專利名稱：電池組充放電均衡方法、均衡裝置及維護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蓄池均衡維護(hù)裝置領(lǐng)域，特別是電池組充放電均衡方法、均衡裝置及維護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
目前，各種蓄電池作為電能存儲(chǔ)元件，已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車輛、電力儲(chǔ)能、后備式不間斷電源等電能存儲(chǔ)相關(guān)領(lǐng)域。在應(yīng)用中，為了滿足各儲(chǔ)能電源系統(tǒng)的電壓平臺(tái)，需要將幾節(jié)甚至上百節(jié)只有幾伏的單體電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)成組，構(gòu)成所需的儲(chǔ)能電源組。由于串聯(lián)成組的單體電池在性能指標(biāo)上不可能完全一致，因此在電池組充放電過(guò)程中，會(huì)同時(shí)存在過(guò)充電和欠充電的問(wèn)題，產(chǎn)生不均衡的現(xiàn)象。這是因?yàn)椋m然充電電池組的端電壓還沒(méi)有達(dá)到終止充電的條件，但一部分充電電池已經(jīng)充電終結(jié)，繼續(xù)對(duì)其充電，該部分充電電池必然處于過(guò)充電狀態(tài)；另一方面，當(dāng)充電電池組的端電壓達(dá)到終止充電的條件時(shí)，仍然可能有部分充電電池沒(méi)有完全充電，處于欠充電狀態(tài)。另外，在放電過(guò)程中，也同樣會(huì)出現(xiàn)部分充電電池提前放電結(jié)束，從而造成充電電池組過(guò)度放電問(wèn)題。無(wú)論對(duì)于那種充電電池，欠充電、過(guò)充電和過(guò)放電都會(huì)嚴(yán)重影響充電電池的使用性能和壽命。此外，對(duì)于鋰電池充電電池，過(guò)充電不僅會(huì)傷害電池，而且是嚴(yán)重的安全隱患。實(shí)現(xiàn)電池的均衡主要依靠均衡電路部分，已知的均衡方式主要分為兩類主動(dòng)的均衡方式和被動(dòng)的均衡方式。被動(dòng)的均衡方式是通過(guò)一個(gè)放電電阻使電壓高的電池電壓降低；主動(dòng)均衡方式通常是通過(guò)某種方法將電荷從高電勢(shì)轉(zhuǎn)移到低電勢(shì)，能量無(wú)損失。在實(shí)現(xiàn)形式上，一種是電池和均衡裝置設(shè)計(jì)為一體，構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，為電池實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)均衡功能，這種形式如果采用主動(dòng)均衡方式，則所設(shè)計(jì)的電池電源系統(tǒng)體積大、均衡電流小，成本高，對(duì)電池串聯(lián)成組的數(shù)量有要求；如果采用被動(dòng)式均衡，則均衡電流較小、均衡效果較差，能量損耗大。另一種是均衡裝置獨(dú)立于電池，只需定期對(duì)電池組進(jìn)行一致性維護(hù)，一個(gè)均衡裝置可用于多組電池的均衡，相對(duì)成本較低，對(duì)電池串聯(lián)成組的數(shù)量無(wú)要求。但是目前的這種均衡裝置大部分只能實(shí)現(xiàn)充電時(shí)的均衡，不能實(shí)現(xiàn)放電過(guò)程的均衡，使用具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電池組充放電均衡方法、均衡裝置和維護(hù)裝置，用以解決充放電過(guò)程、特別是放電過(guò)程中電池組的一致性差的問(wèn)題，從而提高電池組的充放電容量和使用壽命。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括
