上层叠有若干个B电芯模块；
所述A电芯模块内部包含一颗A电芯、一个连接于充电电池组充电正输入端与A电芯正极之间的并联正极控制电子开关(SW1)，所述A电芯正极引出一条A电芯电压监测信号线(Signal1)，A电芯电压监测信号线(Signal1)与电池组控制器的电芯电压监测端相连；A电芯负极与充电电池组负输出端相连；
所述B电芯模块内部包含一颗B电芯、一个连接于充电电池组充电正输入端与B电芯正极间的并联正极控制电子开关(SW1)、一个连接于充电电池组负输出端与B电芯负极间的并联负极控制电子开关(SW2)，以及一个连接于B电芯模块串联后的负输出端与B电芯负极之间的串联控制电子开关(SW3)，B电芯正极引出一条B电芯电压监测信号线(Signal1)与电池组控制器的电芯电压监测端相连；
所述电池组控制器与A电芯模块和B电芯模块一起封装于充电电池组外壳内，电池组控制器上设置电芯电压监测输入端，用于监测每颗电芯正极对充电电池组负输出端之间的电压；并联正极控制电子开关控制端与并联负极控制电子开关控制端，用于控制电芯的并联连接；串联控制电子开关控制端，用于控制电芯的串联连接；电池组控制器通过数据总线与充电直流电源通信，向充电直流电源提供电池组所需的充电要求；
所述充电直流电源的输入端与供电电网连接，所述充电直流电源的充电输出端与充电电池组充电输入端连接，所述充电直流电源的供电输出端与电池组控制器供电端连接，所述充电直流电源通过数据总线与电池组控制器通迅；
所述A电芯模块中的电芯的负极与充电电池组负输出端相连，所述A电芯模块中的电芯的正极与第一级B电芯模块中设置的串联控制电子开关(SW3)相连；所述若干个B电芯模块串联连接。
2.根据权利要求1所述的充电电池组的直接平衡充电装置，其特征在于：所述电池组控制器内置用于监测整个电池组的温度状态的温度传感器。
3.根据权利要求1所述的充电电池组的直接平衡充电装置，其特征在于：所述充电直流电源与充电电池组分离。
4.根据权利要求1所述的充电电池组的直接平衡充电装置，其特征在于：在单输出电压设计中，最后一级B电芯模块中电芯的正极与充电电池组正输出端相连；在多输出电压设计中，电池组充电正输入端与电池组正输出端相连。
5.一种权利要求1所述的充电电池组的直接平衡充电装置进行充电的方法，其特征在于包含以下工作模式：
(1)、存放模式：当电池组控制器既没收到充电信号，也没收到放电信号时，电池组进入存放模式；此时电池组控制器断开所有模块内的全部控制电子开关；使电池组自耗电降到最低；
(2)、充电模式：当充电直流电源接入时，电池组进入充电模式，电池组控制器首先控制全部电芯模块内的并联负极控制电子开关(SW2)导通，同时断开全部其它控制电子开关，此时电池组内全部电芯的负极与电池组负输出端相连，电池组控制器精确测量各个电芯的实际电压，根据获得的电芯实际电压自动选择充电模式；当出现个别电芯电压低于电芯限制电压时，终止充电操作，并通过指示灯提示报错；
(3)、充电模式1：
当各个电芯剩余电压较高时，进入充电模式1：
电池组控制器先向充电直流电源发送符合单节电芯充电的低电压充电信号，待确认充电直流电源充电输出端电压正确后，电池组控制器控制全部电芯模块内的并联正极控制电子开关(SW1)导通，并保持所有并联负极控制电子开关(SW2)的导通和所有串联控制电子开关(SW3)的断开，此时全部电芯的正极与充电正输入端相连，负极与充电负输入端相连；此时所有电芯被接为并联方式充电，充电结束时所有电芯同时达到相同的充电完成电压；
(4)、充电模式2：
当各个电芯剩余电压较低时，进入充电模式2：
此时为了降低充电输入端的电流，电池组控制器先向充电直流电源发送符合全部电芯串联充电的高电压充电信号，待确认充电直流电源充电输出端电压正确后，电池组控制器断开所有电芯模块内的并联负极控制电子开关(SW2)，而后控制所有电芯模块内的串联控制电子开关(SW3)和最后一级B电芯模块中的并联正极控制电子开关(SW1)导通，并保持其它控制电子开关的断开；此时所有电芯被接为串联方式充电；电池组控制器同时实时监测各电芯的实际电压，待各个电芯实际电压接近充电完成电压时，电池组控制器自动切换充电模式到充电模式1；
(5)、充电模式3：
当有部分电芯电压与其它电芯相差较大时，进入充电模式3：
电池组控制器先向充电电源发送符合单节电芯充电的低电压充电信号，待确认充电直流电源充电输出端电压正确后，电池组控制器控制电芯电压较低的电芯模块内的并联正极控制电子开关(SW1)导通，并保持所有电芯模块内的并联负极控制电子开关(SW2)的导通和串联控制电子开关(SW3)的断开；此时只对电芯电压较低的电芯进行补偿充电，同时电池组控制器精确监测其它电芯模块内电芯的实际电压；使通过补偿充电的电芯的电压达到其它电芯的平均实际电压；补偿充电完成后，电池组控制器根据各个电芯的实际电压自动切换充电模式到充电模式1或充电模式2；
(6)、放电模式：
电池组被分为：单输出电压设计、多输出电压设计；
在单输出电压设计中，当电池组控制器接收到放电输出信号时，电池组进入放电模式；电池组控制器控制所有电芯模块中的串联控制电子开关(SW3)导通，同时保持其它控制电子开关的断开；此时电池组内电芯接为串联状态，其电池组输出端电压为所有电芯电压之和；
在多输出电压设计中，当电池组控制器接收到放电输出信号和输出电压档位设定时，电池组进入放电模式；电池组控制器通过控制部分电芯模块内的串联控制电子开关(SW3)、部分电芯模块内的并联正极控制电子开关(SW1)和部分电芯模块内的并联负极控制电子开关(SW2)的导通，同时保持其余控制电子开关的断开；使电池芯通过先串联连接再并联接入电池组输出端，以获得不同的电池组输出端电压；
