专利名称：均衡充电装置及均衡充电方法
技术领域：
本发明涉及充电装置，尤其涉及一种用于串联电池组的均衡充电装置及 均衡充电方法。
背景技术：
可充电动力电池因其较好的利用率而被广泛地应用于各类电子产品，尤 其是电动汽车中。对于电动汽车，设有将多个单体电池串联连接而成的作为 电源装置的电池组。由于可充电动力电池自身的工艺条件限制，每一节单体 电池之间存在电压差异。在经过多次充、放电循环之后，单体电池之间的电 压差异会越来越大，在充电过程中容易导致串联电池组充电不均衡，使得串 联电池组的有效容量减小，影响电池组的使用性能，这对于电动汽车来说也 是不容忽视的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决串联电池组充电不均衡导致电池组有效容量 小、使用性能差的问题，提供一种新型、简单而有效的用于串联电池组的均 衡充电装置及均衡充电方法。
本发明提供的用于串联电池组的均衡充电装置包括控制器和多个充电 支路，每个充电支路用于分别对串联电池组中的每个单体电池充电，所述控 制器用于采集每个单体电池的实际电压值，将所述实际电压值与给定电压值 进行比较以确定实际电压值未达到给定电压值的不均衡单体电池，依次控制 对每个不均衡单体电池充电的充电支路闭合，并在不均衡单体电池的实际电 压值达到给定电压值时控制对该不均衡单体电池充电的充电支路断开。本发明提供的用于串联电池组的均衡充电方法包括对串联电池组中的 每个单体电池进行电压采样以得到每个单体电池的实际电压值；将所述实际
电压值与给定电压值进行比较以确定实际电压值未达到给定电压值的不均
衡单体电池；以及对所述不均衡单体电池依次进行充电，直到所述不均衡单
体电池的实际电压值等于给定电压值时停止充电。
采用本发明提供的用于串联电池组的均衡充电装置及充电方法，首先设 定一个给定电压值，通过电压采样得到每个单体电池的实际电压值，然后对 实际电压值低于给定电压值(即充电不足)的单体电池进行充电，直到其实 际电压值达到给定电压值再停止充电，而不对实际电压值高于或等于给定电 压值(即充电合适)的单体电池进行充电，这样在停止对充电不足的单体电 池充电后，串联电池组中的所有不均衡单体电池的电压值都达到了给定电压 值。本发明的发明人还考虑可以采用由串联电池组本身提供的电能对充电不 足的单体电池进行充电，因此不需要借助外部电源，节省了能源，也完全实 现了串联电池组的电压均衡。采用本发明提供的用于串联电池组的均衡充电 装置及充电方法解决了串联电池组充电不均衡的问题，完全实现了串联电池 组的电压均衡，有效地提高了电池组的使用性能。
图1为本发明提供的用于串联电池组的均衡充电装置的结构示意图； 图2为本发明提供的用于串联电池组的均衡充电装置的控制器的结构示 意图3为本发明提供的用于串联电池组的均衡充电方法的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明提供的用于串联电池组的均衡充电装置及均衡充电方法做进一步的详细描述。
图1为本发明提供的用于串联电池组的均衡充电装置的结构示意图。如 图l所示，本发明提供的用于串联电池组的均衡充电装置包括控制器4和多 个充电支路，每个充电支路用于分别对串联电池组中的每个单体电池充电， 所述控制器4用于采集每个单体电池的实际电压值，将所述实际电压值与给 定电压值进行比较以确定实际电压值未达到给定电压值的不均衡单体电池， 依次控制对每个不均衡单体电池充电的充电支路闭合，并在不均衡单体电池 的实际电压值达到给定电压值时控制对该不均衡单体电池充电的充电支路 断开。
如图1所示，所述均衡充电装置还包括多个可控开关2，每个可控开关 2分别位于每个充电支路中，所述控制器4具有多个输出端，每个输出端分 别与每个可控开关2的控制端连接，所述控制器4通过控制可控开关2闭合 或断开来控制充电支路的闭合或断开。
