专利名称：对电池组均衡充电的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对电池充电的方法及采用该方法的充电系统，尤其是对串联连接的电池组充电的方法及采用该方法的充电系统。
背景技术：
为提高串联使用的电池组充电的效率，充电时通常保持电池组的串联连接关系，由一套充电系统以恒压、恒流方式对电池组统一充电。由于制造技术的局限，各个电池单体充电特性存在差异，在相同的充电电压和电流条件下，各个电池单体充电的“接受比”不同。实际操作中，在各个电池单体充电过程的后阶段，部分电池单体已充满电，部分电池单体尚未充满电，需要继续充电。已充满电的电池单体继续用同样的电流充电会产生电解液温度快速上升，形成“电解”“气化”现象，以至于电池组中某个或几个电池受损害，甚至报废的问题。但，此时用较小的电流流过已充满电的电池单体，则不会产生上述问题，而可继续向未充满电的电池单体充电，实现电池组均衡充电。已开发的一些能够均衡充电的充电系统，在以恒压、恒流方式对电池组统一充电的充电系统中对每一个电池单体增加连接一个检测和提供附加电流的器件，并利用一个控制器控制每一个电池单体连接的该器件的工作。例如，中国发明专利说明书CN 1080017C公开的专利号为ZL96197999.2，名为“用于均衡蓄电池充电程度的系统”的技术方案。它提出在串联连接而成的蓄电池组中，对每一个蓄电池单体或蓄电池组件使用一个可控电压变换器；该可控电压变换器一侧连接该蓄电池单体或蓄电池组件，另一侧连接一个公用的提供附加电流的电流线路；该电流线路的正极连接蓄电池组的正极，负极连接蓄电池组的负极；可控电压变换器装有检测蓄电池单体或蓄电池组件的温度和电极电压的装置；系统中设中央控制单元与各可控电压变换器通信并进行控制。利用可控电压变换器在其所连接的蓄电池单体或蓄电池组件未充满电时向它提供附加电流，满足充电需要。这种充电方式，使用一个中央控制单元、一个公用的提供附加电流的电流线路、多个可控电压变换器，特别是多个可控电压变换器不仅要与蓄电池单体或蓄电池组件连接，还要与中央控制单元连接进行通信并受其控制，系统结构复杂。
发明内容
本发明旨在提供一种采用较简单的电路结构，就能在电池组充电过程的后阶段，自动改用较小的电流对电池组充电，实现均衡充电的，对电池组均衡充电的方法及采用该方法的对电池组均衡充电的系统。
本发明的目的是通过以下方案实现的对电池组均衡充电的方法，其特征是在串联连接的电池组的两端并联至少两个开关电源充电电源模块，其中第一个充电电源模块的最大输出电流量为该电池组充电的无损害电流；开始充电时，各个充电电源模块共同对该电池组充电；该电池组电压达到指定值时，只有第一个充电电源模块对该电池组充电；该电池组电压达到额定值时，对该电池组浮充电。
所述的无损害电流为该电池组容量的0.1C～0.015C。
所述的指定值为该电池组的析气电压，所述的额定值为该电池组的最高充电电压。
本方法发明另一种实施办法是所述的电池组的两端并联至少三个开关电源充电电源模块，其中第一个充电电源模块的最大输出电流量为该电池组充电的无损害电流；开始充电时，各个充电电源模块共同对该电池组充电；该电池组电压达到低于指定值的某一预定值时，只由第二个充电电源模块和第一个充电电源模块对该电池组充电；该电池组电压达到指定值时，只有第一个充电电源模块对该电池组充电；该电池组电压达到额定值时，对该电池组浮充电。
对电池组均衡充电的系统，其特征是在串联连接而成的电池组的两端并联至少两个开关电源充电电源模块；各个充电电源模块各自设定独立的最大输出电流和最高输出电压，各个充电电源模块最大输出电流的总和小于该电池组充电的最大电流；其中第一个充电电源模块的最大输出电流为该电池组充电的无损害电流，最高输出电压为该电池组充电电压额定值；其余各个充电电源模块最高输出电压小于或等于该电池组充电电压指定值。