(7)、监测模式：
充电和放电过程中，电池组控制器监测每个电芯的实际电压与电池组温度；如果参数超过安全阈值，择立刻终止充电或放电过程；并通过指示灯提示报错。
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Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106505672A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-03-15 | 电子科技大学 | 一种串联超级电容组充电均衡电路及其均衡方法 |
| CN107139747A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-09-08 | 南昌大学 | 电动汽车 |
| CN107508357A (zh) * | 2017-09-15 | 2017-12-22 | 启攀微电子（上海）有限公司 | 一种多节并联的锂电池管理*** |
| CN107887935A (zh) * | 2016-09-29 | 2018-04-06 | 天津三星通信技术研究有限公司 | 电池组 |
| CN109193881A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-01-11 | 北斗航天汽车（北京）有限公司 | 带有快速充电功能的电池包及快速充电方法 |
| CN109677296A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-26 | 法法汽车(中国)有限公司 | 一种动力电池及其控制方法、电动汽车 |
| CN109950942A (zh) * | 2017-12-21 | 2019-06-28 | 埃里克·保罗·格拉斯霍夫 | 电池中的电芯平衡 |
| TWI667863B (zh) * | 2017-12-26 | 2019-08-01 | 國家中山科學研究院 | High voltage battery dynamic balance method |
| EP3506451A4 (en) * | 2016-09-14 | 2019-08-14 | Huawei Technologies Co., Ltd. | FAST CHARGING METHOD FOR SERIAL BATTERY PACK AND DEVICE THEREOF |
| CN110224184A (zh) * | 2018-03-01 | 2019-09-10 | 法法汽车(中国)有限公司 | 动力电池、电动汽车及对该动力电池进行充电的控制方法 |
| CN110641316A (zh) * | 2018-06-27 | 2020-01-03 | 法法汽车(中国)有限公司 | 动力电池充电控制电路及充电控制方法、电动汽车 |
| CN111063950A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-04-24 | 深圳市道通智能航空技术有限公司 | 充电方法和充电*** |
| CN112060972A (zh) * | 2019-06-10 | 2020-12-11 | 北京理工大学 | 一种新型电池单体主动均衡*** |
| CN112217247A (zh) * | 2020-08-23 | 2021-01-12 | 江西省世道新能源科技有限公司 | 一种锂电池生产用储能设备及其实施方法 |
| CN112498176A (zh) * | 2019-09-16 | 2021-03-16 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 具有多电池组电池***的电动动力系 |
| CN113060019A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-07-02 | 蜂巢能源科技有限公司 | 动力电池包及其控制方法 |
| CN114976506A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-08-30 | 盐城国投中科新能源科技有限公司 | 一种启动锂电池***并联装置及其使用方法 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110556848A (zh) * | 2018-06-04 | 2019-12-10 | 周锡卫 | 一种基于蓄电池组串调控的bms及储能*** |
| CN108891262A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-11-27 | 珠海银隆电器有限公司 | 一种高压控制电路以及高压控制箱 |
| CN110707373A (zh) * | 2018-07-10 | 2020-01-17 | 周锡卫 | 一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能*** |
