一種大容量電池組充電系統(tǒng)的制作方法

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本發(fā)明涉及一種大容量電池組充電系統(tǒng)，具體涉及一種可以根據(jù)電池電量和溫度進(jìn)行充電切換的充電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有電池充電系統(tǒng)都是對電池組直接充電，沒有考慮在充電時(shí)間或充電系統(tǒng)提供電量有限的情況下，對電池充電的問題，當(dāng)充電時(shí)間或充電系統(tǒng)提供電量有限時(shí)，不可能使得電池組內(nèi)每個(gè)電池單元達(dá)到滿充，而隨機(jī)進(jìn)行充電電池單元的選擇或依次對充電電池單元進(jìn)行選擇，容易造成電池組內(nèi)電池電量不均衡問題，降低了電池壽命，另外，電池長時(shí)間在較高溫度條件下充電，容易發(fā)生電池爆炸等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，發(fā)明一種大容量電池組充電系統(tǒng)，既可以保證電池在充電后，能達(dá)到電量均衡，又可以使電池充電時(shí)，溫度可控，提高了電池的壽命和保障了充電的安全。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種大容量電池組充電系統(tǒng)，它包括：總開關(guān)、整流器、直流-直流變換器、控制器、分開關(guān)、電池電量檢測裝置、電池溫度檢測裝置和直流-直流變換器檢測裝置，其特征在于：其中，總開關(guān)用于將充電系統(tǒng)輸入的充電交流電源與整流器隔離，在故障情況下，斷開電源以對系統(tǒng)內(nèi)元件進(jìn)行保護(hù)，整流器用于將充電交流電轉(zhuǎn)換成直流電，直流-直流變換器用于將整流器輸出的直流電轉(zhuǎn)換成適合大容量電池組充電的直流電，電池電量檢測裝置用于檢測電池組內(nèi)每個(gè)電池單元的電量，并將檢測的電量值輸入至控制器,電池溫度檢測裝置用于檢測電池組內(nèi)每個(gè)電池單元的溫度，并將檢測的溫度值輸入至控制器,并將檢測的電量值輸入至控制器，直流-直流變換器檢測裝置用于檢測直流-直流變換器輸出的電壓和電流，并將檢測到的電壓值和電流值輸入至控制器，控制器還用于接收用戶輸入的充電允許時(shí)間和充電系統(tǒng)最大允許輸出充電功率，并根據(jù)所述充電允許時(shí)間和所述最大允許輸出充電功率計(jì)算出充電允許時(shí)間內(nèi)充電系統(tǒng)最大輸出電量，控制器還根據(jù)所述檢測的電量值和電池組總電量值計(jì)算出電池充電需求電量，控制器根據(jù)所述充電允許時(shí)間內(nèi)充電系統(tǒng)最大輸出電量、所述電池充電需求電量和電池單元的溫度，選擇性投切分開關(guān)以對充電電池進(jìn)行選擇。

交流輸入電源與總開關(guān)一端相連，總開關(guān)另一端與整流器一端相連，整流器另一端與直流-直流變換器一端相連，直流-直流變換器另一端分別與多個(gè)分開關(guān)一端相連，大容量電池組中的每個(gè)電池單元對應(yīng)一個(gè)用于充電控制的分開關(guān)，多個(gè)分開關(guān)另一端連接電池單元，控制器通過總線與直流-直流變換器相連，用于對直流-直流變換器的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，并對其輸出控制指令，控制器與電池單元相連，用于檢測每個(gè)電池單元的電量，控制器與多個(gè)分開關(guān)相連，用于控制分開關(guān)的通斷。

直流-直流變換器包括直流電正輸入端201、直流電負(fù)輸入端202、電容203、電容204、開關(guān)205、開關(guān)206、變壓器207、二極管208、二極管209、二極管210、二極管211、電感212、電容213、直流電正輸出端214、直流電負(fù)輸出端215，其中，直流電正輸入端201與整流器正輸出端相連和直流電負(fù)輸入端202與整流器負(fù)輸出端相連，直流電正輸入端201還分別與電容203和開關(guān)205一端相連，電容203另一端還分別與變壓器207初級(jí)側(cè)和電容204一端相連，電容204另一端分別與直流電負(fù)輸入端202和開關(guān)206一端相連，開關(guān)205另一端分別與開關(guān)206和變壓器207初級(jí)側(cè)另一端相連，變壓器207次級(jí)側(cè)一端分別與二極管208的陽極和二極管209的陰極相連，變壓器207次級(jí)側(cè)另一端分別與二極管210的陽極和二極管211的陰極相連，電抗器212一端分別與二極管208的陰極和二極管210的陰極相連，電抗器212另一端分別與電容213和直流電正輸出端214相連，電容213另一端分別與直流電負(fù)輸出端215、二極管209的陽極、二極管211的陽極相連，直流電正輸出端214分別與每個(gè)電池單元對應(yīng)的分開關(guān)相連、直流電負(fù)輸出端215分別與每個(gè)電池單元對應(yīng)的分開關(guān)相連。