该系统中所述的无损害电流为该电池组容量的0.1C～0.015C。所述的指定值为该电池组的析气电压，所述的额定值为该电池组的最高充电电压。
本方法发明另一种对电池组均衡充电的系统实施结构是所述的电池组的两端并联至少三个开关电源充电电源模块；各个充电电源模块各自设定独立的最大输出电流和最高输出电压，各个充电电源模块最大输出电流的总和小于该电池组充电的最大电流；其中第一个充电电源模块的最大输出电流为该电池组充电的无损害电流，最高输出电压为该电池组充电电压额定值；其中第二个充电电源模块的最高输出电压为该电池组充电电压指定值；其余各个充电电源模块最高输出电压为低于指定值的某一预定值。
推荐的作法是所述的各个充电电源模块包括检测电路、整流电路、直流开关逆变电路和开关脉冲调制发生器；整流电路为直流开关逆变电路提供工作电源；检测电路检测电池组的电极电压，并向开关脉冲调制发生器提供电池组的电极电压与设定电压的偏差信号；开关脉冲调制发生器为直流开关逆变电路提供控制其输出电流和电压的开关脉冲。
特别是所述的各个充电电源模块还具有可调整的输出电流设定电路和输出电压设定电路。
本发明对电池组均衡充电的方法，利用开关电源输出级整流二极管反向隔离的特点，在串联连接的电池组的两端并联至少两个具有不同最高输出电压的开关电源充电电源模块，充电的前期阶段，各个充电电源模块共同对该电池组充电；该电池组电压达到指定值时，只有一个充电电源模块以该电池组容量的0.1C～0.015C的无损害电流对该电池组充电；使该电池组中“接受比大的”和“接受比小的”均衡无损害地充满电。充电过程无需人工调节，便于操作，可有效延长电池组的使用寿命，减少废弃电池组对环境造成的污染。使用多个具有不同最高输出电压开关电源充电电源模块，使充电过程分为多个电压递增，电流递减的阶段，不仅电池组能均衡无损害地充满电，而且充电速度加快。采用上述方法的对电池组均衡充电的系统，采用模块化的组织结构，系统扩充性好，易于根据具体情况调整。可减少用户的使用费用。各个充电电源模块有整流电路为直流开关逆变电路提供工作电源；检测电路检测电池组的电极电压，并向开关脉冲调制发生器提供电池组的电极电压与设定电压的偏差信号；开关脉冲调制发生器为直流开关逆变电路提供控制其输出电流和电压的开关脉冲。充电电源模块本身即可独立完成充电的基本功能，无需配置其它的装置，便于生产和维修，有利于系列化推广应用。特别是各个充电电源模块还具有可调整的输出电流设定电路和输出电压设定电路。每一种规格的充电电源模块可按照具体应用条件调整使用，适用范围广。
图1是本发明对电池组均衡充电的系统一个实施例的结构示意图。
图2是本发明对电池组均衡充电的系统又一个实施例的结构示意图。
图3是对电池组均衡充电的系统中开关电源充电电源模块的一个较佳实施例的方框结构示意图。
具体实施例方式
本发明对电池组均衡充电的系统的一个实施例是一个对1000马力以上的大型内燃机，如铁路内燃机车的启动电池组充电的系统，它的结构请参见图1。该启动电池组是由48块单体电压为2V的蓄电池串联连接而成的电池组1。电池组1的容量为460Ah，充电的最大电流为60A，充电的最高充电电压为124.8V，析气电压为116V。电池组1的两端并联两个开关电源充电电源模块2、3。根据电池组1的特性，设定两个充电电源模块2、3各自独立的最大输出电流I2、I3和最高输出电压V2、V3，其中第一个充电电源模块2的最大输出电流I2为460Ah×0.05C＝23A，即经发明人试验电池组1充电的无损害电流，最高输出电压V2为电池组1充电电压额定值124.8V；第二个充电电源模块3最高输出电压V3等于该电池组1的析气电压116V，最大输出电流I3可按两个充电电源模块2、3最大输出电流的总和(I2+I3)小于该电池组1充电的最大电流60 A的原则确定，使I3选定为35A。