一種電池組充放電均衡方法，其特征在于，包括如下步驟對(duì)于串聯(lián)的電池組，在為整個(gè)電池組進(jìn)行充電的同時(shí)，檢測(cè)電池組中各個(gè)電池的端電壓，比較、判斷出端電壓最低的一個(gè)或多個(gè)電池；以整個(gè)電池組為輸入，為該端電壓最低的一個(gè)或多個(gè)電池進(jìn)行充電；電池組進(jìn)行放電的同時(shí)，檢測(cè)電池組中各個(gè)電池的端電壓，比較、判斷出端電壓最低的一個(gè)或多個(gè)電池；以整個(gè)電池組為輸入，為該端電壓最低的一個(gè)或多個(gè)電池進(jìn)行充電。電池組進(jìn)行充放電時(shí)，為端電壓最低的一個(gè)或多個(gè)電池充電是通過(guò)一個(gè)降壓支路實(shí)現(xiàn)的；該降壓支路輸入端連接整個(gè)電池組兩端，輸出端與各個(gè)電池之間通過(guò)相應(yīng)開(kāi)關(guān)連接。所述檢測(cè)電池組中各個(gè)電池的端電壓由數(shù)據(jù)檢測(cè)單元完成，比較、判斷出端電壓最低的電池由控制單元完成；數(shù)據(jù)檢測(cè)單元和控制單元設(shè)置在控制器中。所述開(kāi)關(guān)為雙路繼電器。電池組充放電均衡裝置，該裝置主要由均衡模塊和控制器構(gòu)成，均衡模塊包括降壓支路，控制器包括數(shù)據(jù)檢測(cè)單元和控制單元；所述降壓支路輸入端連接電池組兩端，輸出端與各個(gè)電池之間通過(guò)相應(yīng)開(kāi)關(guān)連接；數(shù)據(jù)檢測(cè)單元采樣各個(gè)電池的端電壓，控制單元用·于將數(shù)據(jù)檢測(cè)單元采樣的各個(gè)電池的端電壓值進(jìn)行比較。所述開(kāi)關(guān)為雙路繼電器。電池組充放電維護(hù)裝置，主要由交流輸入控制單元、充電機(jī)、充電繼電器、充放電均衡裝置構(gòu)成；交流輸入控制單元用于檢測(cè)是否有交流輸入、并控制充電繼電器的開(kāi)合；充電機(jī)通過(guò)充電繼電器連接充放電均衡裝置；充放電均衡裝置主要由均衡模塊和控制器構(gòu)成，均衡模塊包括降壓支路，控制器包括數(shù)據(jù)檢測(cè)單元和控制單元；降壓支路輸入端連接電池組兩端，輸出端與各個(gè)電池之間通過(guò)相應(yīng)開(kāi)關(guān)連接；數(shù)據(jù)檢測(cè)單元采樣各個(gè)電池的端電壓，控制單元用于將數(shù)據(jù)檢測(cè)單元采樣的各個(gè)電池的端電壓值進(jìn)行比較。所述均衡模塊還包括一個(gè)輔助電源支路，用于將電池組的電壓轉(zhuǎn)換為控制器所需的電壓、為控制器供電。所述電池組充放電維護(hù)裝置還包括數(shù)據(jù)顯示及通訊模塊，數(shù)據(jù)顯示及通訊模塊與所述控制器連接。該裝置采用能量轉(zhuǎn)移的方式，在充放電過(guò)程中將電池組電壓通過(guò)降壓后為電壓最低的單體電池充電，能夠同時(shí)對(duì)多節(jié)一致性不好的電池組進(jìn)行維護(hù)，均衡過(guò)程中降低能量的損耗，均衡效率高，可獨(dú)立于蓄電池電源系統(tǒng)配置，用于蓄電池電源系統(tǒng)的定期維護(hù)。


圖1是本發(fā)明的充放電均衡裝置原理 圖2是本發(fā)明的維護(hù)裝置框 圖3是本發(fā)明的維護(hù)裝置原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。電池組充放電維護(hù)裝置，如圖2、圖3所示，主要由充電機(jī)、交流輸入控制單元、均衡模塊、控制器和數(shù)據(jù)顯示與通訊模塊組成，串聯(lián)電池組為B1、B2…BN。T、Z為連接器。交流輸入控制單元用于檢測(cè)是否有交流輸入、并控制充電繼電器KO的開(kāi)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸入的自診斷和控制，該單元能夠自動(dòng)判斷是否有交流電接入，根據(jù)判斷結(jié)果自動(dòng)選擇開(kāi)啟或閉合充電繼電器；充電電路具有防止在電池組充電接入時(shí)，出現(xiàn)正負(fù)極反接的預(yù)防措施(二極管)，同時(shí)防止出現(xiàn)電池組給充電機(jī)電流倒灌現(xiàn)象。充電機(jī)通過(guò)充電繼電器連接充放電均衡裝置，充電機(jī)將交流輸入經(jīng)整流、濾波后，用于對(duì)電池組進(jìn)行充電。其中，均衡模塊和控制器構(gòu)成電池組充放電均衡裝置，如圖1。