专利名称：锂动力电池组串并联切换充电方法与充电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括混合动力汽车在内的电动车辆领域的锂动力电池组的充电方 法与充电装置。二、 背景技术锂动力电池组由于其能量密度高、比功率大，循环寿命长，引起了包括混合动力 汽车在内的电动汽车领域的密切关注。越来越多的电动汽车开始采用锂动力电池作为 电源。尤其是锂离子和锂聚合物电池具有重量轻，容量大，内阻小的特点，因而广泛 使用。但是它又很容易损坏，如果不按照它的充电特性，可充电次数将大打折扣，将 大大降低其使用寿命，所以如何给锂动力电池组充电是当前要解决的重要课题。锂动力电池组的单个电芯的电解液的击穿电压接近于其充满电时的电压，在充电过程中，当其电压接近结束电压值(一般为4.1一.3V)时，必须通过细心的观察和控 制来避免任何单个电芯由于过充电而导致过电压。对于单个锂动力电池的电芯来说， 其通过监控保证其电压不超过其化学性能所允许的电压值较容易。串联锂动力电池组 中的锂动力电芯则面临很复杂的问题，由于各个电芯电量均存在一定的不一致性，因 此即使整个锂动力电池组的电压在安全电压范围内，也可能因为各单个电芯之间的电 量不平衡，而导致其中某个电芯因过电压而损坏。因此，在锂动力电池组电压升到恒 压充电设定值时，必须对每个电芯进行监测和控制。一般来说，导致电芯性能异常有两个方面的原因内阻的变化和因老化而容量不足。在任何一种情况下，如果电池组合中的一个电芯存在性能异常，在大功率充电时， 这个电芯就可能首先过电压。而且个别容量不足或高内阻的电芯在充放电时容易出现 大幅度电压震荡，存在着过电压的隐患。对于使用电池的设备来讲，人们希望电芯平 衡并达到电池组合的最大可用容量。但在充电过程中， 一个不平衡的电芯可能过早地 达到结束电压值时，并触发充电器停止充电。所以如何保持每个锂动力电池电芯充电 容量平衡是目前锂动力电池组要解决的主要问题。目前，对锂动力电池组充电有并联充电和串联充电两种方法。为了降低成本，通 常人们采用串联充电的方法，监测总的串联电压不超过总电池组过压值，但这种方法 很容易引起个别单体锂动力电池的过电压充电和电芯充电的不均衡，大大降低锂动力 电池组的使用寿命。目前，锂动力电池组串联充电过程中， 一般有两种电芯容量平衡方法转移法和消耗法。转移法的电芯平衡方法是将电荷从电量高的电芯转移到电量 较低的电芯。但是对于电芯个数较多的锂动力电池组，转移法所需的电路是非常复杂和繁琐的，其可靠性非常低；消耗法则是先找出组合中电量高的电芯，然后通过一个 阻抗装置放掉过剩的电荷使之与电量较低的电芯相一致。其问题也是需要大量的开关 电路，且消耗能量较大。为了尽量满足单个锂动力电池的充电特性，对锂动力电池组的每个锂电池电芯单 独充电，即并联充电法为效果较好的方法。并联充电法虽然每个单体锂动力电池的充 电电压较低，但由于其充电支路多，每个充电支路的电流较大，充电器的各支路总充 电电流较高，充电器的体积非常大，所以成本相当高，使锂动力电池的充电装置成本 非常高，很难实现。三、发明内容本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种锂动力电池组串并 联切换充电方法与充电装置，使用该方法和装置为锂动力电池组充电，提高了锂动力 电池组的安全性及循环使用寿命，充电成本低，充电装置的体积小。为完成本发明的目的，本发明的充电方法技术解决方案是 一种锂动力电池组串 并联切换充电方法，其包括以下步骤-(1) 、检测电池组与充电器的连接情况和各个电池电芯单元的电压值，如果发生 连接不可靠的情况，则显示故障信号；当确认连接完好后，首先判断是否有锂动力电 池电芯单元电压低于预充电电压值，如果有，则开始对该单元进行预充电；预充电的 方式为串联充电，串联电流控制在预充电电流值；如果没有，直接进入步骤(2);(2) 、当预充电结束后，检测电池电芯中有无单元电压高于电池的结束电压值； 如果有，则进行并联充电；如果没有，则进行串联充电，在串联充电时，监测各个电 芯的电压是否有高于结束电压值，当电池组中有一电芯电压到达结束电压值时，串联 充电结束，开始进行并联充电；(3) 、在并联充电时，监测各个电池电芯单元的电压值和电流值，保证电池电芯 单元电压不高于其结束电压值，且当充电电流小于涓流电流结束值时，该电池电芯单 元充满。