| CN110333452A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-15 | 广东省珠海市质量计量监督检测所 | 一种bms测试平台用动力电池模拟***及其控制方法 |
| CN112687968A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-20 | 苏州易美新思新能源科技有限公司 | 一种智能锂离子电池单体及其模组 |
| CN112670607B (zh) * | 2020-12-22 | 2023-09-05 | 江苏金帆电源科技有限公司 | 一种多电池串联化成的控制*** |
| DE102021211960A1 (de) | 2021-10-25 | 2023-04-27 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Energiespeichersystem für elektrisch antreibbare Fahrzeuge |
| CN114280487B (zh) * | 2021-11-22 | 2023-12-15 | 贵州电网有限责任公司 | 一种新型单体蓄电池电压采集模块 |
| CN114887258B (zh) * | 2022-05-13 | 2023-06-02 | 国网湖北省电力有限公司宜昌供电公司 | 基于磷酸铁锂蓄电池的变电站直流消防*** |
| CN116799915B (zh) * | 2023-06-29 | 2023-12-29 | 航天锂电科技(江苏)有限公司 | 一种锂电池组的降压均衡电路及其控制方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102088122A (zh) * | 2010-12-28 | 2011-06-08 | 深圳市理邦精密仪器股份有限公司 | 锂二次电池组的充电方法及充电装置 |
| US20110181245A1 (en) * | 2010-01-22 | 2011-07-28 | National Chip Implementation Center National Applied Research Laboratories. | Unitized charging and discharging battery management system and programmable battery management module thereof |
| FR2981520A1 (fr) * | 2011-10-13 | 2013-04-19 | Renault Sa | Equilibrage d'une batterie de stockage d'energie electrique |
| CN104092266A (zh) * | 2014-07-25 | 2014-10-08 | 李晚霞 | 一种解决动力电池快速安全充放电的方法及装置 |
| CN205565813U (zh) * | 2016-04-15 | 2016-09-07 | 周衍 | 充电电池组的直接平衡充电装置 |
-
2016
- 2016-04-15 CN CN201610235344.XA patent/CN105703447B/zh active Active
-
2017
- 2017-04-15 DE DE102017003719.1A patent/DE102017003719A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110181245A1 (en) * | 2010-01-22 | 2011-07-28 | National Chip Implementation Center National Applied Research Laboratories. | Unitized charging and discharging battery management system and programmable battery management module thereof |
| CN102088122A (zh) * | 2010-12-28 | 2011-06-08 | 深圳市理邦精密仪器股份有限公司 | 锂二次电池组的充电方法及充电装置 |
| FR2981520A1 (fr) * | 2011-10-13 | 2013-04-19 | Renault Sa | Equilibrage d'une batterie de stockage d'energie electrique |
| CN104092266A (zh) * | 2014-07-25 | 2014-10-08 | 李晚霞 | 一种解决动力电池快速安全充放电的方法及装置 |
| CN205565813U (zh) * | 2016-04-15 | 2016-09-07 | 周衍 | 充电电池组的直接平衡充电装置 |
Cited By (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10819124B2 (en) | 2016-09-14 | 2020-10-27 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Fast charging method and related device for series battery pack |