所述可控开关2为任意一种具有控制端的开关元件，其开闭可以由龟信 号进行控制，例如二极管、三极管或继电器。所述可控开关2在未接收到控 制器4发出的控制其闭合或断开的控制信号时处于常开状态。
如图1所示，串联电池组由多节单体电池串联连接而成，每节单体电池 正负极两端都连接一个充电支路，则充电支路的个数比单体电池的个数多1。 所述控制器4的输入端与每个单体电池连接，用于采集每个单体电池的实际 电压值。每个充电支路中都连接一个可控开关2，通过接收控制器4输出的 控制信号来控制其闭合或断开。
为了防止对单体电池的过充情况的发生，如图1所示，所述均衡充电装 置还包括电压转换装置3，该电压转换装置3的输入端用于输入充电电能， 输出端与多个充电支路相连，该电压转换装置3用于将所输入的充电电能转 换成电压为单体电池额定电压范围内的电能，并输出到每个充电支路。可以通过连接外部电源对单体电池进行充电，所述外部电源可以为交流 电源或直流电源。由于需要在直流电压下对单体电池进行充电，当外部电源
为交流电源时，所述电压转换装置为AC/DC转换器，用于将电源提供的交
流电压转换为单体电池额定电压范围内的直流电压；当外部电源为直流电源
时，所述电压转换装置为DC/DC转换器，用于将电源提供的直流电压转换
为单体电池额定电压范围内的直流电压。
所述电压转换装置3为任意一种可以将交流电压转换为所需范围内的直 流电压的AC/DC转换器或任意一种可以将直流电压转换为所需范围内的直 流电压的DC/DC转换器，例如隔离式降压型AC/DC转换器、隔离式降压型 DC/DC转换器。
为了节省能源，优选情况下，所输入的对单体电池进行充电的电能来自 所述串联电池组。所述串联电池组的两端可连接负载电阻进行放电，并将放 电的电能通过电压转换装置3重新输入到单体电池中，对单体电池进行充电。 由于串联电池组的放电电压为直流电压，当采用串联电池组的电能对单体电 池进行充电时，所述电压转换装置3为DC/DC转换器。对串联电池组的放 电为本领域技术人员所公知，在此不再做详细描述。由于在对串联电池组进 行放电时，每个单体电池的电压减少相同，因此在这种情况下，采用串联电 池组自身放电的电能对不均衡单体电池进行充电，仍能在充电完成后使所有 的单体电池达到充电均衡。
所述控制器4用于采集串联电池组中每个单体电池的电压值，并用于控 制每个充电支路或可控开关2。如图2所示，优选情况下，所述控制器4包 括电平信号采集单元、电压比较单元和控制单元。
所述电平信号采集单元用于采集每个单体电池两端的电平信号，根据电 平信号得到每个单体电池的实际电压值，并将所述实际电压值发送到电压比 较单元。操作者在保证对串联电池组中每个单体电池都进行电压采样的前提下可任意设置电压采样顺序。优选情况下，将电压采样顺序设定为从串联连 接的第一节单体电池开始依次对每一节单体电池进行电压采样直至最后一 节单体电池。
所述电压比较单元用于将每个单体电池的实际电压值与给定电压值进 行比较。所述电压比较单元中预设有给定电压值，所述电压比较单元将采集 得到的每个单体电池的实际电压值与给定电压值进行比较，并将比较结果发 送至控制单元。所述给定电压值可由操作者在电压比较单元中进行预先设 置，给定电压值可以为高于0V而低于单体电池额定电压值的任意电压值， 为了完全达到电压均衡，优选情况下，所述给定电压值为单体电池中采样所 得的电压的最高值。
所述控制单元用于根据电压比较单元的比较结果依次控制对每个不均 衡单体电池充电的充电支路闭合，并在不均衡单体电池的实际电压值达到给 定电压值时控制对该不均衡单体电池充电的充电支路断开。
当使用可控开关2时，控制单元依次控制对每个不均衡单体电池充电的
充电支路中的可控开关2闭合，并在不均衡单体电池的实际电压值达到给定 电压值时控制对该不均衡单体电池充电的充电支路中的可控开关2断开。