均衡模塊包括降壓支路，控制器包括數(shù)據(jù)檢測(cè)單元和控制單元；降壓支路輸入端連接電池組兩端，輸出端與各個(gè)電池之間通過(guò)相應(yīng)開(kāi)關(guān)連接，用于將電池組的電壓降壓后給電壓最低單體電池補(bǔ)電；數(shù)據(jù)檢測(cè)單元采樣各個(gè)電池的端電壓Ul、U2…UN，控制單元用于將數(shù)據(jù)檢測(cè)單元采樣的各個(gè)電池的端電壓值進(jìn)行比較，選擇是否開(kāi)啟均衡功能。在電池組充電時(shí)，自動(dòng)閉合充電繼電器K0，為電池組充電，充電過(guò)程中通過(guò)數(shù)據(jù)檢測(cè)單元U1、U2…UN采集各單體電池電壓，再通過(guò)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷最低電壓的單體電池，并發(fā)出充電均衡控制指令，閉合該支路的繼電器K1、K2…KN (其中一個(gè))，將電池組的總電壓經(jīng)過(guò)均衡模塊的降壓支路降壓后為電壓最低的單體電池充電。
在電池組放電時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)充電繼電器K0，在放電過(guò)程中通過(guò)數(shù)據(jù)檢測(cè)單元Ul、U2…UN采集各單體電池電壓，再通過(guò)控制進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷最低電壓的單體電池，并發(fā)出放電均衡控制指令，閉合該支路的繼電器K1、K2…KN(其中一個(gè))，將電池組的總電壓經(jīng)過(guò)均衡模塊的降壓支路降壓后為電壓最低的單體電池充電。在充放電均衡過(guò)程中，由數(shù)據(jù)顯示與通訊模塊顯示電池組的均衡狀態(tài)，并可將電池組均衡狀態(tài)發(fā)送給其他外電路。作為其他實(shí)施方式，均衡模塊也可以同時(shí)為多個(gè)電壓最低的單體電池分別獨(dú)立進(jìn)行充電，只需控制與電池對(duì)應(yīng)的繼電器K1、K2…KN即可?？刂破骺刂频睦^電器采用雙路繼電器，保證單體電池充完電后能夠完全切斷，防止回路之間的環(huán)流。圖1中的均衡模塊包括降壓支路和輔助電源支路兩個(gè)支路，降壓電路輸入電壓為可調(diào)模式，根據(jù)使用中所配電池的數(shù)量不同調(diào)節(jié)電路電壓的輸入值，根據(jù)使用中所配電池的數(shù)量不同，調(diào)整輔助電路的輸入電壓；輸出電壓為0-5V可調(diào)模式，另一路輔助電源的輸入電壓范圍為可調(diào)模式，輸出電壓范圍為控制器所需的電壓平臺(tái)。以上為本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，依據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠顯而易見(jiàn)地想到一些等同、替代或變型的方案，均應(yīng)落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電池組充放電均衡方法，其特征在于，包括如下步驟對(duì)于串聯(lián)的電池組,在為整個(gè)電池組進(jìn)行充電的同時(shí),檢測(cè)電池組中各個(gè)電池的端電壓，比較、判斷出端電壓最低的一個(gè)或多個(gè)電池；以整個(gè)電池組為輸入，為該端電壓最低的一個(gè)或多個(gè)電池進(jìn)行充電；電池組進(jìn)行放電的同時(shí)，檢測(cè)電池組中各個(gè)電池的端電壓，比較、判斷出端電壓最低的一個(gè)或多個(gè)電池；以整個(gè)電池組為輸入，為該端電壓最低的一個(gè)或多個(gè)電池進(jìn)行充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組充放電均衡方法，其特征在于，電池組進(jìn)行充放電時(shí)，為端電壓最低的一個(gè)或多個(gè)電池充電是通過(guò)一個(gè)降壓支路實(shí)現(xiàn)的；該降壓支路輸入端連接整個(gè)電池組兩端，輸出端與各個(gè)電池之間通過(guò)相應(yīng