專利名稱：一種串聯(lián)電池組均衡管理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種串聯(lián)電池組均衡管理裝置，特別涉及一種可以在充電、放電及電池 組閑置過(guò)程中對(duì)串聯(lián)動(dòng)力電池組中各單體電池的端電壓進(jìn)行均衡管理的裝置。
背景技術(shù)：
隨著電動(dòng)自行車、混合動(dòng)力汽車的快速發(fā)展，對(duì)動(dòng)力電池組需求日益增長(zhǎng)，尤其是鋰動(dòng) 力電池具有電壓高、密度大、體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)，為業(yè)界所青睞，以鋰電池串聯(lián)組成的 動(dòng)力電池組應(yīng)用越來(lái)越多。
由于構(gòu)成電池組的各個(gè)單體電池的荷電能力、充電和放電特性及壽命等初始差異及電池 組服役過(guò)程中各個(gè)電池特性的變化不一致，串聯(lián)電池組中的一個(gè)單體電池的荷電能力下降或 失效時(shí)，該單體電池在充電過(guò)程中表現(xiàn)為端電壓上升過(guò)快或過(guò)慢，還會(huì)伴隨電池發(fā)熱，采用 普通的充電方法會(huì)在檢測(cè)到一個(gè)單體電池的端電壓超過(guò)規(guī)定電壓而其它電池尚未充滿時(shí)停止 充電，導(dǎo)致整個(gè)電池組的荷電能力無(wú)法發(fā)揮。
中國(guó)專利200520061050. 7公開了一種帶有均壓分流控制板的串聯(lián)電池組充電控制裝置， 均壓分流控制板附加在每個(gè)單體電池上，充電過(guò)程中可以對(duì)端電壓較高的單體電池進(jìn)行分流， 以減少該單體電池的充電電流，降低其端電壓的上升速度，達(dá)到各單體電池端電壓一致的目 的，由于均壓分流電路工作時(shí)耗散能量，會(huì)伴隨發(fā)熱，對(duì)于大功率、大容量的電池，均壓分 流控制電路的作用極為微弱。
中國(guó)專利02127989.6公開了一種蓄電池組分只均充方法及裝置，通過(guò)繼電器的切換，對(duì) 串聯(lián)電池組中的各單體電池依次充電，達(dá)到各單體電池端電壓一致的目的。但是該方法效率 較低。將各單體電池通過(guò)繼電器直接連接到充電電源的方法存在安全隱患，在眾多繼電器中 有一個(gè)繼電器發(fā)生故障(如觸點(diǎn)粘結(jié))時(shí)，另一繼電器動(dòng)作將導(dǎo)致電池組中一個(gè)或多個(gè)電池 短路，對(duì)于大型動(dòng)力電池組將是災(zāi)難性的事故。
中國(guó)專利200610157109. 1公開了一種動(dòng)力電池組電壓均衡管理裝置，通過(guò)充電電池選通 模塊和放電電池選通模塊，及隔離充電/放電單元，可以實(shí)現(xiàn)用動(dòng)力電池組中電壓較高的電池 單體向電壓較低的電池單體充電，達(dá)到動(dòng)力電池組中各單體電池的端電壓趨于一致。該方案 必須同時(shí)控制充電電池選通模塊和放電電池選通模塊，控制系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)控制元件要求較高， 選通模塊中任何一個(gè)選通開關(guān)的故障，都可能造成電池短路的災(zāi)難性后果。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型提出了一種串聯(lián)電池組均衡管理裝置，在電池組充電、放電或閑置時(shí)均可以 對(duì)電池組中各單體電池的端電壓進(jìn)行均衡調(diào)整，保持電池組中各單體電池端電壓狀態(tài)一致， 實(shí)現(xiàn)高效均衡管理的同時(shí)避免因個(gè)別元件的故障可能導(dǎo)致的災(zāi)難性后果，提高電池組均衡管 理的安全性。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是控制器6通過(guò)端電壓檢測(cè)電路4實(shí)時(shí)
檢測(cè)串聯(lián)電池組中各單體電池的端電壓，充電隔離電源7的輸入端經(jīng)自鎖開關(guān)9與串聯(lián)電池 組的輸出電極連接，充電隔離電源7中的隔離DC/DC轉(zhuǎn)換電路將串聯(lián)電池組的端電壓轉(zhuǎn)換成 略高于單體電池的端電壓，經(jīng)恒流控制電路構(gòu)成恒流充電電源，控制器6依據(jù)檢測(cè)到的各單 體電池的端電壓，控制級(jí)連的轉(zhuǎn)換開關(guān)，將恒流充電電源連接到端電壓最低的單體電池，為 端電壓最低的單體電池充電，當(dāng)該單體電池的端電壓上升到與電池組中當(dāng)時(shí)最高電壓的單體 電池的端電壓的差值小于規(guī)定值時(shí)，停止對(duì)該單體電池充電?？刂破髦匦聶z測(cè)當(dāng)前各單體電 池的端電壓，控制級(jí)連的轉(zhuǎn)換開關(guān)，對(duì)端電壓最低的單體電池充電，以此類推，直到所有電 池的端電壓達(dá)到均勻一致。