直流-直流變換器為保證在直流母線電壓最低時(shí)仍能輸出所要求的最大電壓，變壓器變比按照如下方式確定：，公式中：為直流母線電壓最低時(shí)仍能輸出的最大電壓，為二極管208、二極管209、二極管210、二極管211的管壓降，為直流母線最低電壓，為初級(jí)側(cè)繞組匝數(shù)，為次級(jí)側(cè)繞組匝數(shù)。

直流-直流變換器中由二極管208、二極管209、二極管210和二極管211組成的不控整流橋按照如下方式進(jìn)行參數(shù)選擇：（1）電壓：，為整流橋的額定工作電壓，為整流橋輸入的線電壓；（2）電流：，為整流橋的額定工作電流，為負(fù)載平均電流。

直流-直流變換器中由電感212和電容213組成的輸出濾波電路按照如下方式進(jìn)行參數(shù)選擇：，為變壓器次級(jí)側(cè)輸出電壓，為直流母線電壓最大值，為變壓器變比，，為直流-直流變換器開關(guān)占空比，，為濾波電路的電感值，為最小輸出電流，為開關(guān)周期，，為濾波電路的電容值，為最大電壓紋波。

按照如下方式對充電電池進(jìn)行選擇，(1)計(jì)算指定充電時(shí)間內(nèi)充電器能提供的最大充電量，，其中，為充電器額定輸出功率值，為指定的充電時(shí)間，為功率電量轉(zhuǎn)化系數(shù)；（2）判斷所述最大充電量能否使得所有電池單元滿充，當(dāng)所述最大充電量能使得所有電池單元滿充電時(shí)，則進(jìn)入步驟（3），當(dāng)所述最大充電量不能使得所有電池單元滿充電時(shí)，則進(jìn)入步驟（8）；（3）同時(shí)對電池組內(nèi)所有電池單元充電，保持充電，并檢測所述電池單元充電后剩余電量是否超過電池單元額定電量，當(dāng)所述電池單元充電后剩余電量未超過電池單元額定容量時(shí)，則進(jìn)入步驟（4）；（4）檢測所述電池單元溫度是否超過指定溫度閾值，當(dāng)所述電池單元溫度未超過指定溫度閾值時(shí)，則返回步驟（3），當(dāng)電池單元溫度超過指定溫度閾值時(shí)，則進(jìn)入步驟（5）；（5）停止對所述電池單元充電，每隔時(shí)間后檢測所述電池單元電量和所述電池單元溫度，（6）當(dāng)所述電池單元剩余電量未超過電池單元額定容量且所述電池單元溫度未超過指定溫度閾值時(shí)，則返回步驟（3）；（7）當(dāng)所述電池單元剩余電量超過電池單元額定容量或所述電池單元溫度超過指定溫度閾值時(shí)，則返回步驟（5）；（8）檢測電池組中每個(gè)電池單元的剩余電量，對每個(gè)電池單元的剩余電量從小到大進(jìn)行排序；（9）判斷電池單元個(gè)數(shù)，當(dāng)電池單元個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，進(jìn)入步驟（10），當(dāng)電池個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，進(jìn)入步驟（16）；（10）計(jì)算個(gè)電池單元的充電電量閾值，，其中，代表電池剩余電量最小的電池單元的剩余電量，代表電池剩余電量第二小的電池單元的剩余電量，代表電池剩余電量第2k小的電池單元的剩余電量；（11）對剩余電量較小的前k個(gè)電池電池單元充電；（12）保持充電，并檢測所述電池單元充電后剩余電量是否超過電池單元額定電量，當(dāng)所述電池單元充電后剩余電量未超過電池單元額定容量時(shí)，則進(jìn)入步驟（13），當(dāng)所述電池單元充電后剩余電量超過電池單元額定容量時(shí)，則進(jìn)入步驟（14）；（13）檢測所述電池單元溫度是否超過指定溫度閾值，當(dāng)所述電池單元溫度未超過指定溫度閾值時(shí)，則返回步驟（12），當(dāng)所述電池單元溫度超過指定溫度閾值時(shí)，則進(jìn)入步驟（14）；（14）檢測所述電池單元充電切換次數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到指定次數(shù)，當(dāng)所述充電切換次數(shù)已經(jīng)達(dá)到指定充電切換次數(shù)時(shí)，則停止對所述電池單元充電及充電切換，當(dāng)所述充電切換次數(shù)未達(dá)到指定充電切換次數(shù)時(shí)，則進(jìn)入步驟（15）；（15）按照電池單元切換對照表對正在充電的電池單元進(jìn)行切換，電池單元切換完成后，返回步驟（12）；（16）計(jì)算個(gè)電池單元的充電電量閾值，，其中，代表電池剩余電量最小的電池單元的剩余電量，代表電池剩余電量第二小的電池單元的剩余電量，代表電池剩余電量第2k+1小的電池單元的剩余電量，進(jìn)入步驟(11)。

