专利名称：串联蓄电池组在线均衡充电器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种采用传统整组串联充电方式实现对串联蓄电池组 内各单只电池均匀补充电能的串联均衡充电器装置，尤其涉及一系列具有单 只可调稳压值、整组可调均衡点、可修复容量衰减型单只落后、杜绝早期欠 充、避免过充、放宽配组精度要求的串联蓄电池组在线均衡充电器，属于串 联蓄电池组充电器的生产领域。
背景技术：
串联蓄电池组的应用已经非常广泛，比如各种较大功率的仪器、仪表、
UPS电源以及电动自行车、电动汽车等。在实际使用过程中，都是将若干个 (一般以3个或4个居多)蓄电池串联成蓄电池组并集中安装于一个盒体内， 整体对外供电。串联蓄电池组的补电方式几十年来一直是采用的整组补电方 式，使用整组补电方式的串联充电器具有结构简单、成本低廉、充电效率高 等优点，同时采用三段式设计能轻易达到按电池充电特性曲线的充电要求， 在蓄电池配组相当好、使用规范的情况下，这种充电方式突显出巨大的优势。 但是，如果蓄电池的配组精度不那么好的时候，或者使用不那么规范的情况 下，使用传统整组式串联充电器充电效果又怎样呢？这时，这种充电方式就 显现出一定的弊端来。 一般单只蓄电池的设计寿命为3 5年，但由于配组精 度不够，串联在一起后各只电池有特性的微弱差别，在后期使用中又不注意 放电深度的把握，在传统整组式串联充电器补电下，会将原有的微弱差别拉 得更大，使电池组不平衡。传统整组式串联充电器对不平衡电池组充电，对 串联蓄电池组的损伤不是呈线性的，而是呈几何级的，当电池组出现较明显的不平衡的时候，传统整组式串联充电方式会使电池组进入快速的恶性循环 通道，蓄电池组的寿命很快就会终结。究其原由，是因为传统整组式串联充 电器不能限制和纠正电池组的不平衡，不能调整各单只电池的充电电压和充 电量的分配，这就是传统整组式串联充电器最大的弊端。
另外，作为针对传统整组式串联充电器的技术创新，已有一部分新的专 利技术出现，这种技术的核心是在蓄电池组内的各单只电池上加装稳压分流 及限压放电电路，这样就可以根据各单只电池的充电情况分别将每个电池充 至饱和状态，成为"电子电池"。但上述技术的最大缺陷在于，稳压分流及 限压放电电路安装在蓄电池组内的各单只电池上， 一方面会耗电发热，浪费 蓄电池的能源并有增加安全隐患；另一方面不能随时改变各单只电池的充电 限压值，在各单只电池的特性会随着时间改变而改变的情况下，上述技术仍 然难以达到真正对各单只电池进行长期维护的要求。
发明内容
本实用新型的目的就在于配合本人己申请的另一实用新型专利——串 联蓄电池组在线控制接口装置，设计出适宜于蓄电池组通用的串联蓄电池组 自动均衡充电器及可调均衡充电器和具有外接自动均放的均衡充电器，以解 决电池组使用过程中的欠充"单只落后"及过充"热失控"，放宽"配组" 精度要求，达到长期修复电池，延长电池组使用寿命的目的。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案
本实用新型由外壳、接线座以及壳内的变压器、电路板及电子元器件构 成，其创新之处在于所述接线座内设置有三个或以上的接线头；在所述外 壳内的电路板上设置有数个可调式稳压分流及限压放电电路，所述可调式稳 压分流及限压放电电路的个数为所述接线座内的接线头的个数减一，所述可调式稳压分流及限压放电电路串联连接在所述变压器的充电直流输出端的 正极与负极之间，从每两个相邻的所述可调式稳压分流及限压放电电路之间
的电连接点上引出一个抽头与所述接线座内的对应接线头连接；所述变压器 的充电直流输出端的正极与所述接线座内的总正极接线头连接，所述变压器 的充电直流输出端的负极与所述接线座内的总负极接线头连接。
可调式稳压分流及限压放电电路可以通过手动或自动调节实现即时改 变蓄电池组内各单只电池的充电限压值，这样就解决了以前各单只电池的充 电限压值固定不可调(因为在蓄电池组内，拆装很不方便，而且需要重新调 整电子元件，非常麻烦)的问题。另外，由于可调式稳压分流及限压放电电 路安装在充电器内，不用时与蓄电池隔离，互不干扰，既不会耗能，又不会 因发热而影响蓄电池，而且还节约了蓄电池组内的空间。
