一種電池均衡充電方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電池均衡充電方法，串聯(lián)電池組的每個電池單體均并聯(lián)一個均衡模塊，將當前最高單體電壓送給各均衡模塊，均衡模塊對單體電壓小于最高單體電壓的電池單體補充充電，各電池單體經(jīng)各均衡模塊補充充電，各電池單體電壓逐步達到最高單體電壓時，各均衡模塊相應停止補充充電，直到最后一個均衡模塊停止補充充電時，均衡充電完成，充電機按正常工作充電曲線繼續(xù)充電，各均衡模塊持續(xù)工作，當某個電池單體電壓達到單體最高保護電壓時，斷開給整個電池組充電的充電回路，均衡模塊繼續(xù)給各個電池單體充電，直到各電池單體均衡充電完成；采用電池最高單體電壓這一動態(tài)的基準電壓給各個均衡單元，均衡效果好。
【專利說明】一種電池均衡充電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及蓄電池領(lǐng)域，具體涉及蓄電池中各個單體電池的均衡充電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蓄電池由多個單體電池串聯(lián)組成，蓄電池組由多個蓄電池串聯(lián)組成，已廣泛地應用在交通、電力、通信等領(lǐng)域的電子設備中。實踐表明，蓄電池組的壽命遠遠低于單體電池的壽命，最根本的原因就是在充電設備對蓄電池組充電式時，流過各個單體電池的電流大小相同，然而由于單體電池的容量存在差異，在以相同的充電電流充電時，會造成有的單體電池未充滿，而有的單體電池過沖的現(xiàn)象，也就是造成單體電池充電不均衡，嚴重降低了蓄電池組的壽命。
[0003]現(xiàn)有的充電均衡器能夠有效彌補在充電過程中不一致性，最大限度地發(fā)揮電池的效用，延長電池的使用壽命。常見的充電均衡器有如下幾種:
(I)被動放電式充電均衡器。這種充電均衡器利用電池管理系統(tǒng)(BMS)檢測充電機在充電過程中的單體電池電壓，檢測到端電壓較高的單體電池，則閉合相應的開關(guān)，將負載接入為單體電池放電，直到其兩端電壓與其余單體電池電壓接近為止。這種充電均衡器，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)；缺點是比較耗能，充電機的輸出能量不能充分得到利用，有一部分被消耗在無用的負載上，相當于部分單體電池多充后能量再被放出來損耗掉。
[0004](2)高放低充式充電均衡器。這種充電均衡器由放電裝置和充電裝置共同組成，利用BMS檢測充電過程中的單體電池電壓，檢測到端電壓較高的單體電池則閉合相應的開關(guān)，同時為端電壓低的單體電池補充充電直到與其他單體電壓接近為止。這種充電均衡器，優(yōu)點是單體電池有充有放，相對減少了部分能量損耗；缺點是控制比較復雜，同時也有不必要的能量損耗，同樣有部分單體電池多充后能量再被放出來損耗掉。
[0005](3)電容切換式充電均衡器。這種充電均衡器，利用電容在蓄電池組問來回切換實現(xiàn)電壓均衡充放電，通過單刀雙擲的雙向開關(guān)進行切換。每個電容都與相鄰的兩個蓄電池相連。切換過程中，電壓發(fā)生轉(zhuǎn)化，向蓄電池釋放或者吸收能量，最終達到相鄰兩個單體蓄電池的容量一致的目的。這種方法優(yōu)點是不用消耗能量，效率較高；缺點是這種方法由于引進電容，所以均衡頻率受到一定限制。另外，單刀雙擲開關(guān)的實現(xiàn)比較復雜。同樣存在部分電池單體多充后再被放出來轉(zhuǎn)移到欠充的電池單體，轉(zhuǎn)移過程中同樣會再次造成能量損耗。
[0006](4)放電平衡式均衡充電機。以最低單體電壓為基準，高于這個基準的單體電池則閉合相應的開關(guān)，為其放電，直至電壓等于最低的單體電池電壓，這時，所有閉合的開關(guān)都打開，充電機為串聯(lián)電池組以相同的電流充電，單體電池的電壓自動平衡。這種方法的優(yōu)點是簡單易行，缺點是電壓檢測電路較復雜，電池能量得不到充分利用。同樣存在部分電池單體多充后再被放出來損耗掉了。
[0007](5)高放低充均衡充電機。每兩個相鄰的單體電池之間都有一個雙向充電器，當檢測到某一單體電池低壓低于相鄰的單體電池電壓時，雙向充電器開始工作，由單體電壓高的單體電池提供能量，為電壓較低的單體電池補充充電，由于相鄰的單體電池間都有一個雙向充電器，所以當電壓不均衡時，雙向充電器自動開始工作，電壓高的為電壓低的補充充電，最終達到單體電池電壓均衡的效果。這種方式的優(yōu)點顯而易見，充電效率較高，能量損耗??；缺點是雙向充電器的控制很復雜，成本較高。
