一種蓄電池組電能補(bǔ)充裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，包括比例控制電路和功率變換電路，蓄電池組與所述比例控制電路連接，所述比例控制電路和所述功率變換電路連接，所述功率變換電路與所述蓄電池組中的單體蓄電池連接，所述單體蓄電池與所述比例控制電路連接；所述比例控制電路根據(jù)所述功率變換電路的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓的差值控制所述功率變換電路的工作，實(shí)現(xiàn)所述蓄電池組中的單體蓄電池之間的電能均衡。本實(shí)用新型所公開的蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，結(jié)構(gòu)小巧，安裝接線簡(jiǎn)單，蓄電池組電能補(bǔ)充裝置為獨(dú)立模塊，均衡電池?cái)?shù)量不受限制可按需增加或減少使用數(shù)量，可以明顯提升蓄電池組放電時(shí)間，減少了報(bào)廢蓄電池對(duì)環(huán)境的污染。
【專利說明】
一種蓄電池組電能補(bǔ)充裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及蓄電池領(lǐng)域，特別是一種對(duì)蓄電池組中容量缺損的單體蓄電池進(jìn)行均衡充放電的蓄電池組電能補(bǔ)充裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息、能源、電子技術(shù)的快速發(fā)展，蓄電池目前已被廣泛應(yīng)用于通訊系統(tǒng)中，并作為通訊設(shè)備不中間斷通訊最后保障的備用電源，在通訊系統(tǒng)中有著十分重要的地位和作用。
[0003]大部分蓄電池廠家聲稱其蓄電池的設(shè)計(jì)壽命在10年以上，但是，在實(shí)際使用中許多電池壽命只有5?6年時(shí)間，條件惡劣者2-3年后便會(huì)出現(xiàn)容量明顯下降現(xiàn)象。我國(guó)每年約有5000多萬只，超過30萬噸鉛酸蓄電池報(bào)廢(在這里面有相當(dāng)一部分電池性能容量并沒有明顯下降，因?yàn)檎M更換也被迫下崗)既帶來了巨大的環(huán)保壓力又造成了大量的資金浪費(fèi)。
[0004]電池組內(nèi)的各單體蓄電池為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所有電池都工作在相同的充電電流或放電電流。充電期間，部分電池的內(nèi)阻會(huì)增大，充電期間很快會(huì)達(dá)到充電限制電壓并繼續(xù)上升，造成過充電，同時(shí)伴隨溫度的快速上升，而其它大部分電池雖然沒有達(dá)到充電限制電壓，但充電器會(huì)因?yàn)殡姵亟M的總電壓已經(jīng)達(dá)到充電限制電壓而結(jié)束充電。這樣，部分電池因?yàn)檫^充電而嚴(yán)重影響使用性能，其余大部分電池卻因未充足電而影響放電時(shí)間；電池組進(jìn)入放電周期后，內(nèi)阻變大的電池，充電時(shí)電壓上升很快，放電時(shí)電壓下降也快，當(dāng)其它電池還有很多電量時(shí)，內(nèi)阻大的電池很快放電到截止電壓以下甚至更低。雖然大部分電池都處于正常電壓，但電池組的總電壓已經(jīng)達(dá)到放電截止電壓，放電控制電路依據(jù)放電總電壓而關(guān)閉放電通道，嚴(yán)重影響電池的使用時(shí)間。如果電池組中存在多塊這樣的電池，問題將變得極其嚴(yán)重，尤其是在重要的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，蓄電池組電能補(bǔ)充裝置采用電池組內(nèi)均衡充放電，均衡能量在電池組內(nèi)部的各個(gè)單體蓄電池之間轉(zhuǎn)移，它來自電池組，最終也回歸電池組。
[0006]在電池充電時(shí)，電池組中落后單體蓄電池電壓較低，外部充電裝置通過蓄電池組電能補(bǔ)充裝置向落后單體蓄電池補(bǔ)充充電，從而能量由電池組中的高電壓?jiǎn)误w蓄電池向同組中的低電壓?jiǎn)误w蓄電池轉(zhuǎn)移;在電池放電時(shí)對(duì)電池組中電壓最低的單體蓄電池進(jìn)行能量補(bǔ)充，能量由同組中的其他所有單體蓄電池向此低電壓的單體蓄電池轉(zhuǎn)移。
[0007]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0008]—種蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，包括比例控制電路和功率變換電路，蓄電池組與所述比例控制電路連接，所述比例控制電路和所述功率變換電路連接，所述功率變換電路與所述蓄電池組中的單體蓄電池連接，所述單體蓄電池與所述比例控制電路連接；
[0009]所述比例控制電路根據(jù)所述功率變換電路的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓的差值控制所述功率變換電路的工作，實(shí)現(xiàn)所述蓄電池組中的單體蓄電池之間的電能均衡。
[0010]優(yōu)選地，所述功率變換電路包括電源主控芯片、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管和DC/DC變換器，所述電源主控芯片、所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管和所述DC/DC變換器依次連接，所述DC/DC變換器與所述蓄電池組中的單體蓄電池連接；