)開(kāi)關(guān)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組充放電均衡方法，其特征在于，所述檢測(cè)電池組中各個(gè)電池的端電壓由數(shù)據(jù)檢測(cè)單元完成，比較、判斷出端電壓最低的電池由控制單元完成；數(shù)據(jù)檢測(cè)單元和控制單元設(shè)置在控制器中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池組充放電均衡方法，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)為雙路繼電器。
5.實(shí)施權(quán)利要求1所述方法的電池組充放電均衡裝置，其特征在于，該裝置主要由均衡模塊和控制器構(gòu)成，均衡模塊包括降壓支路，控制器包括數(shù)據(jù)檢測(cè)單元和控制單元；所述降壓支路輸入端連接電池組兩端，輸出端與各個(gè)電池之間通過(guò)相應(yīng)開(kāi)關(guān)連接；數(shù)據(jù)檢測(cè)單元采樣各個(gè)電池的端電壓，控制單元用于將數(shù)據(jù)檢測(cè)單元采樣的各個(gè)電池的端電壓值進(jìn)行比較。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池組充放電均衡裝置，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)為雙路繼電器。
7.電池組充放電維護(hù)裝置，其特征在于，主要由交流輸入控制單元、充電機(jī)、充電繼電器、充放電均衡裝置構(gòu)成；交流輸入控制單元用于檢測(cè)是否有交流輸入、并控制充電繼電器的開(kāi)合；充電機(jī)通過(guò)充電繼電器連接充放電均衡裝置；充放電均衡裝置主要由均衡模塊和控制器構(gòu)成，均衡模塊包括降壓支路，控制器包括數(shù)據(jù)檢測(cè)單元和控制單元；降壓支路輸入端連接電池組兩端，輸出端與各個(gè)電池之間通過(guò)相應(yīng)開(kāi)關(guān)連接；數(shù)據(jù)檢測(cè)單元采樣各個(gè)電池的端電壓，控制單元用于將數(shù)據(jù)檢測(cè)單元采樣的各個(gè)電池的端電壓值進(jìn)行比較。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池組充放電維護(hù)裝置，其特征在于，所述均衡模塊還包括一個(gè)輔助電源支路，用于將電池組的電壓轉(zhuǎn)換為控制器所需的電壓、為控制器供電。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池組充放電維護(hù)裝置，其特征在于，所述電池組充放電維護(hù)裝置還包括數(shù)據(jù)顯示及通訊模塊，數(shù)據(jù)顯示及通訊模塊與所述控制器連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及電池組充放電均衡方法、均衡裝置及維護(hù)裝置，用以解決在電池串聯(lián)成組使用時(shí)，電池組一致性不好導(dǎo)致單體電池之間電壓偏差大，充放電容量少，使用壽命短的問(wèn)題。裝置在充放電過(guò)程中，可通過(guò)檢測(cè)單體電池的電壓，計(jì)算單體電池之間的電壓偏差，判斷電池組的一致性。在電壓偏差超過(guò)預(yù)先設(shè)定的電壓偏差范圍時(shí)，控制器發(fā)送指令控制均衡模塊將電池組的電壓經(jīng)過(guò)降壓后給電壓最低的單體電池實(shí)現(xiàn)能量無(wú)損補(bǔ)電，縮小各電池之間的差異，提高電池組的充放電容量和使用壽命。該裝置獨(dú)立于蓄電池電源系統(tǒng)配置，用于蓄電池電源系統(tǒng)的定期維護(hù)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK103001288SQ20121047008
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者高萬(wàn)兵, 張瑞, 高文超, 談作偉, 李延濤, 陳海燕, 梁雅明 申請(qǐng)人:中航鋰電(洛陽(yáng))有限公司