当全部电池电芯都充满时，锂动力电池组的充电完成；在整个充电过程中，时刻检测锂动力电池的温度， 一旦发现电池温度过高，则停 止充电，并给出故障信号。为实现上述所述的锂动力电池组串并联切换充电方法的充电装置其包括以下四 个部分电路电源主回路(l):包括整流电路11，直流滤波电容和预充电电路12，电压传感器 13，由开关电路器件及其保护缓冲回路组成的开关桥式电路14，充电电流传感器15 和串并联切换开关16;外部电源接到整流电路ll的输入端上，整流电路ll的输出端 与直流滤波电容和预充电电路12并联形成直流母线的正、负极，电压于直流母线的正、负极上；开关桥式电路14的直流输入端的正、负极并联在直流母线 的正负极之间；开关桥式电路14为可控开关半桥电路、或者可控开关全桥电路、或者 可控开关半桥和不可控开关半桥组成的混合开关全桥电路；开关桥式电路14的一输出 端串联充电电流传感器15后连接在串并联切换开关16的一个输入端上，另一输出端 连接在串并联切换开关16的另一个输入端上，串并联切换开关16是一个双路输入、 双双路输出的切换开关，其可由接触器组成，或者由可互锁的断路器组成或者是可互 锁的开关，其需要保证输出的互锁，即任何时候输出只能有一对输出，保证并联充电 和串联充电的互锁。控制电路板(2):包括并联支路信号单元21、开关信号驱动控制单元22、线圈信 号电路23、电压电流信号电路24、控制处理器25和信号显示单元26;其中并联支路 信号单元21包括每个电池电芯单元信息电路，开关信号驱动控制单元22包括串充断 路器切换电路和斩波信号驱动电路；信号显示单元26包括各电池组和充电装置的状态 显示电路和与外界计算机进行通讯的通讯电路；控制电路板的信号电源和电路驱动电 源来自于直流母线的正、负极。并联支路信号单元21的各输出输入端分别连接并联充电电路的各并联充电单元 Um的控制信息交换电路Um5的各信号输入输出端，其输入输出端与控制处理器25的并 联信号输出输入端相连；开关信号驱动控制单元22的串并联切换信号输出端连接串并 联切换开关16的信号输入端，其开关桥式电路开关器件的各信号驱动输出端分别连接 开关桥式电路14的各个开关电路器件的信号驱动输入端，其输入端连接控制处理器25 的一信号输出端；线圈信号电路23的输入端和反馈线圈42对应连接，其输出端和控 制处理器25的一输入端相连；电压电流信号电路24的各信号输入端分别连接电压传 感器13、充电电流传感器15和输出电压传感器33的信号输出端，其输出端连接到控 制处理器25的信号输入端；信号通讯显示单元26的输出输入端连接控制处理器25的 通讯接口。(3) 串联充电电路包括滤波电感31、滤波电容32及输出电压传感器33;串并联 切换开关16的串联输出端串联滤波电感31后，再并联滤波电容32和输出电压传感器 33后，最终接入锂动力电池组的总电源的正、负输入端。(4) 并联充电电路包括多绕组变压器的初级线圈41，反馈线圈42，铁心43，与 锂动力电池组的电芯单元数相同的独立的次级线圈nl、 n2、 n3"'nn，次级线圈nl、 n2、 n3…nn对应连接的Ul,U2，U3…Un并联充电单元；n代表锂动力电池组的电芯单 元数；串并联切换开关16的并联输出端连接初级线圈41的两输入端；初级线圈41、 反馈线圈42和nl、 n2、 n3…nn次级线圈共同缠绕在铁心43上，组成变压器T，实 现不同高低电压的切换；在每个次级线圈nl、 n2、 n3…nn上连接有一个并联充电单元Ul， U2， U3…Un，针对每个电池电芯单元进行独立的电压和充电电流的控制；Um代表Ul,U2，U3…Un中任一个并联充电单元，Nm代表nl、 n2、 n3…nn中任一个次级线圈，Em代表El、 E2、 