[0011]所述電源主控芯片通過脈沖寬度調(diào)制控制所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作，實(shí)現(xiàn)所述DC/DC變換器的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓在閾值范圍之內(nèi)。
[0012]本發(fā)明中，所謂的閾值范圍是指所述DC/DC變換器的輸出電壓在基準(zhǔn)電壓的+/_10%的范圍之內(nèi)。
[0013]優(yōu)選地，所述比例控制電路包括差分采樣放大器和誤差放大器，所述蓄電池組經(jīng)所述差分采樣放大器與所述誤差放大器的正極連接;所述單體蓄電池與所述誤差放大器的負(fù)極連接，所述誤差放大器經(jīng)隔離光耦與所述電源主控芯片連接。
[0014]優(yōu)選地，所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置與所述蓄電池組中的容量缺損嚴(yán)重的單體蓄電池并聯(lián)。
[0015]本發(fā)明中，所述容量缺損嚴(yán)重的單體蓄電池是指單體蓄電池的容量缺損達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)容量的50%之下的單體蓄電池。
[0016]優(yōu)選地，所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置與所述蓄電池組中的容量缺損的單體蓄電池并聯(lián)，所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置的使用數(shù)量設(shè)置為大于等于所述蓄電池組中所有容量缺損的單體蓄電池的數(shù)量。
[0017]優(yōu)選地，所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置與所述蓄電池組中的容量小單體蓄電池并聯(lián)，所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置的使用數(shù)量設(shè)置為小于等于所述蓄電池組中所有單體蓄電池的數(shù)量的一半。
[0018]優(yōu)選地，所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置還包括外部充電裝置，所述外部充電裝置與所述蓄電池組和所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置連接。
[0019]優(yōu)選地，所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置還包括電能檢測(cè)裝置，所述電能檢測(cè)裝置與所述蓄電池組連接。
[0020]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0021]本實(shí)用新型所公開的蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，結(jié)構(gòu)小巧，安裝接線簡(jiǎn)單，蓄電池組電能補(bǔ)充裝置為獨(dú)立模塊，均衡電池?cái)?shù)量不受限制可按需增加或減少使用數(shù)量。對(duì)有單體容量缺失嚴(yán)重的蓄電池組使用，可以明顯提升蓄電池組放電時(shí)間；在新的蓄電池組安裝之初，在每個(gè)蓄電池上加裝蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，能夠保證蓄電池組的長(zhǎng)期穩(wěn)定，防范于未然;使用蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，可以將一些報(bào)廢的電池組選擇容量缺失少的單體蓄電池配組使用，節(jié)省了大量采購(gòu)新電池的資金，減少了報(bào)廢蓄電池對(duì)環(huán)境的污染。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型的基本原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本實(shí)用新型的外部連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3為本實(shí)用新型蓄電池組電能補(bǔ)充裝置的控制回路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中:
[0026]開關(guān)電源100、INPUT+端子101、INPUT-端子102、功率變換電路103、比例控制電路104、0UTPUT+端子105、0UTPUT-端子106、比例控制功率變換電路200、差分采樣放大器201、誤差放大器202、隔離光耦203、電源主控芯片204、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管205、DC/DC變換器206、輸出電壓207。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述:
[0028]如圖1所示的蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，采用開關(guān)電源100作為蓄電池組中單體蓄電池的能量補(bǔ)充裝置，主功率部分采用功率變換電路103，控制部分采用比例控制電路104;蓄電池組的輸出正極連接所述開關(guān)電源100的INPUT+端子1I，蓄電池組的輸出負(fù)極連接所述開關(guān)電源100的INPUT-端子102，所述開關(guān)電源100的OUTPUT+端子105連接所述蓄電池組中的單體蓄電池的正極，所述開關(guān)電源100的OUTPUT-端子106連接所述蓄電池組中的單體蓄電池的負(fù)極;蓄電池組中的單體蓄電池只有容量缺損的并聯(lián)一個(gè)所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，所有的所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置均為獨(dú)立模塊，模塊之間不需要相互通訊連接，所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置的使用數(shù)量大于等于缺損容量的單體蓄電池的數(shù)量。
[0029]本裝置主要利用開關(guān)電源技術(shù)將蓄電池組中，單體容量較好的電池能量轉(zhuǎn)移一部分到單體容量差的單體蓄電池中，使蓄電池組容量不會(huì)因?yàn)槟承﹩误w蓄電池容量損失嚴(yán)重，而導(dǎo)致整個(gè)電池組容量下降嚴(yán)重。
[0030]可選擇地，也可以將蓄電池組中容量低的單體蓄電池并聯(lián)一個(gè)所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，最優(yōu)并聯(lián)數(shù)量小于等于電池組中所有單體蓄電池個(gè)數(shù)的一半，所有的所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置的輸入均連接到蓄電池組的輸出端子上。
[0031 ] 如圖2所示，為本實(shí)用新型外部連接結(jié)構(gòu)示意圖，其中BATl，BAT2，BAT3，BAT4，
BAT5......BATn是串聯(lián)電池組中的單體蓄電池，其中BAT2，BAT5為容量缺損的單體蓄電池，
因此整個(gè)電池組容量受限于單體蓄電池BAT2和BAT5，取兩套電能補(bǔ)充裝置，電池組正負(fù)極接入電能補(bǔ)充裝置輸入端，兩套裝置輸出端分別接在BAT2和BAT5的正極與負(fù)極，接入后，電池組放電容量不在受限于BAT2和BAT5，而是跟電能補(bǔ)充裝置的限流值相關(guān)，限流值越大，則電池組容量越接近于所有單體蓄電池容量的平均值。
[0032]如圖3所示，為本實(shí)用新型蓄電池組電能補(bǔ)充裝置的比例控制功率變換電路200，其中Vl為蓄電池組端電壓，端電壓在電池組放電過程中電壓下降，相應(yīng)單體蓄電池電壓也按比例下降，則蓄電池組電能補(bǔ)充裝置輸出電壓207也應(yīng)按照比例調(diào)整輸出電壓，電能補(bǔ)充裝置輸入電壓與輸出電壓應(yīng)滿足1/N比例變化。具體方案為:
[0033]功率電路部分包括電源主控芯片204、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管205和DC/DC變換器206，所述電源主控芯片204、所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管205與所述DC/DC變換器206依次連接；
[0034]蓄電池組的輸出電壓Vl通過差分米樣放大器201差分放大，放大比例為1/N，N為蓄電池組中所有單體蓄電池的總數(shù)，差分后的電壓Vl/Ν送入誤差放大器202的正極輸入，作為控制回路的基準(zhǔn)電壓；
[0035]單體蓄電池輸出電壓V2經(jīng)過電阻分壓后送入所述誤差放大器202的負(fù)極輸入，所述誤差放大器202的輸出電壓V’作為誤差信號(hào)，輸入隔離光耦203;所述隔離光耦203輸出隔離反饋信號(hào)FB，F(xiàn)B作為反饋信號(hào)接入電源主控芯片204;
[0036]所述電源主控芯片204輸出脈沖寬度調(diào)制Pmi控制所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管205，使所述DC/DC變換器206的輸出電壓207為V1/N。
[0037]因此，開關(guān)電源可實(shí)現(xiàn)輸入，輸出電壓等比例變化輸出。
[0038]所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置的輸出電壓207并聯(lián)在容量缺損嚴(yán)重的單體蓄電池兩端。Vl/Ν為蓄電池組單體蓄電池的平均電壓，容量缺損嚴(yán)重的單體蓄電池在放電時(shí)，電壓低于平均電壓，電能補(bǔ)充裝置輸出單體蓄電池電壓的平均值，高于容量缺損嚴(yán)重的單體蓄電池電壓，因此電能補(bǔ)充裝置限流工作，提供給單體蓄電池一個(gè)大電流補(bǔ)充進(jìn)單體蓄電池，此時(shí)容量缺損的單體蓄電池放電電流為自身放電電流Il與蓄電池電能補(bǔ)充裝置補(bǔ)充電流12之和，間接地增加了單體蓄電池放電時(shí)間，使蓄電池組放電容量增加。在蓄電池組充電時(shí)，電池組中落后單體蓄電池電壓較低，外部充電裝置通過電能補(bǔ)充裝置向落后單體蓄電池補(bǔ)充充電，從而能量由電池組中的高電壓?jiǎn)误w蓄電池向同組中的低電壓?jiǎn)误w蓄電池轉(zhuǎn)移;在蓄電池組放電時(shí)對(duì)電池組中電壓最低的單體蓄電池進(jìn)行能量補(bǔ)充，能量由同組中的其他所有單體蓄電池向此低電壓的單體蓄電池轉(zhuǎn)移，整個(gè)過程能量的流動(dòng)是電池組到電能補(bǔ)充裝置到單體蓄電池，能量在一個(gè)環(huán)路中流通，損耗很小，其中主要是電能補(bǔ)充裝置有一定功率損耗，且當(dāng)電池組不工作時(shí)，電能補(bǔ)充裝置也停止工作，只有極小的待機(jī)損耗。