[0008](6)其他常見的均衡充電機。其他的均衡充電器還包括分體充電,分時分序充電，MCU控制的均衡充電等等。這些均衡方法或設備均存在著部分電池單體多充后再被放出損耗掉或轉(zhuǎn)移到欠充的部分單體中，存在二次轉(zhuǎn)移時的能量損耗，同時每次充電時或充電后多充的電池單體先被充入再放出也會影響電池充電循環(huán)壽命。另外，這些均衡充電器都是以一個均衡范圍作為單體電池電壓偏高或偏低的依據(jù)，但在電池充電過程中單體電壓變化范圍是較大的，這種固定均衡范圍作為均衡依據(jù)的方法只能在充電后期或充電完成后進行，會增加整體充電均衡的時間，或?qū)е戮鈺r間較短，影響均衡效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是為解決目前電池均衡方法中存在的部分電池單體多充后再被放出損耗掉或轉(zhuǎn)移到欠充的部分單體中存在二次轉(zhuǎn)移時的能量損耗，同時每次充電時或充電后多充的電池單體先被充入再放出也會影響電池充電循環(huán)壽命的問題，同時能解決這些均衡充電器都是以一個均衡范圍作為單體電池電壓偏高或偏低的依據(jù)，但在電池充電過程中單體電壓變化范圍是較大的，這種固定均衡范圍作為均衡依據(jù)的方法只能在充電后期或充電完成后進行，增加整體充電均衡時間，或?qū)е戮鈺r間較短，影響均衡效果的問題，從而提出一種新型的電池均衡充電方法。 [0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是采用如下步驟:(1)串聯(lián)電池組的每個電池單體均并聯(lián)一個均衡模塊，檢測電池組總電壓和各單體電壓，將當前最高單體電壓送給各均衡模塊。(2)均衡模塊對單體電壓小于最高單體電壓的電池單體補充充電，隨著補充充電的進行，各個單體電壓越來越接近，補充充電的電量越來越少。(3)各電池單體經(jīng)各均衡模塊補充充電,各電池單體電壓逐步達到最高單體電壓時，各均衡模塊相應停止補充充電，直到最后一個均衡模塊停止補充充電時，均衡充電完成。
[0011 ] 均衡充電完成后，充電機按正常工作充電曲線繼續(xù)充電，各均衡模塊持續(xù)工作。
[0012]當某個電池單體電壓達到單體最高保護電壓時，斷開給整個電池組充電的充電回路。
[0013]斷開給整個電池組充電的充電回路后,均衡模塊繼續(xù)給各個電池單體充電,直到各電池單體均衡充電完成
本發(fā)明采用上述技術(shù)后，與常見的電池充電均衡器的充電均衡方法相比，具有以下優(yōu)
占-
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1、整個充電過程中任何單體都不會存在過充現(xiàn)象，也不會產(chǎn)生過充或多充后再放出來消耗掉或轉(zhuǎn)移到其它單體的問題。
[0014]2、由于采用電池最高單體電壓這一動態(tài)的基準電壓給各個均衡單元，是一個具體的電壓點，而不是一個均衡范圍，各個均衡單元的輸出電壓在最后是完全相等的，因此，均衡效果較好。
[0015]3、由于采用動態(tài)的基準電壓給各個均衡單元，因此可以在整個充電過程中精確進行均衡補充充電，均衡時間長，均衡單元模塊的功率可以較小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明所述一種電池均衡充電方法所采用的電路結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是圖1中均衡模塊的一種電路結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0017]參見圖1所示，BT1，BT2，……，BTn是串聯(lián)電池組中的電池單體，充電機并接串聯(lián)電池組，對串聯(lián)電池組充電。每個電池單體BT1，BT2，……，BTn均并聯(lián)一個均衡模塊，所有的均衡模塊均連接檢測電路，檢測電路和所有的均衡模塊分別連接于控制電路(圖1中省掉了檢測電路和控制電路)。與電池單體BT1，BT2,……，BTn并聯(lián)的均衡模塊分別是均衡模塊 D1,D2,D3,......, Dn0
[0018]均衡模塊含有DC/DC電路，可以是各種正激式，反激式，BUCK-B00ST (升降壓轉(zhuǎn)換器)等不同拓撲形式的電路，但又不僅限于這幾種拓撲形式形式的電路。
[0019]整個均衡充電過程采用控制電路控制，控制電路可以是模擬數(shù)字電路，也可以是利用單片機或相關(guān)的MCU通過軟件進行控制，整個電池均衡充電過程如下:
1、開始時充電機正常給電池組充電。
[0020]2、對電池組的充電電壓進行取樣，檢測電池組總電壓Vb和各單體電壓Vi，將當前最高單體電壓Vmax送給各均衡模塊,各均衡模塊根據(jù)送來的最高單體電壓Vmax形成統(tǒng)一的動態(tài)電壓基準，以電池組在充電過程中的最高單體電壓Vmax作為其它各個單體補充充電模塊的動態(tài)基準電壓，各均衡模塊開始輸出一個相等的充電電壓，也可以進入限流態(tài)充電，電壓略有不同。
[0021]3、均衡模塊對其它單體電壓小于最高單體電壓Vmax的單體進行補充充電，隨著補充充電的進行，各個單體電壓Vi越來越接近，補充充電的電量越來越少。
[0022]4、當各單體經(jīng)各均衡模塊補充充電后，輸出電壓接近相等(在一定的測量精度和控制精度內(nèi))時，說明各電池單體容量已接近一致，均衡充電基本完成，充電機按正常工作充電曲線繼續(xù)充電，各均衡模塊持續(xù)工作(輸出電壓接近相等)，防止出現(xiàn)新的不均衡，直至充電完成。