当内燃机车进库后，将其启动电池组1与该系统连接，该系统开始充电，两个充电电源模块2、3共同对该电池组1充电；该电池组1电压达到116V时，由于第二个充电电源模块3最高输出电压不再大于该电池组1的电极电压，故不再对其放电，即没有电流输出，只有第一个充电电源模块2以最大输出电流23A对该电池组1充电；该电池组电压1达到124.8V值时，第一个充电电源模块2对该电池组1浮充电。从而实现对启动电池组1的48块蓄电池中各个单体“接受比大的”和“接受比小的”均衡无损害充满电。
内燃机车启动前，要对机油、柴油、空气加热，启动电池组1的电压下降，当降到116V以下时，两个充电电源模块2、3都进入全功率输出工作状态，为内燃机车提供电源，启动时电量足非常有力，内燃机车启动后，将启动电池组1与该系统分离。采用这种使用方法对内燃机车低温启动非常有利，启动电池组1的寿命延长1-2倍。
本方法发明对电池组均衡充电的系统另一个实施例是一个对通讯设备后备电池组充电的系统，它的结构请参见图2。该后备电池组是由每块单体电压为12V的蓄电池两个串联为一组，再由5组并联连接而成的电池组1。电池组1的容量为195Ah，充电的最大电流为40A，充电的最高充电电压为31.2V，析气电压为28.8V。电池组1的两端并联三个充电电源模块2、3、4。其中第一个充电电源模块2的最大输出电流I2为195Ah×0.015C＝2.9A，即该电池组1充电的无损害电流，最高输出电压V2为该电池组1充电的最高充电电压31.2V；第二个充电电源模块3的最高输出电压V3为该电池组1充电的析气电压值28.8V，最大输出电流I3为15A；第三个充电电源模块4最高输出电压V4为26V，最大输出电流I4为20A。
该系统中开始充电时，三个充电电源模块2、3、4共同对该电池组1充电；该电池组1电压达到预定值26V时，只由第二个充电电源模块3和第一个充电电源模块2对该电池组1充电；该电池组1电压达到指定值28.8V时，只有第一个充电电源模块2对该电池组1充电；该电池组电压1达到额定值31.2V时，第一个充电电源模块2对该电池组1浮充电。
上述两个实施例中，充电电源模块的数量并不限制在两个和三个，根据电池组的容量和每一个充电电源模块的功率限制，第一个充电电源模块2、第二个充电电源模块3和第三个充电电源模块4本身可以用具有相同参数的充电电源模块并联组成。另外，也可以设置多个预定值并使用对应的充电电源模块，使充电过程既安全又快速。这种充电方法和系统也适用于锂电池、镍铬电池等其它类型的电池组，只是析气电压要按具体的电池类型使用相应的名称。
本发明电池组均衡充电的系统中恒流开关电源充电电源模块的一个推荐的较佳实施例的方框结构请参看图3。各个充电电源模块包括整流电路5、直流开关逆变电路6、开关脉冲调制发生器7、检测电路8、输出电流设定电路9、输出电压设定电路10。整流电路5的输入端连接市电，输出端连接直流开关逆变电路6，它为直流开关逆变电路6提供工作电源。检测电路8的输入端连接电池组1的两个电极，输出端连接开关脉冲调制发生器7；它的作用是检测电池组1的电极电压，并向开关脉冲调制发生器7提供电池组1的电极电压与设定电压的偏差信号。可调整的输出电流设定电路9和输出电压设定电路10的输出端分别连接到开关脉冲调制发生器7。开关脉冲调制发生器7输出端连接直流开关逆变电路6，它为直流开关逆变电路6提供控制其输出电流和电压的开关脉冲。直流开关逆变电路6输出端连接电池组1的电极，它向电池组1提供充电电压和电流。