[0039]本實(shí)用新型所公開的蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，結(jié)構(gòu)小巧，安裝接線簡(jiǎn)單，蓄電池組電能補(bǔ)充裝置為獨(dú)立模塊，均衡電池?cái)?shù)量不受限制可按需增加或減少使用數(shù)量。對(duì)有單體容量缺失嚴(yán)重的蓄電池組使用，可以明顯提升蓄電池組放電時(shí)間；在新的蓄電池組安裝之初，在每個(gè)蓄電池上加裝蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，能夠保證蓄電池組的長(zhǎng)期穩(wěn)定，防范于未然;使用蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，可以將一些報(bào)廢的電池組選擇容量缺失少的單體蓄電池配組使用，節(jié)省了大量采購(gòu)新電池的資金，減少了報(bào)廢蓄電池對(duì)環(huán)境的污染。
[0040]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，其特征在于:包括比例控制電路(104)和功率變換電路(103)，蓄電池組與所述比例控制電路(104)連接，所述比例控制電路(104)和所述功率變換電路(103)連接，所述功率變換電路(103)與所述蓄電池組中的單體蓄電池連接，所述單體蓄電池與所述比例控制電路(104)連接； 所述比例控制電路(104)根據(jù)所述功率變換電路(103)的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓的差值控制所述功率變換電路(103)的工作，實(shí)現(xiàn)所述蓄電池組中的單體蓄電池之間的電能均衡。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，其特征在于:所述功率變換電路(103)包括電源主控芯片(204)、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(205)和DC/DC變換器(206)，所述電源主控芯片(204)、所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(205)和所述DC/DC變換器(206)依次連接，所述DC/DC變換器(206)與所述蓄電池組中的單體蓄電池連接； 所述電源主控芯片(204)通過脈沖寬度調(diào)制控制所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(205)的工作，實(shí)現(xiàn)所述DC/DC變換器(206)的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓在閾值范圍之內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，其特征在于:所述比例控制電路(104)包括差分采樣放大器(201)和誤差放大器(202)，所述蓄電池組經(jīng)所述差分采樣放大器(201)與所述誤差放大器(202)的正極連接;所述單體蓄電池與所述誤差放大器(202)的負(fù)極連接，所述誤差放大器(202)經(jīng)隔離光耦(203)與所述電源主控芯片(204)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，其特征在于:所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置與所述蓄電池組中的容量缺損嚴(yán)重的單體蓄電池并聯(lián)。5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，其特征在于:所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置與所述蓄電池組中的容量缺損的單體蓄電池并聯(lián)，所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置的使用數(shù)量設(shè)置為大于等于所述蓄電池組中所有容量缺損的單體蓄電池的數(shù)量。6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，其特征在于:所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置與所述蓄電池組中的容量小單體蓄電池并聯(lián)，所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置的使用數(shù)量設(shè)置為小于等于所述蓄電池組中所有單體蓄電池的數(shù)量的一半。7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，其特征在于:所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置還包括外部充電裝置，所述外部充電裝置與所述蓄電池組和所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的蓄電池組電能補(bǔ)充裝置，其特征在于:所述蓄電池組電能補(bǔ)充裝置還包括電能檢測(cè)裝置，所述電能檢測(cè)裝置與所述蓄電池組連接。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK205564911SQ201620385339
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】于小冬, 任濤, 崔瑞峰
【申請(qǐng)人】北京亞澳博信通信技術(shù)有限公司