作为本实用新型的进一步改进，在所述外壳内的电路板上还设置有一个 稳压值自动转换电路和一个充放电自动转换电路；所述稳压值自动转换电 路、充放电自动转换电路的电源输入端分别与所述变压器的对应直流输出端 连接，所述稳压值自动转换电路、充放电自动转换电路的控制信号输出端分 别与所述可调式稳压分流及限压放电电路的控制信号输入端一一对应连接。
增加稳压值自动转换电路和充放电自动转换电路后本实用新型就构成 功能更强大的充电器。所述可调稳压电路根据不同的技术方案可分别选择一 个固定值稳压电路或两个以上固定值稳压电路或无极可调稳压电路，稳压电 路主要用于组内单只电池电压值的限制及控制联动分流电路及放电电路的 通断开合的信号，所述联动放电电路由一个功率开关管和放电电阻及外接放 电接口组成，选择大功率开关管时，放电电阻器两端可外接并联高功率放电 电阻，以加快放电时间，联动放电电路主要用于组内单只电池电压调整和电荷卸载；可调稳压电路及联动分流电路及放电电路组合在一起，就构成充电 器内对相应单只电池的自动放电稳压电路。当充电器插头插入电池盒上的对 应接口后，自动放电电路会自动识别当前各单只电池电压，当某只电池电压 高于设定稳压值，则导通开关管对该只电池进行分流及放电至该稳压值，其 它电池低于设定稳压值的，则不进行分流及放电。所述稳压值自动转换电路 由运算放大器模块及外围电路组成，也可由其它集成电路模块及外围电路组 成，主要用于稳压值的自动转换，为稳压电路中的可调原件参数选择的通断 开合，当电池放电至设定的低稳压值时，自动转换电路会开通或断开相应可 调元件，改变可调参数，使稳压值调转至设定的电池上限稳压值，充电器即 可进入充电状态；当稳压电路设置在低稳压值时，充电器停充并处于放电状 态，当放电至低稳压值后稳压电路调转至高稳压值时，电池会停止放电，充 电器处于高稳压充电状态，这时，充电器会将各只电池充至高稳压值的饱和 状态。
具体而言，所述可调式稳压分流及限压放电电路的电路结构可以为以下 结构包括分压电阻R1、可调电阻R2、 R3、精密稳压器IC1、分流晶体管 Tl和限流自恢复保险PTC1;其中，.分压电阻Rl的一端与对应的负极接线 头连接，另一端与可调电阻R2串联后再与限流自恢复保险PTC1串联连接 后再与对应的正极接线头连接，在可调电阻R2与限流自恢复保险PTC1之 间设一个并联连接点a;精密稳压器IC1的阳极A与对应的负极接线头连接， 其阴极K与可调电阻R3串联后与并联连接点a连接；分流晶体管Tl的集 电极c与对应的负极接线头连接，其发射极e与并联连接点a连接；从分压 电阻R1与可调电阻R2之间引一条线与精密稳压器IC1的中点Ur连接，从 精密稳压器IC1与可调电阻R3之间引一条线与分流晶体管T1的基极b连接。上述结构可以通过调节可调电阻R2、 R3的值来达到改变单只电池的充电限 压值的目的。
所述可调式稳压分流及限压放电电路的电路结构还可以为以下结构放 电电阻RL的一端与对应的正极接线头连接，其另一端和通断开关SW串联 后与对应的负极接线头连接，对应的正极接线头和通断开关SW的栅极分别 与光耦合器PC的次级两端连接，在通断开关SW的栅极与光耦合器PC之 间的连接线与对应的负极接线头之间并联连接有电容器CT和电阻RT;光耦 合器PC的初级两端与输入指令开关连接。上述结构可以通过调节光耦合器 PC的输入来达到对单只电池分别进行充、放电的目的。
根据实际应用情况，所述接线座内的接线头为插式接线头，可以为插头 或插座，能与蓄电池组上的接线头对应连接即可(为达到接口的标准化普及 与推广，蓄电池组上的接线头装置本人已另行申请专利)。
