CN106786816A - 主动式平衡充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动式平衡充电装置及使用其对二次电池进行充电的方法，二次电池包含一蓄电单元，蓄电单元包含多个串联的电池模块；主动式平衡充电装置包含一控制单元、一充电单元、一电压侦测单元及一温度侦测单元，其中，控制单元与充电单元耦接，电压侦测单元与控制单元及各电池模块耦接，温度侦测单元与控制单元耦接；充电单元包含一第一充电器、一第一开关、多个第二充电器及多个第二开关，其中，第一充电器与蓄电单元及一外部电力源耦接，第二充电器及第二开关的数目与电池模块的数目相等，各第二充电器分别与一电池模块及电力源耦接，各电池模块分别与一第二充电器耦接，各电池模块在同一时间只被第一充电器或一第二充电器充电。

Description

主动式平衡充电装置

技术领域

本发明涉及二次电池的充电装置，详而言之，尤指一种主动式平衡充电装置及使用所述充电装置对二次电池充电的方法。

背景技术

二次电池是一种可反复充/放电的电池，二次电池大量用作各种移动式装置(例如：汽/机车、移动电话等)的电力来源。随着各种移动式装置的不同用电需求，产生了各种不同规格(例如：蓄电量、电压等)的二次电池；二次电池主要包含一蓄电单元及一控制电路，蓄电单元主要包含多个电池芯串联构成的电池芯串，各电池芯串进一步串联，蓄电单元用于蓄积电力，控制电路为电子电路，控制电路与蓄电单元电性连接，蓄电单元通过控制电路与外部的用电设备或充电装置电性连接，以使蓄电单元充/放电。

二次电池进行充电时，需要使各电池芯串的充电平衡，避免单一电芯串的电池芯充电过度，影响电池芯的寿命及充电的安全性，现有的充电装置采用消耗电力手段或中止充电手段达到各电池芯串充电平衡的目的，其中，消耗电力手段主要是利用耗能形式的平衡电路将电压到达预设饱和电压的电池芯串的电力予以消耗，中止充电手段则是利用回路设计，使电压到达预设饱和电压的电池芯串中止充电。

但是，现有的充电装置所采用的消耗电力手段，充电耗用电力效率较差，充电时温度上升导致安全性低，而且，现有的充电装置所采用的中止充电手段，充电所需时间长，充电效率低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种主动式平衡充电装置及使用所述主动式平衡充电装置对二次电池进行充电的方法，通过首创的回路，使二次电池中的多个电池模块充电平衡。

本发明提供的主动式平衡充电装置用于对二次电池充电，二次电池包含一蓄电单元，蓄电单元包含多个串联的电池模块；

所述主动式平衡充电装置包含一控制单元、一充电单元、一电压侦测单元及一温度侦测单元，其中，控制单元为电子电路，控制单元与充电单元耦接，用于控制充电单元，电压侦测单元与控制单元及各电池模块耦接，电压侦测单元为电压侦测电路，用于侦测各电池模块的电压，温度侦测单元与控制单元耦接，温度侦测单元为温度侦测电路，用于侦测蓄电单元的温度；

充电单元包含一第一充电器、一第一开关、多个第二充电器及多个第二开关，其中，第一充电器与蓄电单元及一外部电力源耦接，用于对各电池模块进行充电，第一开关与第一充电器及蓄电单元耦接，用于控制第一充电器与蓄电单元之间的电路通/断，控制单元控制第一开关，第二充电器及第二开关的数目与电池模块的数目相等，各第二充电器分别与一电池模块及电力源耦接，各电池模块分别与一第二充电器耦接，各第二开关分别与一第二充电器及一电池模块耦接，用于控制各第二充电器与电池模块之间的电路通/断，控制单元控制各第二开关，第一充电器输出的充电电压为V1，第二充电器输出的充电电压为V2，第二充电器的数量为n，V1＞n×V2。