電池單元切換對照表為，當(dāng)電池單元個(gè)數(shù)為偶數(shù)個(gè)時(shí)，，電池單元剩余電量從小到大依次為，剩余電量為的電池單元充電切換對應(yīng)剩余電量為的電池單元，剩余電量為的電池單元充電切換對應(yīng)剩余電量為的電池單元，剩余電量為的電池單元充電切換對應(yīng)剩余電量為的電池單元，從小到大依此類推，當(dāng)電池單元個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)時(shí)，當(dāng)電池單元個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)時(shí)，，電池單元剩余電量從小到大依次為，剩余電量為的電池單元充電切換對應(yīng)剩余電量為的電池單元，剩余電量為的電池單元充電切換對應(yīng)剩余電量為的電池單元，剩余電量為的電池單元充電切換對應(yīng)剩余電量為的電池單元，從小到大依此類推，剩余電量為的電池單元不進(jìn)行充電切換。

當(dāng)剩余電量為的電池單元與剩余電量為的電池單元進(jìn)行充電切換時(shí)，剩余電量為的電池單元對應(yīng)的分開關(guān)閉合時(shí)，則剩余電量為的電池單元對應(yīng)的分開關(guān)斷開，剩余電量為的電池單元對應(yīng)的分開關(guān)斷開時(shí)，則剩余電量為的電池單元對應(yīng)的分開關(guān)閉合，依此類推，當(dāng)剩余電量為的電池單元與剩余電量為的電池單元進(jìn)行充電切換時(shí)，剩余電量為的電池單元對應(yīng)的分開關(guān)閉合時(shí)，則剩余電量為的電池單元對應(yīng)的分開關(guān)斷開，剩余電量為的電池單元對應(yīng)的分開關(guān)斷開時(shí)，則剩余電量為的電池單元對應(yīng)的分開關(guān)閉合。

實(shí)施本發(fā)明的大容量電池組充電系統(tǒng)，具有以下有益效果，電池組內(nèi)電池單元的電量較低的時(shí)候，充電速率較快，優(yōu)先選擇電量較低的電池先進(jìn)行充電，可以提高充電效率，電量較低的電池充電功率較大時(shí)，短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致電池溫升過大，降低了電池的壽命，為此，設(shè)定溫度閾值，使得電池充電溫度在安全范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了安全充電，充分考慮大容量電池組充電需求采用獨(dú)創(chuàng)的直流-直流變換器，保證了變換器內(nèi)各元件在額定工況下可靠運(yùn)行，并降低了充電器對電網(wǎng)造成的諧波，節(jié)約電能，同時(shí)保證為電池提供的充電電流和充電電壓的質(zhì)量，進(jìn)一步延長了電池的使用壽命。

附圖說明

圖1為大容量電池組充電系統(tǒng)配置圖。

圖2為充電系統(tǒng)內(nèi)直流-直流變換器的電路原理圖。

圖3為充電控制流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1為大容量電池組充電系統(tǒng)配置圖：圖1中充電系統(tǒng)包括總開關(guān)101、整流器102、直流-直流變換器103、控制器104、分開關(guān)105~108、電池電量檢測裝置、電池溫度檢測裝置和直流-直流變換器檢測裝置，交流輸入電源與總開關(guān)101一端相連，總開關(guān)101另一端與整流器102一端相連，整流器102另一端與直流-直流變換器103一端相連，直流-直流變換器103另一端分別與分開關(guān)105~108相連，大容量電池組中的每個(gè)電池單元109~112對應(yīng)一個(gè)用于充電控制的分開關(guān)105~108，多個(gè)分開關(guān)105~108另一端連接電池單元109~112，控制器104通過總線與直流-直流變換器103相連，用于對直流-直流變換器的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，并對其輸出控制指令，控制器104與電池單元109~112相連，用于檢測每個(gè)電池單元的剩余電量和溫度，控制器與多個(gè)分開關(guān)105~108相連，用于控制分開關(guān)的通斷。