E3…En中任一个电池电芯，Um的输入端为多绕组变压器T的一个次级线圈Nm，其输出端连接锂电池组的一个电池电芯单元Em的正、负极，其内部包括控制单片机或控制电路Uml，并联充电单元的电源部分Um2，单个电池电芯的电压和温度采样电路Um3，并联充电单元的电流检测电路Um4，与控制电路板上的并联支路信号单元21进行控制信息交换的控制信息通讯电路Um5;并联充电单元的电源部分Um2的信号电源输出端接到控制单片机或控制电路Uml的电源输入端，其充电电源的输出端接电池电芯单元Em的正、负极，次级线圈Nm两端连接并联充电单元的电源部分Um2的电源输入端；单个电池电芯的电压和温度采样电路Um3的信号输入端接电池电芯单元El、E2、…Em电压正、负极，其信号输出端接控制单片机或控制电路Uml的电压信号输入端；并联充电单元的电流检测电路Um4的电流信号输入端串入并联充电单元Um的输出 端，其信号输出端连接到控制单片机或控制电路Uml的电流信号输入端；控制信息通讯电路Um5的信号输入输出端连接控制单片机或控制电路Uml的通讯 连接端口，另一输入输出端通讯端经光耦与控制电路板(2)上的并联充电接口 21的输 出输入端连接，传递的主要信号有电池电芯单元Em的电压和温度故障信号，充电状态 信号以及充电单元的使能信号等。上述所述的单个电池电芯的电压和温度采样电路Um3无论充电装置工作于串联状 态或并联状态，其始终检测各锂动力电池单元电芯的电压和温度，当电压和温度超过 正常范围时，并联充电时切断充电装置的输出，Uml通过控制信息通讯电路Um5发给并 联支路信号单元21，由控制处理器25进行相应电压和温度控制。本发明将串联充电和并联充电集成到单体充电设备中，在监视电路、控制电路和 切换电路的控制下，很好地实现了串、并联充电的切换，在电池组其中一个单体电池 电芯的电压低于预充电电压值时，串并联切换开关16即切换到串联充电电路，并控制 电流在预充电电流值，当没有单体电池电芯的电压低于预充电电压值后，则根据结束 电压值和涓流电流结束值的要求分别控制串并联切换开关16切换进行串联充电或者并 联充电。本发明对电池组进行串联充电时，虽然充电功率高，电压大，但采取一个支 路即可为电池组的所有单个电池电芯充电，其充电电流小，成本低，本发明对电池组 进行并联充电时，此时锂动力电池已有个别电芯进入并联充电的阶段，或者某个电池 电芯首先达到结束电压值，此时锂动力电池所需充电功率已很小，对每个单元进行并 联独立充电，虽然支路数较多，但是所需电流很小，充电器的成本不高。总之，本发明在尽量满足单个锂动力电池的不同阶段充电的充电要求的情况下，降低了充电装置 的成本，大大縮小了其充电装置的体积，尤其是对大容量锂动力电池组的充电装置， 其成本和体积降低地更加显著。保持了每个锂动力电池电芯充电容量的平衡，保证了对每个电池单元的充分保护和最佳工作状况，提高了锂动力电池的安全性及循环使用 寿命。下面结合附图对本发明做进一步描述-图l为本发明的充电方法的控制流程示意图；图2为本发明的充电装置的电路结构示意图；图3为本发明的充电装置中其中一个并联充电单元的电路结构示意图； 图4为本发明的充电装置工作于串联充电工况时的电路结构示意图； 图5为本发明的充电装置工作于并联充电工况时的电路结构示意图。 五具体实施例方式充电控制方法如
图1所示，其包括以下步骤1、当开机以后，控制部分完成开机自检后，就开始检测电池组与充电器的连接情 况和各个电池电芯单元的电压值，如果发生连接不可靠的情况，则显示故障信号。当 确认连接完好后，则首先判断是否有锂动力电池电芯单元电压低于预充电电压值。如 果有，则开始对该单元进行预充电。预充电的方式为串联充电，串联电流控制在预充电电流值；如果没有，直接进入步骤2。 2、当预充电结束后，检测电池电芯中有无单 元电压高于电池的结束电压值。如果有，则串并联切换开关切换到并联充电电路；如 果没有，则开始进行串联充电。在切换时，采用自动控制切换来完成。在串联充电时， 监测各个电芯单元是否有高于结束电压值。当电池组中有一电池电芯电压到达结束值 时，串联充电结束。