[0023]5、在充電后期，當出現(xiàn)某個單體電池電壓Vi達到單體最高保護電壓時，給整個電池組充電的充電回路斷開，但給各個單體補充充電的均衡模塊繼續(xù)給各個電池單體進行充電，除單體電壓達到最高的那個單體以外，直到各單體均衡充電完成；當各個單體電壓Vi逐步到達這個最高單體電壓Vmax時，各個單體的均衡模塊也相應停止補充充電，直到最后一個均衡模塊停止補充充電時，均衡充電完成。
[0024]在補充充電過程中，各個均衡模塊的輸出電壓可以是完全相同的，也可以不同，直到本單體實際電壓達到最高單體均電壓時，給本單體進行的補充充電停止
在補充充電過程中，最高單體電壓會隨著充電機給電池組充電整體電壓變化而變化。當最高單體電壓達到單體保護電壓點時，充電機停止給電池組充電，但均衡模塊則可以繼續(xù)給需要的單體補充充電，直到所有單體電壓均達到單體保護電壓點。
[0025]這樣，在電池充電過程中，以電池組中最高單體電壓為充電均衡的動態(tài)基準，對單體實際電壓比最高單體電壓低的單體利用相應的均衡模塊進行補充充電，直到本單體實際電壓達到最高單體電壓時，給本單體進行的補充充電停止，以充電過程中變化的最高單體電壓用為動態(tài)基準給其它單體電壓低的單體進行補充充電。每個單體電池都會在單體電壓低于設定的最高單體電壓這一動態(tài)電壓基準時得到補充充電，每個單體電池的電壓與動態(tài)電壓基準的壓差逐漸縮小，直至壓差為零，這樣也就完成了串聯(lián)電池組的均衡。
[0026]如圖2，由變壓器Tl，開關(guān)SI，二極管Dl和電容Cl構(gòu)成了反激式的開關(guān)電源的均衡模塊，與動態(tài)電壓基準VS1，VS2，……，VSN配合，這個動態(tài)基準是以電池組中最高單體電壓為依據(jù)的，給各個電池單體進行補充充電的，這種均衡充電機均衡方法能夠很好地實現(xiàn)串聯(lián)電池組單體電壓均衡 的效果。
【權(quán)利要求】
1.一種電池均衡充電方法，充電機并接串聯(lián)電池組，對串聯(lián)電池組充電，其特征是包括如下步驟: (I)串聯(lián)電池組的每個電池單體均并聯(lián)一個均衡模塊，檢測電池組總電壓和各單體電壓，將當前最高單體電壓送給各均衡模塊； (2)均衡模塊對單體電壓小于最高單體電壓的電池單體補充充電，隨著補充充電的進行，各個單體電壓越來越接近，補充充電的電量越來越少； (3)各電池單體經(jīng)各均衡模塊補充充電，各電池單體電壓逐步達到最高單體電壓時，各均衡模塊相應停止補充充電，直到最后一個均衡模塊停止補充充電時，均衡充電完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池均衡充電方法，其特征是:步驟(3)的均衡充電完成后，充電機按正常工作充電曲線繼續(xù)充電，各均衡模塊持續(xù)工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電池均衡充電方法，其特征是:當某個電池單體電壓達到單體最高保護電壓時，斷開給整個電池組充電的充電回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電池均衡充電方法，其特征是:斷開給整個電池組充電的充電回路后，均衡模塊繼續(xù)給各個電池單體充電，直到各電池單體均衡充電完成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池均衡充電方法，其特征是:步驟(3)的補充充電過程中，各個均衡模塊的輸出電壓可以是相同或不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池均衡充電方法，其特征是:步驟(3)的補充充電過程中，最高單體電壓隨著充電機給電池組充電整體電壓變化而變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池均衡充電方法，其特征是:步驟(3)的補充充電過程中，當最高單體電壓達到單體保護電壓點時，充電機停止給電池組充電，均衡模塊則繼續(xù)給需要的單體補充充電，直到所有單體電壓均達到單體保護電壓點。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池均衡充電方法，其特征是:均衡模塊是含有DC/DC電路的模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種電池均衡充電方法，其特征是:DC/DC電路是正激式，反激式的拓撲形式的電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種電池均衡充電方法，其特征是:DC/DC電路是升降壓轉(zhuǎn)換電路。
【文檔編號】H02J7/00GK103607002SQ201310532822
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】吳連日 申請人:江蘇嘉鈺新能源技術(shù)有限公司