圖2為充電系統(tǒng)內(nèi)直流直流變換器的電路原理圖：直流-直流變換器包括直流電正輸入端201、直流電負(fù)輸入端202、電容203、電容204、開關(guān)205、開關(guān)206、變壓器207、二極管208、二極管209、二極管210、二極管211、電感212、電容213、直流電正輸出端214、直流電負(fù)輸出端215，其中，直流電正輸入端201與整流器正輸出端相連和直流電負(fù)輸入端202與整流器負(fù)輸出端相連，直流電正輸入端201還分別與電容203和開關(guān)205一端相連，電容203另一端還分別與變壓器207初級(jí)側(cè)和電容204一端相連，電容204另一端分別與直流電負(fù)輸入端202和開關(guān)206一端相連，開關(guān)205另一端分別與開關(guān)206和變壓器207初級(jí)側(cè)另一端相連，變壓器207次級(jí)側(cè)一端分別與二極管208的陽極和二極管209的陰極相連，變壓器207次級(jí)側(cè)另一端分別與二極管210的陽極和二極管211的陰極相連，電抗器212一端分別與二極管208的陰極和二極管210的陰極相連，電抗器212另一端分別與電容213和直流電正輸出端214相連，電容213另一端分別與直流電負(fù)輸出端215、二極管209的陽極、二極管211的陽極相連，直流電正輸出端214分別與每個(gè)電池單元對應(yīng)的分開關(guān)相連、直流電負(fù)輸出端215分別與每個(gè)電池單元對應(yīng)的分開關(guān)相連。

圖3為充電控制流程圖：按照如下方式對充電電池進(jìn)行選擇，(1)計(jì)算指定充電時(shí)間內(nèi)充電器能提供的最大充電量，，其中，為充電器額定輸出功率值，為指定的充電時(shí)間，為功率電量轉(zhuǎn)化系數(shù)；（2）判斷所述最大充電量能否使得所有電池單元滿充，當(dāng)所述最大充電量能使得所有電池單元滿充電時(shí)，則進(jìn)入步驟（3），當(dāng)所述最大充電量不能使得所有電池單元滿充電時(shí)，則進(jìn)入步驟（8）；（3）同時(shí)對電池組內(nèi)所有電池單元充電，保持充電，并檢測所述電池單元充電后剩余電量是否超過電池單元額定電量，當(dāng)所述電池單元充電后剩余電量未超過電池單元額定容量時(shí)，則進(jìn)入步驟（4）；（4）檢測所述電池單元溫度是否超過指定溫度閾值，當(dāng)所述電池單元溫度未超過指定溫度閾值時(shí)，則返回步驟（3），當(dāng)電池單元溫度超過指定溫度閾值時(shí)，則進(jìn)入步驟（5）；（5）停止對所述電池單元充電，每隔時(shí)間后檢測所述電池單元電量和所述電池單元溫度，（6）當(dāng)所述電池單元剩余電量未超過電池單元額定容量且所述電池單元溫度未超過指定溫度閾值時(shí)，則返回步驟（3）；（7）當(dāng)所述電池單元剩余電量超過電池單元額定容量或所述電池單元溫度超過指定溫度閾值時(shí)，則返回步驟（5）；（8）檢測電池組中每個(gè)電池單元的剩余電量，對每個(gè)電池單元的剩余電量從小到大進(jìn)行排序；（9）判斷電池單元個(gè)數(shù)，當(dāng)電池單元個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，進(jìn)入步驟（10），當(dāng)電池個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，進(jìn)入步驟（16）；（10）計(jì)算個(gè)電池單元的充電電量閾值，，其中，代表電池剩余電量最小的電池單元的剩余電量，代表電池剩余電量第二小的電池單元的剩余電量，代表電池剩余電量第2k小的電池單元的剩余電量；（11）對剩余電量較小的前k個(gè)電池電池單元充電；（12）保持充電，并檢測所述電池單元充電后剩余電量是否超過電池單元額定電量，當(dāng)所述電池單元充電后剩余電量未超過電池單元額定容量時(shí)，則進(jìn)入步驟（13），當(dāng)所述電池單元充電后剩余電量超過電池單元額定容量時(shí)，則進(jìn)入步驟（14）；（13）檢測所述電池單元溫度是否超過指定溫度閾值，當(dāng)所述電池單元溫度未超過指定溫度閾值時(shí)，則返回步驟（12），當(dāng)所述電池單元溫度超過指定溫度閾值時(shí)，則進(jìn)入步驟（14）；（14）檢測所述電池單元充電切換次數(shù)是否已經(jīng)達(dá)到指定次數(shù)，當(dāng)所述充電切換次數(shù)已經(jīng)達(dá)到指定充電切換次數(shù)時(shí)，則停止對所述電池單元充電及充電切換，當(dāng)所述充電切換次數(shù)未達(dá)到指定充電切換次數(shù)時(shí)，則進(jìn)入步驟（15）；（15）按照電池單元切換對照表對正在充電的電池單元進(jìn)行切換，電池單元切換完成后，返回步驟（12）；（16）計(jì)算個(gè)電池單元的充電電量閾值，，其中，代表電池剩余電量最小的電池單元的剩余電量，代表電池剩余電量第二小的電池單元的剩余電量，代表電池剩余電量第2k+1小的電池單元的剩余電量，進(jìn)入步驟(11)。