串并联切换开关切换到并联充电电路，使能各个并联充电单元， 开始进行并联充电。3、在并联充电时，监测各个电池电芯单元的电压值和电流值，保证每个电池电芯 单元电压不高于电池结束电压值，且当充电电流小于涓流电流结束值时，该电池电芯 单元充满，输出充满信号，当全部电池的充满信号都输入到控制部分时，锂动力电池 组的充电完成，输出充电完成信号。在整个充电过程中，时刻检测锂动力电池的温度， 一旦发现电池温度过高，则停止充电，并输出故障信号。为实现上述所述的锂动力电池组串并联切换充电方法的充电装置如图2所示， 其包括四个部分电路电源主回路(l):包括整流电路ll，直流滤波电容和预充电电路 12，电压传感器13，由开关电路器件及其保护缓回路组成的开关桥式电路14，充电电 流传感器15和串并联切换继电器16。控制电路板(2):包括并联支路信号单元21、开 关信号驱动控制单元22、线圈信号电路23、电压电流信号电路24、控制处理器25和信号显示单元26。串联充电电路(3):包括滤波电感31、滤波电容32及输出电压传感 器33。并联充电电路(4):包括多绕组变压器的初级线圈41，反馈线圈42，铁心43， 与锂动力电池组的电芯单元数相同的独立的次级线圈nl、 n2、 n3…nn，次级线圈nl、 n2、 n3…nn对应连接的Ul，U2,U3…Un并联充电单元；n代表锂动力电池组的电芯单 元数。初级线圈41、反馈线圈42和nl、 n2、 n3…nn次级线圈共同缠绕在铁心43上， 组成变压器T。 Nm代表nl、 n2、 n3…nn中任一个次级线圈，Um代表Ul, U2, U3…Un 中任一个并联充电单元；Um并联充电单元包括控制单片机或控制电路Uml，并联充电 单元的电源部分Um2，单个电池电芯的电压和温度采样电路Um3，并联充电单元的电流 检测电路Um4，与控制电路板上的并联支路信号单元21进行控制信息交换的控制信息 通讯电路Um5。串并联切换充电装置的具体工作方式如下所示-当锂电池组与充电装置连接完成，开始工作后，电源经整流电路11，直流滤波电 容和预充电电路12充电，控制电路板(2)开始工作，此时并联支路信号单元21及并联 充电电路(4)中的各个并联充电单元工作，监测每个电池电芯单元信息，同时电压传感 器13，输出电压传感器33采集输入电源电压和电池组总电压信号，各传感器信号输入 到控制电路板上的电压电流信号电路24、同时显示单元26工作，输出电池组的充电状 态信息。控制电路板(2)上的控制处理器25按照充电方法中串并联切换的控制方法 确定串并联方式的选择。如果有电池单元需要预充电，则进入预充电；如果满足串联 充电条件，则开始进行串联充电；如果有电池单元电压已到达结束电压值，则进入并 联充电的过程。当选择进行串联充电时此时工作方式如图4所示，此时串并联切换继电器16切换到串联输出端，并联充 电电路中的初级线圈41、反馈线圈42，并联充电单元的电流检测电路Um4不工作，只 有各个并联充电单元中的控制部分Uml,单个电池电芯的电压和温度采样电路Um3和 控制信息通讯电路Um5工作，电源由并联充电单元的电源部分Um2提供，而并联充电 单元的电源部分Um2的电源由电池单元Em提供。Uml、 Um3和Um5随时监测各个电芯单 元上的电压、温度等信息，同时信息传送给控制电路板(2)，控制电路板(2)禁止并联 充电电路(4)工作于充电状态。同时串联充电电路(3)工作。电压传感器13以及输出 电压传感器33，充电电流传感器15的信号输入控制电路板(2)上的电压电流信号电 路24，经控制电路板上的控制处理器25通过计算获得控制恒流充电值所要求的电压 值，同时开关信号驱动控制单元22发出控制信号给开关桥式电路14的每个开关器件， 进行斩波电压控制，对锂动力电池组进行串联恒流充电。通过调整开关桥式电路14的 开关器件的导通占空比，调节串联电池组的总有效电压，来调节充电电流的大小。此 时滤波电感31和滤波电容32起平滑滤波充电电流的作用。