所述控制单元根据来自电压比较单元的实际电压值未达到给定电压值 的比较结果，依次控制实际电压值未达到给定电压值的不均衡单体电池两端
相连的一对可控开关2闭合，将充电所用的电能接入充电支路，对不均衡单 体电池进行充电。当控制单元接收到来自电压比较单元的所述不均衡单体电 池的实际电压值已达到给定电压值的比较结果时，控制与实际电压值已达到 给定电压值的所述不均衡单体电池相连的一对可控开关2断开，停止对不均 衡单体电池充电。
在保证闭合每个不均衡单体电池两端相连的可控开关2的前提下，可在 程序中对所述控制单元控制可控开关2闭合的顺序进行设置。优选情况下将控制可控开关2闭合的顺序设定为按实际电压值从低到高的顺序依次闭合 不均衡电池两端相连的可控开关2。
所述控制器4为任意可以根据程序的指示对串联电池组1中的每个单体 电池进行电压采样，并根据程序的指示控制可控开关2的开闭的控制器，例 如可以为PLC或单片机。
图3为本发明提供的用于串联电池组的均衡充电方法的流程图。本发明
提供的串联电池组的均衡充电方法包括对串联电池组中的每个单体电池进
行电压采样以得到每个单体电池的实际电压值；将所述实际电压值与给定电 压值进行比较以确定实际电压值未达到给定电压值的不均衡单体电池；以及 对所述不均衡单体电池依次进行充电，直到所述不均衡单体电池的实际电压 值等于给定电压值时停止充电。
对所述不均衡单体电池充电的方法为利用串联电池组或外部电源的电能 对所述不均衡单体电池进行充电。
如图3所示，控制器4执行对串联电池组中的每个单体电池进行电压采 样的程序，从串联连接的第一节单体电池开始，依次对每个单体电池两端的 电平信号进行采样直至最后一节单体电池。然后根据采样得到的每一节单体 电池两端的电平信号得到每个单体电池的实际电压值，并将每个单体电池的 实际电压值与预先设定的给定电压值进行比较。根据比较结果确定实际电压 值未达到给定电压值的不均衡单体电池。控制器4依次控制与每个不均衡单 体电池相连的一对可控开关2闭合，由此用于对单体电池进行充电的电能经 由电压转换装置3进行转换后由所闭合的可控开关2引入到不均衡单体电池 中，对不均衡单体电池进行充电。当采集到有不均衡单体电池充电后的实际 电压值达到给定电压值时，控制器4将该已均衡单体电池所连接的一对可控 开关2断开，停止对该单体电池的充电。控制器4逐个对充电后实际电压值 等于给定电压值的已均衡单体电池停止充电，当不再有实际电压值未达到给定电压值的不均衡单体电池时，充电完成，此时串联电池组中的每个单体电 池的实际电压值都达到了预先设定的给定电压值，实现了均衡充电。
通常作为电动汽车电源装置的串联电池组中的单体电池数量较多，因此 串联电池组的总电压较高，并且采样时间较长，由此控制器4将所有单体电 池的实际电压值与给定电压值进行比较所花费的时间较长。为了保证采样安 全且提高采样效率，优选情况下，可以对串联电池组中的单体电池按组进行 充电。可将串联的单体电池按规定数量分组，采用本发明提供的均衡充电装 置及均衡充电方法分组对单体电池进行充电。
权利要求
1. 一种用于串联电池组的均衡充电装置，其中，该均衡充电装置包括控制器(4)和多个充电支路，每个充电支路用于分别对串联电池组中的每个单体电池充电，所述控制器(4)用于采集每个单体电池的实际电压值，将所述实际电压值与给定电压值进行比较以确定实际电压值未达到给定电压值的不均衡单体电池，依次控制对每个不均衡单体电池充电的充电支路闭合，并在不均衡单体电池的实际电压值达到给定电压值时控制对该不均衡单体电池充电的充电支路断开。
2. 根据权利要求1所述的均衡充电装置，其中，所述均衡充电装置还 包括电压转换装置(3)，该电压转换装置(3)的输入端用于输入充电电能， 输出端与多个充电支路相连，该电压转换装置(3)用于将所输入的充电电 能的电压转换成单体电池额定电压范围内的电压，并将转换后的电能输出到 每个充电支路。
3. 根据权利要求2所述的均衡充电装置，其中，所输入的充电电能来 自于所述串联电池组自身。