在实际应用中，电动自行车行业使用蓄电池组的单个蓄电池个数多为四 个或三个，相对应地，本实用新型中，所述接线座内的接线头的个数为五个 或四个，所述可调式稳压分流及限压放电电路的个数为四个或三个。在UPS 电源中常见的蓄电池组的单个蓄电池个数有十二个、四十七个等，相对应地， 所述接线座内的接线头的个数为十三个或四十八个，所述可调式稳压分流及 限压放电电路的个数为十二个或四十七个。当然，为了扩大其适应性，也可 都做成多个接线头及多个可调式稳压分流及限压放电电路的结构，只需增加 一个电池组自动识别转换电路，只要是蓄电池总个数以内的蓄电池组都能用 这种结构的本实用新型充电。
本实用新型的有益效果在于
由于本实用新型可在不拆开蓄电池组的情况下实现各单只电阻的均衡充电，并可实现各单只电阻可调稳压值、整组电池可调均衡点的功能，当其 中一只充满后，本实用新型自动识别并对它进行稳压，对其余电池继续进行 充电，全部充满后各只电池达到相同的稳压值或设定的稳压值，所以本实用 新型既保持了传统整组式串联充电器的所有优点，又补足了它致命的缺点，
扩展了充电器更多更为强大的功能；长期使用本装置进行充电，将保持整组 蓄电池的长期平衡，防止蓄电池出现单只落后而过早坏损弊端，同时避免了 因某只过充电而导致整组热失控冲坏电池的情况发生，很好的延长了该组串 联蓄电池组的循环使用寿命，在减少蓄电池质量返回率的同时，也就降低了 蓄电池的售后服为成本，节约了自然资源，对社会做出了有益的贡献。
图1是本实用新型的电路结构示意图之一；
图2是图1中本实用新型在应用中的电路结构示意图3是本实用新型的电路结构示意图之二；
图4是图3中本实用新型在应用中的电路结构示意图5是图2中本实用新型在应用中的具体电路结构示意图之一；
图6是图2中本实用新型在应用中的具体电路结构示意图之二。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步具体描述
如图1所示，本实用新型由外壳(图中不可视)、接线座6以及壳内的 变压器10、电路板及电子元器件(图中不可视)构成，接线座6内设置有五
个接线头8;在所述外壳内的电路板上设置有数个可调式稳压分流及限压放
电电路9，可调式稳压分流及限压放电电路9的个数为四个，可调式稳压分 流及限压放电电路9串联连接在变压器10的充电直流输出端的正极与负极之间，从每两个相邻的可调式稳压分流及限压放电电路9之间的电连接点上 引出一个抽头与接线座6内的对应接线头8连接；变压器10的充电直流输 出端的正极与接线座6内的总正极接线头8连接，变压器10的充电直流输 出端的负极与接线座6内的总负极接线头8连接。
如图2所示，应用时，将接线座6内的接线头8分别与蓄电池组的接线 座1内的接线头2—一对应连接，这样，就将蓄电池组内的各单只蓄电池5 的电压分别加在每个可调式稳压分流及限压放电电路9的两端。每个可调式 稳压分流及限压放电电路9都可以通过手动调节(也可以加装自动控制电路 实现自动调节)实现即时改变蓄电池组内各单只蓄电池5的充电限压值，这 样就解决了以前各单只电池的充电限压值固定不可调(因为在蓄电池组内， 拆装很不方便，而且需要重新调整电子元件，非常麻烦)的问题。另外，由 于可调式稳压分流及限压放电电路9安装在充电器内，不用时与蓄电池隔离， 互不干扰，既不会耗能，又不会因发热而影响蓄电池，而且还节约了蓄电池 组内的空间。
如图3所示，在所述外壳内的电路板上还可以设置一个稳压值自动转换 电路11和一个充放电自动转换电路12;稳压值自动转换电路ll、充放电自 动转换电路12的电源输入端分别与变压器10的对应直流输出端连接，稳压 值自动转换电路11、充放电自动转换电路12的控制信号输出端分别与可调 式稳压分流及限压放电电路9的控制信号输入端一一对应连接。上述结构为 增强型的本实用新型，如图4所示，在应用时，同样将接线座6内的接线头 8分别与蓄电池组的接线座1内的接线头2—一对应连接，这样，就将蓄电 池组内的各单只蓄电池5的电压分别加在每个可调式稳压分流及限压放电电 路9的两端。每个可调式稳压分流及限压放电电路9都在稳压值自动转换电路11的控制作用下实现自动即时改变蓄电池组内各单只蓄电池5的稳压值， 并在充放电自动转换电路12的控制作用下自动实现对蓄电池组内各单只蓄 电池5进行充、放电。