如前所述的主动式平衡充电装置，其中，控制单元与一无线通信单元连接，无线通信单元用于向云端传送二次电池中的蓄电单元的电压及温度数值。

本发明还提供了一种使用前述主动式平衡充电装置对二次电池进行充电的方法，包含以下步骤：

搜集电池信息：电压侦测单元侦测各电池模块的电压，温度侦测单元侦测蓄电单元的温度，控制单元根据电压侦测单元侦测的电压及温度侦测单元侦测的温度，控制充电单元；

前期平衡充电：若至少一电池模块的电压低于平均电压值，第一开关保持断开状态，第一充电器与蓄电单元之间形成断路，电压低于平均电压值的电池模块耦接的第二开关切换为导通状态，其他第二开关保持断开状态，充电单元只对电压低于平均电压值的电池模块充电；当各电池模块的电压均等于或高于平均电压值时，停止前期平衡充电；所述平均电压值由电池模块的内阻抗值决定；

全体充电：若各电池模块的电压均等于或高于平均电压值，各第二开关均保持断开状态，第一开关切换为导通状态，第一充电器与蓄电单元形成通路，第一充电器对各电池模块充电；当至少一电池模块的电压等于饱和电压值时，停止全体充电；

后期平衡充电：若至少一电池模块的电压等于饱和电压值，第一开关断开，第一充电器与蓄电单元形成断路，电压等于饱和电压值的电池模块耦接的第二开关断开，电压低于饱和电压值的电池模块耦接的第二开关切换为导通状态，充电单元只对电压低于饱和电压值的电池模块充电；当各电池模块电压均等于饱和电压值时，各第二开关均断开，完成二次电池的充电；

过热保护：当蓄电单元的温度等于或大于预设的安全温度时，第一开关及第二开关均保持断开状态，中止对蓄电单元充电；

各电池模块在同一时间只被第一充电器或一第二充电器充电。

本发明通过第一充电器对各电池模块充电，并在至少一电池模块电压等于饱和电压值时，各第二充电器只对电压未到达饱和电压值的电池模块充电，各电池模块在同一时间只被第一充电器或一第二充电器充电，充电耗用电力效率高，充电时不易引发温度上升等安全性问题，且充电所需时间短。

附图说明

图1为本发明一实施例的主动式平衡充电装置的电路方块示意图；

图2为本发明一实施例的主动式平衡充电装置对二次电池充电的方法流程图；

图3为本发明一实施例的主动式平衡充电装置执行前期充电步骤的电路方块示意图；

图4为本发明一实施例的主动式平衡充电装置执行全体充电步骤的电路方块示意图。

附图标记说明：1-蓄电单元；11-电池模块；2-控制单元；3-充电单元；31-第一充电器；32-第一开关；33-第二充电器；34-第二开关；4-电压侦测单元；5-温度侦测单元；9-电力源。

具体实施方式

图1为本发明一实施例的一种主动式平衡充电装置的电路方块示意图，显示主动式平衡充电装置与二次电池的蓄电单元1耦接的状态，蓄电单元1包含多个串联的电池模块11，电池模块11由多个电池芯串联组成，电池模块11也可以是单一个电池芯。

所述主动式平衡充电装置包含一控制单元2、一充电单元3、一电压侦测单元4及一温度侦测单元5，其中，控制单元2为电子电路，控制单元2与充电单元3耦接，用于控制充电单元3，电压侦测单元4与控制单元2及各电池模块11耦接，电压侦测单元4为电压侦测电路，用于侦测各电池模块11的电压，提供控制单元2控制充电单元3的依据，温度侦测单元5与控制单元2耦接，温度侦测单元5为温度侦测电路，用于侦测蓄电单元1的温度，提供控制单元2控制充电单元3的依据。