4. 根据权利要求1或2所述的均衡充电装置，其中，所述控制器(4) 包括电平信号采集单元、电压比较单元和控制单元所述电平信号采集单元用于采集每个单体电池两端的电平信号，根据电 平信号得到每个单体电池的实际电压值，并将所述实际电压值发送到电压比 较单元；所述电压比较单元用于将每个单体电池的实际电压值与给定电压值进 行比较；所述控制单元用于根据电压比较单元的比较结果依次控制对每个不均衡单体电池充电的充电支路闭合，并在不均衡单体电池的实际电压值达到给 定电压值时控制对该不均衡单体电池充电的充电支路断开。
5. 根据权利要求1或2所述的均衡充电装置，其中，所述均衡充电装 置还包括多个可控开关(2)，每个可控开关(2)分别位于每个充电支路中，所述控制器(4)具有多个输出端，每个输出端分别与每个可控开关(2)的 控制端连接，所述控制器(4)通过控制可控开关(2)闭合或断开来控制充 电支路的闭合或断开。
6. 根据权利要求5所述的均衡充电装置，其中，所述控制器(4)包括 电平信号采集单元、电压比较单元和控制单元所述电平信号采集单元用于采集每个单体电池两端的电平信号，根据电 平信号得到每个单体电池的实际电压值，并将所述实际电压值发送到电压比较单元；所述电压比较单元用于将每个单体电池的实际电压值与给定电压值进 行比较；所述控制单元用于根据电压比较单元的比较结果依次控制对每个不均 衡单体电池充电的充电支路中的可控开关(2)闭合，并在不均衡单体电池的实际电压值达到给定电压值时控制对该不均衡单体电池充电的充电支路 中的可控开关(2)断开。
7. —种用于串联电池组的均衡充电方法，其中，该方法包括以下步骤: 对串联电池组中的每个单体电池进行电压采样以得到每个单体电池的实际电压值；将所述实际电压值与给定电压值进行比较以确定实际电压值未达到给定电压值的不均衡单体电池；以及对所述不均衡单体电池依次进行充电，直到所述不均衡单体电池的实际 电压值等于给定电压值时停止充电。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，该方法包括电平信号采集步骤、 电压比较步骤和控制步骤所述电平信号采集步骤用于采集每个单体电池两端的电平信号，根据电 平信号得到每个单体电池的实际电压值；所述电压比较步骤用于将所述电平信号采集步骤中得到的每个单体电 池的实际电压值与给定电压值进行比较；所述控制步骤用于根据所述电压比较步骤的比较结果依次控制对每个 不均衡单体电池充电，并在不均衡单体电池的实际电压值等于给定电压值 时，停止对该单体电池充电。
9. 根据权利要求7或8所述的方法，其中，该方法还包括电压转换歩 骤，用于将对所述不均衡单体电池充电的充电电能的电压转换成单体电池额 定电压范围内的电压后，再利用转换后的电能对每个不均衡单体电池充电。
10. 根据权利要求9所述的均衡充电方法，其中，所述充电电能来自于 所述串联电池组自身。
全文摘要
本发明提供的均衡充电装置包括控制器和多个充电支路，每个充电支路用于分别对串联电池组中的每个单体电池充电，控制器用于采集每个单体电池的实际电压值，将实际电压值与给定电压值比较以确定不均衡单体电池，依次控制对每个不均衡单体电池充电的充电支路闭合，并控制对不均衡单体电池充电的充电支路断开。均衡充电方法包括对串联电池组中的每个单体电池进行电压采样以得到每个单体电池的实际电压值；将实际电压值与给定电压值进行比较以确定不均衡单体电池；对不均衡单体电池依次进行充电，并对不均衡单体电池停止充电。采用本发明提供的均衡充电装置及方法解决了串联电池组充电不均衡的问题，有效提高了电池组的使用性能。
文档编号H01M10/44GK101431248SQ20071016656
公开日2009年5月13日 申请日期2007年11月6日 优先权日2007年11月6日
发明者彭晓玲, 邓林旺 申请人:比亚迪股份有限公司