权利要求
1.对电池组均衡充电的方法，其特征是在串联连接的电池组的两端并联至少两个开关电源充电电源模块，其中第一个充电电源模块的最大输出电流量为该电池组充电的无损害电流；开始充电时，各个充电电源模块共同对该电池组充电；该电池组电压达到指定值时，只有第一个充电电源模块对该电池组充电；该电池组电压达到额定值时，对该电池组浮充电。
2.根据权利要求1所述的对电池组均衡充电的方法，其特征是所述的无损害电流为该电池组容量的0.1C～0.015C。
3.根据权利要求2所述的对电池组均衡充电的方法，其特征是所述的指定值为该电池组的析气电压，所述的额定值为该电池组的最高充电电压。
4.根据权利要求1或2或3所述的对电池组均衡充电的方法，其特征是所述的电池组的两端并联至少三个开关电源充电电源模块；开始充电时，各个充电电源模块共同对该电池组充电；该电池组电压达到低于指定值的某一预定值时，只由第二个充电电源模块和第一个充电电源模块对该电池组充电；该电池组电压达到指定值时，只有第一个充电电源模块对该电池组充电；该电池组电压达到额定值时，对该电池组浮充电。
5.对电池组均衡充电的系统，其特征是在串联连接而成的电池组的两端并联至少两个开关电源充电电源模块；各个充电电源模块各自设定独立的最大输出电流和最高输出电压，各个充电电源模块最大输出电流的总和小于该电池组充电的最大电流；其中第一个充电电源模块的最大输出电流为该电池组充电的无损害电流，最高输出电压为该电池组充电电压额定值；其余各个充电电源模块最高输出电压小于或等于该电池组充电电压指定值。
6.根据权利要求5所述的对电池组均衡充电的系统，其特征是所述的无损害电流为该电池组容量的0.1C～0.015C。
7.根据权利要求6所述的对电池组均衡充电的系统，其特征是所述的指定值为该电池组的析气电压，所述的额定值为该电池组的最高充电电压。
8.根据权利要求5或6或7所述的对电池组均衡充电的系统，其特征是所述的电池组的两端并联至少三个开关电源充电电源模块；其中第二个充电电源模块的最高输出电压为该电池组充电电压指定值；其余各个充电电源模块最高输出电压为低于指定值的某一预定值。
9.根据权利要求8所述的对电池组均衡充电的系统，其特征是所述的各个充电电源模块包括检测电路、整流电路、直流开关逆变电路和开关脉冲调制发生器；整流电路为直流开关逆变电路提供工作电源；检测电路检测电池组的电极电压，并向开关脉冲调制发生器提供电池组的电极电压与设定电压的偏差信号；开关脉冲调制发生器为直流开关逆变电路提供控制其输出电流和电压的开关脉冲。
10.根据权利要求9所述的对电池组均衡充电的系统，其特征是所述的各个充电电源模块还具有可调整的输出电流设定电路和输出电压设定电路。
全文摘要
本发明涉及对串联连接的电池组充电的方法及充电系统。它利用开关电源输出级整流二极管反向隔离的特点，在串联连接的电池组的两端并联至少两个具有不同最高输出电压的开关电源充电电源模块，使充电过程分为至少两个电压递增，电流递减的阶段；该电池组电压达到指定值时，只有一个充电电源模块以该电池组容量的0.1C～0.015C的无损害电流对该电池组充电；使该电池组中“接受比大的”和“接受比小的”均衡无损害地充满电。充电过程无需人工调节，便于操作，可有效延长电池组的使用寿命，减少废弃电池组对环境造成的污染。采用上述方法的对电池组均衡充电的系统，采用模块化的组织结构，系统扩充性好，易于根据具体情况调整。可减少用户的使用费用。
文档编号H01M10/44GK1567645SQ03138718
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月25日 优先权日2003年6月25日
发明者黄耀俊 申请人:黄耀俊