串联充电时的工作流程按照切换方式所要求的，当进入串联充电时，电路工作于 恒流充电，随着电池电芯单元电压的升高，由于电池电芯的不一致性，会有个别电芯 单元首先到达电池结束电压值,此时单个电池电芯的电压和温度采样电路Um3检测到饱 和信息后，通过控制信息交换电路Um5将饱和信息发送到控制电路板(2)上的并联支 路信号单元21，表征串联充电的结束。当选择进行并联充电时此时工作方式如图5所示。串并联切换继电器16切换到并联输出端，串联充电电 路(3)中的滤波电感31和滤波电容32不工作。电流通过开关桥式电路14的每个开关 器件，通过变压器T中的初级线圈41和铁心43，以及此时并联充电电路(4)中的各个 并联充电单元U1、U2、…Un进行多绕组的DC/DC转换，分别独立进行降压稳压等变换， 对锂动力电池单元E1、 E2、…Em进行充电。同时电池信息进入控制电路板(2)的并联 支路信号单元21，进行分析。然后，再通过信号显示单元26显示。此时，通过充电电 流传感器15进行总的充电电流监控。在并联充电时，控制板上的反馈线圈42采集初 级线圈41输出的电压，通过控制电路板(2)上的线圈信号电路23提供信号给控制处理 器25。每个独立并联充电单元Um中，并联充电单元的电源部分Um2控制充电电压，使电 芯Em始终处于恒压状态，当并联充电单元的电流检测电路Um4和单个电池电芯的电压 和温度采样电路Um3检测到电池电芯单元达到充满状态时，或者处于故障状态时，向 控制电路板(2)的并联支路信号单元21发出充满信号或故障信号。同时时刻与控制电 路板(2)发来的使能信号等保持一致。由于每个电池电芯单元的内阻和容量稍有不同， 故每个充电单元的输出电流瞬时值和输出电压瞬时值均不相同，保证了每个电池电芯 单元的充满。当各个独立并联充电单元(以Um代表)的电芯单元中，充电电流逐渐下降，电芯 电压逐渐升高，当充电电流小于涓流电流结束值时，表征该单元已完成充电，均通过 控制信息交换电路Um5将饱和信息发到控制电路板(2)上的并联支路信号单元21，表 征该电芯的并联充电的结束。当所有单元的充电结束信号到达控制电路板(2)上的控 制处理器25后，则全部的充电过程结束。下面以一组具体的锂动力电池组的充电方法 和充电装置作说明一组锂动力电池组，由60个30Ah的锂动力电池单元构成。每个单元额定电压为 3. 6V，电压使用范围从3. IV到4. 2V，总的电池组额定电压216V，电压使用范围从190V 到250V。充电时，先检测各个单元的输出信号，如果有单元电压低于2.3V，则对每个 单元先串联充电方式进行预充电，充电电流设定在500mA-1500mA间。当电池电压高于 2.3V时，则提高充电电流到恒流充电值。串联充电输出功率2KW，其最大电流为15A，输出电流可调，由于其省掉了变压器，11并且滤波电容值较小，故体积很小，且成本低。当其对锂动力电池组进行充电时，其 充电电流可设定在l-15A， 一般控制在6A左右，恒流变脉宽控制。当有某个锂电池单 元的电压到达串充电压上限的结束电压值时，输出信号到达并联支路信号单元21，并 保持一定时间后，串充过程结束。控制电路板(2)将自动控制切断串联充电电路(3)， 将串并联切换继电器16切换到并联充电电路(4)。并联充电电路(4)由IO个充电模块 组成,每个模块有6个独立的充电回路，共60个独立充电单元，每个回路额定输出4. 2V, 最大电流1.5A，功率8W左右，每个模块约50W的充电功率。这种独立充电单元中的成 熟的电路非常多，其成本低，输出回路隔离方便。每个充电回路对应一个锂动力电池 单元。由于此时锂电池的电量已经串联充电充了大部分，故并联充电的充电功率已很 小，且可以针对每个单元的具体情况进行不同的处理。每个动力电池单元的充电电流 小于涓流电流结束值时(本例为0.2A)，则输出完成信号。当所有的电池单元均输出充 电完成信号时，整个充电过程结束。
权利要求