图4中的增加稳压值自动转换电路11根据不同的技术方案可分别选择 一个固定值稳压电路或两个以上固定值稳压电路或无极可调稳压电路，稳压 电路主要用于组内单只电池电压值的限制及控制联动放电电路的通断开合 的信号，所述联动放电电路由一个功率开关管和放电电阻及外接放电接口组 成，选择大功率开关管时，放电电阻器两端可外接并联高功率放电电阻，以 加快放电时间，联动放电电路主要用于组内单只电池电压调整和电荷卸载； 可调稳压电路及联动放电电路组合在一起，就构成充电器内对相应单只电池 的自动放电稳压电路。当充电器插头插入电池盒上的对应接口后，充放电自 动转换电路12会自动识别当前各单只电池电压，当某只电池电压高于设定 稳压值，则导通开关管对该只电池进行放电至该稳压值，其它电池低于设定 稳压值的，则不进行放电。稳压值自动转换电路11由运算放大器模块及外 围电路组成，也可由其它集成电路模块及外围电路组成，主要用于稳压值的 自动转换，为稳压电路中的可调原件参数选择的通断开合，当电池放电至设 定的低稳压值时，自动转换电路会开通或断开相应可调元件，改变可调参数， 使稳压值调转至设定的电池上限稳压值，充电器即可进入充电状态；当稳压 电路设置在低稳压值时，充电器停充并处于放电状态，当放电至低稳压值后 稳压电路调转至高稳压值时，电池会停止放电，充电器处于高稳压充电状态， 这时，充电器会将各只电池充至高稳压值的饱和状态。
如图5所示，可调式稳压分流及限压放电电路9的电路结构可以为以下 结构包括分压电阻R1、可调电阻R2、 R3、精密稳压器IC1、分流晶体管Tl和限流自恢复保险PTC1;其中，分压电阻R1的一端与对应的负极接线 头连接，另一端与可调电阻R2串联后再与限流自恢复保险PTC1串联连接 后再与对应的正极接线头连接，在可调电阻R2与限流自恢复保险PTC1之 间设一个并联连接点a;精密稳压器IC1的阳极A与对应的负极接线头连接， 其阴极K与可调电阻R3串联后与并联连接点a连接；分流晶体管Tl的集 电极c与对应的负极接线头连接，其发射极e与并联连接点a连接；从分压 电阻R1与可调电阻R2之间引一条线与精密稳压器IC1的中点Ur连接，从 精密稳压器IC1与可调电阻R3之间引一条线与分流晶体管T1的基极b连接。
如图5所示，上述结构可以通过调节可调电阻R2、 R3的阻值来达到改 变单只电池的充电限压值的目的。当改变可调电阻R2、 R3的阻值时，就可 以改变分流晶体管T1的导通电压，而分流晶体管T1的导通电压就相当于单 只蓄电池5的充电限压值，当单只蓄电池5两端的电压低于上述导通电压时， 分流晶体管T1截止，变压器10的直流输出端对单只蓄电池5进行充电；当 单只蓄电池5两端的电压高于上述导通电压时，分流晶体管T1导通，单只 蓄电池5自动进行放电，如此反复，使单只蓄电池5两端的电压保持在分流 晶体管T1的导通电压即单只蓄电池5的充电限压值左右，达到分别改变单 只蓄电池5的充电限压值的目的。
如图6所示，可调式稳压分流及限压放电电路9的电路结构还可以为以 下结构放电电阻RL的一端与对应的正极接线头连接，其另一端和通断开 关SW串联后与对应的负极接线头连接，对应的正极接线头和通断开关SW 的栅极分别与光耦合器PC的次级两端连接，在通断开关SW的栅极与光耦 合器PC之间的连接线与对应的负极接线头之间并联连接有电容器CT和电 阻RT;光耦合器PC的初级两端与输入指令开关连接。如图6所示，上述结构可以通过调节光耦合器PC的输入来达到对单只 电池分别进行充、放电的目的。当通过输入指令开关(图中不可视)改变光 耦合器PC的输入时，光耦合器PC的输出(即次级两端)电压会发生相应 的改变，从而改变了通断开关SW的导通电压，通断开关SW的导通电压与 放电电阻RL的电压(很低，甚至可以忽略)之和即为单只蓄电池5的充电 限压值，当单只蓄电池5两端的电压低于上述导通电压时，通断开关SW截 止，变压器10的直流输出端对单只蓄电池5进行充电；当单只蓄电池5两 端的电压高于上述导通电压时，通断开关SW导通，单只蓄电池5自动进行 放电，如此反复，使单只蓄电池5两端的电压保持在通断开关SW的导通电 压即单只蓄电池5的充电限压值左右，达到分别改变单只蓄电池5的充电限 压值的目的。