充电单元3包含一第一充电器31、一第一开关32、多个第二充电器33及多个第二开关34，其中，第一充电器31与蓄电单元1及一外部电力源9耦接，用于对各电池模块11充电，电力源9可以是提供电力的发电机或市电，第一开关32与第一充电器31及蓄电单元1耦接，用于控制第一充电器31与蓄电单元1之间的电路通/断，且控制单元2控制第一开关32，第二充电器33及第二开关34的数目与电池模块11的数目相等，各第二充电器33分别与一电池模块11及电力源9耦接，各电池模块11分别与一第二充电器33耦接，以使各第二充电器33分别对各电池模块11充电，各第一开关34分别与一第二充电器33及一电池模块11耦接，用于切换各第二充电器33与电池模块11之间的电路通/断，且控制单元2控制各第二开关34，第一充电器31输出的充电电压为V1，第二充电器33输出的充电电压为V2，第二充电器33的数量为n，V1＞n×V2。

使用前述实施例的主动式平衡充电装置对二次电池充电时，首先将主动式平衡充电装置与二次电池及外部电力源9耦接，即可利用主动式平衡充电装置对二次电池充电。

如图2所示，使用前述实施例的主动式平衡充电装置对二次电池充电的方法，包含以下步骤：

搜集电池信息：电压侦测单元4侦测各电池模块11的电压，温度侦测单元5侦测蓄电单元1的温度，控制单元2根据电压侦测单元4侦测的电压及温度侦测单元5侦测的温度控制充电单元3。

前期平衡充电：如图3所示，若至少一电池模块11的电压低于平均电压值，第一开关32保持断开状态，第一充电器31与蓄电单元1形成断路，电压低于平均电压值的电池模块11耦接的第二开关34切换为导通状态，其他第二开关34保持断开状态，充电单元3只对电压低于平均电压值的电池模块11充电；当各电池模块11的电压均等于或高于平均电压值时，停止前期平衡充电。所述平均电压值由电池模块11的内阻抗值决定。

全体充电：如图4所示，若各电池模块11的电压均等于或高于平均电压值，则各第二开关34均保持断开状态，第一开关32切换为导通状态，第一充电器31与蓄电单元1形成通路，第一充电器31对各电池模块11充电；当至少一电池模块11的电压等于饱和电压值时，停止全体充电。

后期平衡充电：若至少一电池模块11的电压等于饱和电压值，第一开关32断开，第一充电器31与蓄电单元1形成断路，电压等于饱和电压值的电池模块11耦接的第二开关34断开，电压低于饱和电压值的电池模块11耦接的第二开关34切换为导通状态，充电单元3只对电压低于饱和电压值的电池模块11充电；当各电池模块11的电压均等于饱和电压值时，各第二开关34均断开，完成二次电池的充电。

过热保护：当蓄电单元1的温度等于或大于预设的安全温度时，第一开关32及第二开关34均保持断开状态，中止对蓄电单元1充电，避免二次电池充电时由于温度过高而损坏。

各电池模块11在同一时间只被第一充电器31或一第二充电器33充电。

二次电池充电的初期，若至少一电池模块11的电压低于平均电压值，则进行前期平衡充电，以保护电池模块11，避免蓄电单元1中的某一电池模块11的蓄电能力降低。

如果各电池模块11的电压均等于或大于平均电压值，则进行全体充电，第一充电器31对蓄电单元1中的全体电池模块11充电，各电池模块11可快速的充电，然而，若主动式平衡充电装置与二次电池耦接，在搜集电池信息时，各电池模块11的电压均等于或大于平均电压值，则可不执行前期平衡充电，直接执行全体充电。

至少一电池模块11的电压等于饱和电压值，则执行后期平衡充电，利用输出电压V2较低的各第二充电器33分别对尚未充饱电的各电池模块11继续充电。据此，充电单元3可有效地利用一个第一充电器31及多个第二充电器33对各电池模块11进行充电，各电池模块11的充电平衡，执行充电所耗用时间与充电单元3的体积之间能够取得平衡。