1. 一种锂动力电池组串并联切换充电方法，其特征是它包括以下步骤(1)、检测电池组与充电器的连接情况和各个电池电芯单元的电压值，如果发生连接不可靠的情况，则显示故障信号；当确认连接完好后，首先判断是否有锂动力电池电芯单元电压低于预充电电压值，如果有，则开始对该单元进行预充电；预充电的方式为串联充电，串联电流控制在预充电电流值；如果没有，直接进入步骤(2)；(2)、当预充电结束后，检测电池电芯中有无单元电压高于电池的结束电压值；如果有，则进行并联充电如果没有，则进行串联充电，在串联充电时，监测各个电芯的电压是否有高于结束电压值，当电池组中有一电芯电压到达结束电压值时，串联充电结束，开始进行并联充电；(3)、在并联充电时，监测各个电池电芯单元的电压值和电流值，保证电池电芯单元电压不高于其结束电压值，且当充电电流小于涓流电流结束值时，该电池电芯单元充满，当全部电池电芯都充满时，锂动力电池组的充电完成；在整个充电过程中，时刻检测锂动力电池的温度，一旦发现电池温度过高，则停止充电，并给出故障信号。
2、 一种实现权利要求1所述的锂动力电池组串并联切换充电方法的锂动力电池组 串并联切换充电装置，其特征是:它包括以下四个部分电路电源主回路(l):包括整流电路(ll)，直流滤波电容和预充电电路(12)，电压传感 器(13)，由开关电路器件及其保护缓冲回路组成的开关桥式电路(14)，充电电流传感器 (15)和串并联切换开关(16);外部电源接到整流电路(ll)的输入端上，整流电路(ll) 的输出端与直流滤波电容和预充电电路(12)并联形成直流母线的正、负极，电压传感器 (13)并联于直流母线的正、负极上；开关桥式电路(14)的直流输入端的正、负极并联在 直流母线的正负极之间；开关桥式电路(14)的一输出端串联充电电流传感器(15)后连接 在串并联切换开关(16)的一个输入端上，另一输出端连接在串并联切换开关(16)的另一 个输入端上；控制电路板(2):包括并联支路信号单元(21)、开关信号驱动控制单元(22)、线圈 信号电路(23)、电压电流信号电路(24)、控制处理器(25)和信号显示单元(26);其中并 联支路信号单元(21)包括每个电池电芯单元信息电路，开关信号驱动控制单元(22)包括 串充断路器切换电路和斩波信号驱动电路；信号显示单元(26)包括各电池组和充电装置 的状态显示电路和与外界计算机进行通讯的通讯电路；控制电路板(2)的信号电源和电 路驱动电源来自于直流母线的正、负极；并联支路信号单元(21)的各输出输入端分别连接并联充电电路的各并联充电单元Um的控制信息交换电路Um5的各信号输入输出端，其输入输出端与控制处理器(25)的 并联信号输出输入端相连；开关信号驱动控制单元(22)的串并联切换信号输出端连接串 并联切换开关(16)的信号输入端，其开关桥式电路开关器件的各信号驱动输出端分别连 接开关桥式电路(14)的各个开关电路器件的信号驱动输入端，其输入端连接控制处理器 (25)的一信号输出端；线圈信号电路(23)的输入端和反馈线圈(42)对应连接，其输出端 和控制处理器(25)的一输入端相连；电压电流信号电路(24)的各信号输入端分别连接电 压传感器(13)、充电电流传感器(15)和输出电压传感器(33)的信号输出端，其输出端连 接到控制处理器(25)的信号输入端；信号通讯显示单元(26)的输出输入端连接控制处理 器(25)的通讯接口；(3) 串联充电电路包括滤波电感(31)、滤波电容(32)及输出电压传感器(33);串 并联切换开关(16)的串联输出端串联滤波电感(31)后，再并联滤波电容(32)和输出电压 传感器(33)后，最终接入锂动力电池组的总电源的正、负输入端；(4) 并联充电电路包括多绕组变压器的初级线圈(41)，反馈线圈(42)，铁心(43)， 与锂动力电池组的电芯单元数相同的独立的次级线圈nl、 n2、 n3"'nn，次级线圈nl、 n2、 n3…nn对应连接的Ul，U2,U3…Un并联充电单元；n代表锂动力电池组的电芯单 元数；串并联切换开关(16)的并联输出端连接初级线圈(41)的两输入端；初级线圈(41)、 反馈线圈(42)和nl、 n2、 n3…nn次级线圈共同缠绕在铁心(43)上，组成变压器T， 实现不同高低电压的切换；在每个次级线圈nl、 n2、 n3'"nn上连接有一个并联充电 