多個(gè)雙端轉(zhuǎn)換開關(guān)采用級(jí)連的方式連接構(gòu)成級(jí)連連接的轉(zhuǎn)換開關(guān)2，參見圖l，每個(gè)雙端 轉(zhuǎn)換開關(guān)的移動(dòng)端與相鄰雙端轉(zhuǎn)換開關(guān)常閉端相連，各雙端轉(zhuǎn)換開關(guān)的常開端與電池組中各 單體電池的電極一一對(duì)應(yīng)連接，第一個(gè)雙端轉(zhuǎn)換開關(guān)的移動(dòng)端，即級(jí)連連接的轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸 入端，經(jīng)自鎖開關(guān)9與充電隔離電源7連接，級(jí)連連接的轉(zhuǎn)換開關(guān)避免因個(gè)別雙端轉(zhuǎn)換開關(guān)的故障或誤動(dòng)作導(dǎo)致的單體電池短路的災(zāi)難性后果。
均衡管理裝置的工作電源及充電隔離電源的輸入端經(jīng)自鎖開關(guān)與電池組的輸出電極相連 接，在電池組充電、放電或閑置時(shí)，及無(wú)需外部電源供電的情況下，均衡管理裝置也可以正 常工作。
自鎖開關(guān)受控制器的控制，在均衡管理完成后，控制器釋放自鎖開關(guān)，關(guān)閉均衡管理裝 置的工作電源和均衡充電電源，避免對(duì)電池組的電能消耗。
本實(shí)用新型的有益效果是，均衡管理裝置的工作電源及充電隔離電源的輸入端經(jīng)電源轉(zhuǎn) 換開關(guān)IO、自鎖開關(guān)9與電池組的輸出電極或外部電源連接，在電池組充電、放電或閑置時(shí)， 及無(wú)外部電源供電的情況下，均衡管理裝置均可以對(duì)電池組中各單體電池的端電壓進(jìn)行均衡 調(diào)整，保持電池組中各單體電池端電壓的一致。
采用級(jí)連連接的轉(zhuǎn)換開關(guān)與電池組中各單體電池連接，避免因個(gè)別轉(zhuǎn)換開關(guān)的故障或誤 動(dòng)作導(dǎo)致的單體電池短路的災(zāi)難性后果。
自鎖開關(guān)9受控制器6的控制，置于工作電源8及充電隔離電源7與電池組輸出電極連 接的通路上，避免了均衡管理裝置非工作狀態(tài)下對(duì)電池組的電能的消耗。以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。 圖l是串聯(lián)電池組均衡管理裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖2是控制器6的微控制器程序流程圖。
圖中，l、串聯(lián)電池組中的單體電池，2、級(jí)連連接的轉(zhuǎn)換開關(guān)，3、均衡充電選通電路，4、 端電壓檢測(cè)電路，5、充電開關(guān)，6、控制器，7、充電隔離電源，8、工作電源，9、自鎖開關(guān)， 10、電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，11、主充電開關(guān)，12、主放電開關(guān)。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例是一個(gè)動(dòng)力電池組的均衡管理裝置，串聯(lián)的動(dòng)力電池組由14個(gè)20AH的鋰電池構(gòu) 成，電池組的輸出電壓為42 58.8V,參見圖l,級(jí)連連接的轉(zhuǎn)換開關(guān)2使用14個(gè)雙端轉(zhuǎn)換電磁 繼電器(JQX-14F-2Z),按圖l所示連接各雙端轉(zhuǎn)換電磁繼電器及個(gè)單體電池。各雙端轉(zhuǎn)換電 磁繼電器的控制端與均衡充電選通電路3連接.均衡充電選通電路3使用數(shù)字解碼集成電路 (CD4514),其輸出端與級(jí)連連接的轉(zhuǎn)換開關(guān)2中14個(gè)繼電器的控制端連接，數(shù)字輸入端與控制 器6連接。端電壓檢測(cè)電路4由前端信號(hào)調(diào)整及A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，前端信號(hào)調(diào)整采用高共模差分 放大器集成電路(MAX4080), A/D轉(zhuǎn)換器采用16路12位A/D轉(zhuǎn)換器集成電路(ad7490)，端電壓 檢測(cè)電路4將各單體電池端電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。控制器6使用AT89C51微控制器，與端電壓檢測(cè) 電路連接，采集各單體電池的端電壓，控制充電開關(guān)5，并通過(guò)均衡充電選通電路3控制級(jí)連連 接的轉(zhuǎn)換開關(guān)2，將端電壓最低的單體電池的正負(fù)電極通過(guò)充電開關(guān)5與充電隔離電源7連接。 