本发明另一实施例的主动式平衡充电装置为在前述实施例的基础上，控制单元进一步与一无线通信单元连接，无线通信单元用于向电池供货商的云端管理***传送二次电池的蓄电单元1的电压数值及温度数值，云端管理***能够监测二次电池的电压及温度，记录二次电池的充电次数、每次充电的电压数值及充电所耗用时间，据此判断二次电池是否发生异常，当二次电池的电压及温度异常时，云端管理***可联系二次电池的使用者对二次电池进行维修或更换，二次电池完成充电时，云端管理***亦可主动通知用户。

Claims (3)

1.一种主动式平衡充电装置，用于对二次电池进行充电，二次电池包含一蓄电单元，蓄电单元包含多个串联的电池模块；其特征在于：

所述主动式平衡充电装置包含一控制单元、一充电单元、一电压侦测单元及一温度侦测单元，其中，控制单元为电子电路，控制单元与充电单元耦接，用于控制充电单元，电压侦测单元与控制单元及各电池模块耦接，电压侦测单元为电压侦测电路，用于侦测各电池模块的电压，温度侦测单元与控制单元耦接，温度侦测单元为温度侦测电路，用于侦测蓄电单元的温度；

充电单元包含一第一充电器、一第一开关、多个第二充电器及多个第二开关，其中，第一充电器与蓄电单元及一外部电力源耦接，用于对各电池模块进行充电，第一开关与第一充电器及蓄电单元耦接，用于控制第一充电器与蓄电单元之间的电路通/断，控制单元控制第一开关，第二充电器及第二开关的数目与电池模块的数目相等，各第二充电器分别与一电池模块及电力源耦接，各电池模块分别与一第二充电器耦接，各第二开关分别与一第二充电器及一电池模块耦接，用于控制各第二充电器与电池模块之间的电路通/断，控制单元控制各第二开关，第一充电器输出的充电电压为V1，第二充电器输出的充电电压为V2，第二充电器的数量为n，V1＞n×V2。

2.根据权利要求1所述的主动式平衡充电装置，其特征在于，控制单元与一无线通信单元连接，无线通信单元用于向云端传送二次电池中的蓄电单元的电压及温度数值。

3.一种使用权利要求1所述的主动式平衡充电装置对二次电池进行充电的方法，其特征在于，包含以下步骤：

搜集电池信息：电压侦测单元侦测各电池模块的电压，温度侦测单元侦测蓄电单元的温度，控制单元根据电压侦测单元侦测的电压及温度侦测单元侦测的温度控制充电单元；

前期平衡充电：若至少一电池模块的电压低于平均电压值，第一开关保持断开状态，第一充电器与蓄电单元之间形成断路，电压低于平均电压值的电池模块耦接的第二开关切换为导通状态，其他第二开关保持断开状态，充电单元只对电压低于平均电压值的电池模块充电；当各电池模块的电压均等于或高于平均电压值时，停止前期平衡充电；所述平均电压值由电池模块的内阻抗值决定；

全体充电：若各电池模块的电压均等于或高于平均电压值，各第二开关均保持断开状态，第一开关切换为导通状态，第一充电器与蓄电单元形成通路，第一充电器对各电池模块充电；当至少一电池模块的电压等于饱和电压值时，停止全体充电；

后期平衡充电：若至少一电池模块的电压等于饱和电压值，第一开关断开，第一充电器与蓄电单元形成断路，电压等于饱和电压值的电池模块耦接的第二开关断开，电压低于饱和电压值的电池模块耦接的第二开关切换为导通状态，充电单元只对电压低于饱和电压值的电池模块充电；当各电池模块电压均等于饱和电压值时，各第二开关均断开，完成二次电池的充电；

过热保护：当蓄电单元的温度等于或大于预设的安全温度时，第一开关及第二开关均保持断开状态，中止对蓄电单元充电；

各电池模块在同一时间只被第一充电器或一第二充电器充电。