| EP3506451A4 (en) * | 2016-09-14 | 2019-08-14 | Huawei Technologies Co., Ltd. | FAST CHARGING METHOD FOR SERIAL BATTERY PACK AND DEVICE THEREOF |
| CN107887935A (zh) * | 2016-09-29 | 2018-04-06 | 天津三星通信技术研究有限公司 | 电池组 |
| CN106505672A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-03-15 | 电子科技大学 | 一种串联超级电容组充电均衡电路及其均衡方法 |
| CN107139747A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-09-08 | 南昌大学 | 电动汽车 |
| CN107508357A (zh) * | 2017-09-15 | 2017-12-22 | 启攀微电子（上海）有限公司 | 一种多节并联的锂电池管理*** |
| CN109950942A (zh) * | 2017-12-21 | 2019-06-28 | 埃里克·保罗·格拉斯霍夫 | 电池中的电芯平衡 |
| TWI667863B (zh) * | 2017-12-26 | 2019-08-01 | 國家中山科學研究院 | High voltage battery dynamic balance method |
| CN110224184A (zh) * | 2018-03-01 | 2019-09-10 | 法法汽车(中国)有限公司 | 动力电池、电动汽车及对该动力电池进行充电的控制方法 |
| CN110641316B (zh) * | 2018-06-27 | 2023-04-28 | 法法汽车(中国)有限公司 | 动力电池充电控制电路及充电控制方法、电动汽车 |
| CN110641316A (zh) * | 2018-06-27 | 2020-01-03 | 法法汽车(中国)有限公司 | 动力电池充电控制电路及充电控制方法、电动汽车 |
| CN109193881A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-01-11 | 北斗航天汽车（北京）有限公司 | 带有快速充电功能的电池包及快速充电方法 |
| CN109677296A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-26 | 法法汽车(中国)有限公司 | 一种动力电池及其控制方法、电动汽车 |
| CN112060972A (zh) * | 2019-06-10 | 2020-12-11 | 北京理工大学 | 一种新型电池单体主动均衡*** |
| CN112060972B (zh) * | 2019-06-10 | 2023-11-03 | 北京理工大学 | 一种新型电池单体主动均衡*** |
| CN112498176B (zh) * | 2019-09-16 | 2023-11-21 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 具有多电池组电池***的电动动力系 |
| CN112498176A (zh) * | 2019-09-16 | 2021-03-16 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 具有多电池组电池***的电动动力系 |
| CN111063950A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-04-24 | 深圳市道通智能航空技术有限公司 | 充电方法和充电*** |
| CN112217247B (zh) * | 2020-08-23 | 2022-08-23 | 江西省世道新能源科技有限公司 | 一种锂电池生产用储能设备及其实施方法 |
| CN112217247A (zh) * | 2020-08-23 | 2021-01-12 | 江西省世道新能源科技有限公司 | 一种锂电池生产用储能设备及其实施方法 |
| WO2022194253A1 (zh) * | 2021-03-17 | 2022-09-22 | 蜂巢能源科技股份有限公司 | 动力电池包及其控制方法 |
| CN113060019B (zh) * | 2021-03-17 | 2023-01-31 | 蜂巢能源科技股份有限公司 | 动力电池包及其控制方法 |
| CN113060019A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-07-02 | 蜂巢能源科技有限公司 | 动力电池包及其控制方法 |
| CN114976506A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-08-30 | 盐城国投中科新能源科技有限公司 | 一种启动锂电池***并联装置及其使用方法 |
Also Published As
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