充電隔離電源7使用輸出電壓可調(diào)DC/DC隔離變換器，在DC/DC隔離變換器的輸出端串聯(lián)一個(gè)限 流電阻(R)，控制器6依據(jù)檢測(cè)到的端電壓最低的單體電池的當(dāng)前端電壓值控制充電隔離電源 7的DC/DC隔離變換器的輸出電壓，使輸出電壓高于正在均衡充電的電池的當(dāng)前端電壓0.2V, 從而控制均衡充電的電流為O. 2V/R。自鎖開關(guān)9由一個(gè)復(fù)位按鍵和一個(gè)常開觸點(diǎn)的電磁繼電器 (JQX-14F-1H)構(gòu)成，復(fù)位按鍵與電磁繼電器一對(duì)常開觸點(diǎn)并聯(lián)，電磁繼電器的控制端與控 制器6連接。
主充電開關(guān)11和主放電開關(guān)12使用常開觸點(diǎn)的電磁繼電器(JQX-14F-1H)，其控制端與控 制器6連接。
電源轉(zhuǎn)換開關(guān)10使用手動(dòng)單轉(zhuǎn)換開關(guān)，充電時(shí)，或有外電源時(shí)，將電源轉(zhuǎn)換開關(guān)10的游 動(dòng)端與b點(diǎn)連接，即可以使用充電機(jī)或外部提供的DC24V 60V的電源對(duì)電池組的各單體電池進(jìn) 行均衡充電。當(dāng)電池組閑置、放龜或不具備外部供電時(shí)，將電源轉(zhuǎn)換開關(guān)10的游動(dòng)端與a點(diǎn)連 接，按一次自鎖開關(guān)9的復(fù)位按鍵，控制器6上電工作并向自鎖開關(guān)9的電磁繼電器輸出閉合控 制信號(hào)。電磁繼電器閉合，維持均衡管理裝置的供電。當(dāng)均衡充電結(jié)束后，控制器6向自鎖開 關(guān)9的電磁繼電器輸出斷開控制信號(hào)，斷開均衡管理裝置的供電，均衡管理裝置不再消耗電池組的電能。
參見圖2，編制控制器6的微控制器程序流程,微控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)各單體電池的端電壓，并 依據(jù)各單體電池的端電壓、端電壓最大值、端電壓最小值及端電壓最大值與端電壓最小值的 差值控制均衡充電的進(jìn)程，并對(duì)主充電和主放電進(jìn)行控制，當(dāng)各單體電池的端電壓的差值小 于0.1V時(shí)，均衡充電結(jié)束。
權(quán)利要求1. 一種串聯(lián)電池組均衡管理裝置，包括級(jí)連連接的轉(zhuǎn)換開關(guān)(2)，均衡充電選通電路(3)，控制器(6)，充電隔離電源(7)，自鎖開關(guān)(9)，其特征在于充電隔離電源(7)的輸入端經(jīng)自鎖開關(guān)(9)與串聯(lián)電池組的輸出電極連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)電池組均衡管理裝置，其特征在于所述的級(jí)連連接的轉(zhuǎn) 換開關(guān)(2)由多個(gè)雙端轉(zhuǎn)換開關(guān)采用級(jí)連的方式連接構(gòu)成，每個(gè)雙端轉(zhuǎn)換開關(guān)的移動(dòng)端與相鄰 雙端轉(zhuǎn)換開關(guān)常閉端相連，各雙端轉(zhuǎn)換開關(guān)的常開端與電池組中各單體電池的電極一一對(duì)應(yīng) 連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)電池組均衡管理裝置，其特征在于所述的自鎖開關(guān)(9) 包含有一個(gè)復(fù)位開關(guān)和一個(gè)常開觸點(diǎn)的開關(guān)，常開觸點(diǎn)開關(guān)的控制端與控制器(6)連接。
專利摘要本實(shí)用新型提出了一種串聯(lián)電池組均衡管理裝置，均衡管理裝置的工作電源及充電隔離電源的輸入端經(jīng)電源轉(zhuǎn)換開關(guān)、自鎖開關(guān)與電池組的輸出電極或外部電源連接，在電池組充電、放電或閑置時(shí)，及無(wú)外部電源供電的情況下，均衡管理裝置均可以對(duì)電池組中各單體電池的端電壓進(jìn)行均衡調(diào)整，使電池組中各單體電池端電壓一致。采用級(jí)連連接的轉(zhuǎn)換開關(guān)與電池組中各單體電池連接，避免因個(gè)別轉(zhuǎn)換開關(guān)的故障或誤動(dòng)作導(dǎo)致的單體電池短路的災(zāi)難性后果。自鎖開關(guān)避免了均衡管理裝置非工作狀態(tài)下對(duì)電池組的電能的消耗。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201234155SQ20082013303
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日
發(fā)明者趙建和 申請(qǐng)人:趙建和