如图1——图4，根据实际应用情况，接线座6内的接线头8为插式接 线头，可以为插头或插座，能与蓄电池组上的接线头2对应连接即可(如图 2和图4，蓄电池组上的接线头装置本木已另行申请专利)。
结合图1——图4,上述实施方式中的蓄电池组内单只蓄电池的个数为 四个，接线座6内的接线头8的个数为五个，可调式稳压分流及限压放电电 路9的个数为四个。实际应用中，上述蓄电池组内单只蓄电池的个数还可以 为三个、十二个或四十七个等，对应地，接线座6内的接线头8的个数为四 个、十三个或四十八个，可调式稳压分流及限压放电电路9的个数为三个、 十二个或四十七个等。
当然，为了扩大其适应性，也可都做成多个接线头8及多个可调式稳压 分流及限压放电电路9的结构，只需增加一个电池组自动识别转换电路，只 要是蓄电池总个数以内的蓄电池组都能用这种结构的本实用新型充电。
权利要求1、一种串联蓄电池组在线均衡充电器，由外壳、接线座以及壳内的变压器、电路板及电子元器件构成，其特征在于所述接线座内设置有三个或以上的接线头；在所述外壳内的电路板上设置有数个可调式稳压分流及限压放电电路，所述可调式稳压分流及限压放电电路的个数为所述接线座内的接线头的个数减一，所述可调式稳压分流及限压放电电路串联连接在所述变压器的充电直流输出端的正极与负极之间，从每两个相邻的所述可调式稳压分流及限压放电电路之间的电连接点上引出一个抽头与所述接线座内的对应接线头连接；所述变压器的充电直流输出端的正极与所述接线座内的总正极接线头连接，所述变压器的充电直流输出端的负极与所述接线座内的总负极接线头连接。
2、 根据权利要求l所述的串联蓄电池组在线均衡充电器，其特征在于在所述外壳内的电路板上还设置有一个稳压值自动转换电路和一个充放电自动转换电路；所述稳压值自动转换电路、充放电自动转换电路的电 源输入端分别与所述变压器的对应直流输出端连接，所述稳压值自动转 换电路、充放电自动转换电路的控制信号输出端分别与所述可调式稳压 分流及限压放电电路的控制信号输入端一一对应连接。
3、 根据权利要求l所述的串联蓄电池组在线均衡充电器，其特征在于所 述接线座内的接线头为插式接线头，可以为插头或插座。
4、 根据权利要求1或2或3所述的串联蓄电池组在线均衡充电器，其特征 在于所述接线座内的接线头的个数为五个，所述可调式稳压分流及限 压放电电路的个数为四个。
5、 根据权利要求1或2或3所述的串联蓄电池组在线均衡充电器，其特征 在于所述接线座内的接线头的个数为四个，所述可调式稳压分流及限压放电电路的个数为三个。
6、 根据权利要求1或2或3所述的串联蓄电池组在线均衡充电器，其特征 在于所述接线座内的接线头的个数为十三个，所述可调式稳压分流及限压放电电路的个数为十二个。
7、 根据权利要求1或2或3所述的串联蓄电池组在线均衡充电器，其特征 在于所述接线座内的接线头的个数为四十八个，所述可调式稳压分流及限压放电电路的个数为四十七个。
专利摘要本实用新型公开了一种串联蓄电池组在线均衡充电器，由外壳、接线座以及壳内的变压器、电路板及电子元器件构成，所述接线座内设置有三个或以上的接线头；在所述外壳内的电路板上设置有数个可调式稳压扩流及限压放电电路，所述可调式稳压扩流及限压放电电路的个数为所述接线座内的接线头的个数减一，所述可调式稳压分流及限压放电电路串联连接在所述变压器的充电直流输出端两极之间，每两个相邻的所述可调式稳压分流及限压放电电路之间的连接点与所述接线座内的对应接线头连接。本实用新型使用简单、方便，可在不拆开蓄电池组的情况下实现各单只电阻的均衡充电，并可实现各单只电阻可调稳压值、整组电池可调均衡点的功能。
文档编号H01R25/00GK201230222SQ20082006431
公开日2009年4月29日 申请日期2008年7月18日 优先权日2008年7月18日
发明者王玉石 申请人:王玉石