单元Ul,U2,U3…Un，针对每个电池电芯单元进行独立的电压和充电电流的控制；Um代表Ul，U2，U3…Un中任一个并联充电单元，Nm代表nl、 n2、 n3…nn中任一 个次级线圈，Em代表El、 E2、 E3…En中任一个电池电芯，Um的输入端为多绕组变压器 T的一个次级线圈Nm，其输出端连接锂电池组的一个电池电芯单元Em的正、负极，其内 部包括控制单片机或控制电路Uml，并联充电单元的电源部分Um2，单个电池电芯的电 压和温度采样电路Um3，并联充电单元的电流检测电路Um4，与控制电路板上的并联支 路信号单元(21)进行控制信息交换的控制信息通讯电路Um5;并联充电单元的电源部分Um2的信号电源输出端接到控制单片机或控制电路Uml 的电源输入端，其充电电源的输出端接电池电芯单元Em的正、负极，次级线圈Nm两端 连接并联充电单元的电源部分Um2的电源输入端；单个电池电芯的电压和温度采样电路Um3的信号输入端接电池电芯单元El、 E2、…Em电压正、负极，其信号输出端接控制单片机或控制电路Uml的电压信号输入 端；并联充电单元的电流检测电路Um4的电流信号输入端串入并联充电单元Um的输出 端，其信号输出端连接到控制单片机或控制电路Uml的电流信号输入端；控制信息通讯电路Um5的信号输入输出端连接控制单片机或控制电路Uml的通讯连 接端口，另一输入输出端通讯端经光耦与控制电路板(2)上的并联充电接口(21)的输出 输入端连接，传递的主要信号有电池电芯单元Em的电压和温度故障信号，充电状态信 号以及充电单元的使能信号。
3、 根据权利要求2所述的锂动力电池组串并联切换充电装置，其特征是所述的 开关桥式电路(14)为可控开关半桥电路、或者可控开关全桥电路、或者可控开关半桥和 不可控幵关半桥组成的混合开关全桥电路。
4、 根据权利要求2或者3所述的锂动力电池组串并联切换充电装置，其特征是所 述的串并联切换开关(16)是一个双路输入、双双路输出的切换开关，其可由接触器组成， 或者由可互锁的断路器组成或者是可互锁的开关，其需要保证输出的互锁，即任何时候 输出只能有一对输出。
5、 根据权利要求4所述的锂动力电池组串并联切换充电装置，其特征是:所述的单 个电池电芯的电压和温度采样电路Um3无论充电装置工作于串联状态或并联状态，其始 终检测各锂动力电池单元电芯的电压和温度，当电压和温度超过正常范围时，并联充电 时切断充电装置的输出，Uml通过控制信息通讯电路Um5发给并联支路信号单元(21》由 控制处理器125)进行相应电压和温度控制力
6、 根据权利要求2或者3所述的锂动力电池组串并联切换充电装置，其特征是所 述的单个电池电芯的电压和温度采样电路Um3无论充电装置工作于串联状态或并联状 态，其始终检测各锂动力电池单元电芯的电压和温度，当电压和温度超过正常范围时， 并联充电时切断充电装置的输出，Uml通过控制信息通讯电路Um5发给并联支路信号单 元(2D，由控制处理器(25)进行相应电压和温度控制。
全文摘要
本发明公开了一种锂动力电池组串并联切换充电方法与充电装置，充电装置包括整流电路、直流滤波电容和预充电电路、电压传感器、开关桥式电路、充电电流传感器和串并联切换开关的电源主回路，包括并联支路信号单元、开关信号驱动控制单元、线圈信号电路、电压电流信号电路、控制处理器和信号显示单元的控制电路板，包括滤波电感、滤波电容及输出电压传感器的串联充电电路和包括多绕组变压器的初级线圈、反馈线圈、铁心、多个次级线圈和多个并联充电单元的并联充电电路。充电方法按照设定的预充电电压值和结束电压值来进行预充电、串联充电和并联充电。本发明降低了充电装置的成本和体积，保持了每个锂动力电池电芯充电容量的平衡，保证了对每个电池单元的充分保护和最佳工作状况，提高了锂动力电池的安全性及循环使用寿命。
文档编号H02J7/10GK101262140SQ20081009440
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月30日 优先权日2008年4月30日
发明者刘云海, 刘汉民, 文仕周, 王志国, 苗保生, 高凤龙 申请人:刘云海;王志国;苗保生