专利名称：实现在充电过程中对电池均衡的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种实现在充电过程中对电池均衡的装置及方法。
背景技术：
电池通常被串并联使用以提供较高的输出电压和较大的电能容量，满足负载驱动 的需求。由于可充电电池具有较好的性价比，被广泛应用于各类电子产品，甚至电动车辆 中。然而，不管是锂充电电池、铅酸充电电池，还是镍氢充电电池，由于工艺条件的限制，单 体电芯之间均存在一定的差异，虽然可以通过配组的方法来部分解决问题，但经过多次充、 放电循环之后，电池之间仍会产生较大的电压差，使串联电池组总的有效容量减小，影响电 池组使用性能和寿命。特别是当电池被用于电动车辆时，这种影响变得尤为突出。针对于此，人们开始研究电池均衡的方法和装置，通过分别调整串联电池组中某 一电池的电压，使得各电池电压相接近，从而可以使各电池基本同时达到较高的充电状态。 目前比较常见的方法是采用单片机控制方法，即由单片机控制采样电路分别获取每节电池 的电压，对其进行比较，再根据情况驱动相应电池上的放电电路，使电压较高的电池放电， 从而达到各节电池之间的均衡。这种方法由于需要对各节电池电压进行精确测量，而串联 电池组的总的电压较高，造成测量上的困难，再加上需要配置相应的单片机控制电路，使得 整个电路实现成本较高，目前仅被使用于对电池压差要求要高的锂充电电池组中，这也是 造成锂充电电池组成本较高的原因之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现在充电过程中对电池均衡的装置及方法，通过本发 明能够使所有电池都能充满电。本发明的目的是通过以下技术方案来实现
一种实现在充电过程中对电池均衡的装置，包括电池管理系统(BMS)，管理系统(BMS) 分别连接电源和充电主控开关(KZC)，电源连接充电正极(CHG+)，充电主控开关(KZC)连接 充电负极(CHG-)，电池管理系统(BMS)上连接若干均衡开关(Km)，均衡开关(Km)与放电电 阻(Rm)串联，放电电阻(Rm)并联连接可充电电池组(Em)。BMS通过读取电池组中的电压， 当电池组中的最大电压与最小电压的差值大于设定的阀值时便会发出需要均衡的命令，通 过控制电源和充电主控开关(KZC)，开通最大电压相对应的电池的均衡开关进行分流；当 最大电压大于电池的保护电压值时BMS发出命令关断KZC。所述充电主控开关(KZC)由继 电器、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)组成。一种实现在充电过程中对电池均衡的方法，包括以下步骤
(1)首先由BMS实时读取电池组各电池的电压参数；
(2)当电池组中的最大电压与最小电压的差大于设定的阀值时或当最大电压大于设定 的均衡电压的阀值时发出需要均衡的命令；
(3)BMS根据给定的充电电流降低KZC的开通比，实现在不调整充电器电流的前提下的降流充电；
(4)在步骤(3)降流充电的同时，由BMS判断最大电压与设定的最大保护电压或充电电流有效值与设定的最小值的关系，当最大电压大于设定的最大保护电压或充电电流有效值 小于设定的最小值时关闭KZC，充电结束；否则跳到步骤(1)。本发明的有益效果为可扩展性好，只需根据电池的串数增减相应的单元，采用器 件为切换控制器件，无大功率、高压等特殊要求，成本低。
下面根据附图对本发明作进一步详细说明。图1是本发明实施例所述的实现在充电过程中对电池均衡的装置的电路原理图。
具体实施例方式如图1所示，本发明实施例所述的一种实现在充电过程中对电池均衡的装置，包 括电池管理系统(BMS)，电池管理系统(BMS)分别连接电源1和充电主控开关(KZC)，电源连 接充电正极(CHG+)，充电主控开关(KZC)连接充电负极(CHG-)，电池管理系统(BMS)上连接 若干均衡开关(Km)，均衡开关(Km)与放电电阻(Rm)串联，放电电阻(Rm)并联连接可充电电 池组(Em)。所述充电主控开关(KZC)由继电器、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET) 和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)组成。一种实现在充电过程中对电池均衡的方法，包括以下步骤
(1)首先由BMS实时读取电池组各电池的电压参数；
(2)当电池组中的最大电压与最小电压的差大于设定的阀值时或当最大电压大于设定 的均衡电压的阀值时发出需要均衡的命令；
(3)BMS根据给定的充电电流降低KZC的开通比，实现在不调整充电器电流的前提下的 降流充电；
(4)在步骤(3)降流充电的同时，由BMS判断最大电压与设定的最大保护电压或充电电 流有效值与设定的最小值的关系，当最大电压大于设定的最大保护电压或充电电流有效值 小于设定的最小值时关闭KZC，充电结束；否则跳到步骤(1)。通过降低KZC的占空比，实现所有的电池都能充满电。在充电过程中，能读到电池 组中所有电池电压是BMS的一个基本功能，当本电池组中的最大电压与最小电压的差值大 于设定的阀值时便会发出需要均衡的命令，开通其中最大电压相对应的电池的均衡开关， 实现对充电电流的分流。当最大电压大于电池的保护电压值时BMS发出命令关断KZC，充电 过程结束。简单地说，可把均衡能力描述为Q= f E (t)/RLi dt，因为均衡电流E (t)/RLi 远小于充电电流，同时当BMS从发现某电池不均衡到最后该电池充满为止的这段时间只占 整个充电过程所耗时间的10%以下，所以上述的均衡能力Q比电池组的总容量来说是很有 限的。本发明可以通过常规软件编程的方法去控制KZC的开通比(PWM)，当上述均衡达 到尾声后，降低KZC的开通比，这时充电电流的有效值可表达为Irff= K(PWM)XIp当Irff =E (t)/ RL^Iq时，对于已在均衡的那个电池来说，充电电流的有效值为零，而对没有充 满即没在做均衡的那些电池来说还能进行有效值为(Ieff -Iq)的充电。也就是说在这个充电过程中对已充满电的电池不再充电，对没有充满电的那些电池进行补充电，充满一个均衡 一个，直到所有的电池都充满，KZC完全关闭。可以计算，整个补充电电量为Qtt= (Ieff-Ig) h0 本发明未增加组装难度，可扩展性好，只需根 据电池的串数增减相应的单元；采用 器件为切换控制器件，无大功率、高压等特殊要求，成本低，结构简单的好处；能实现所有电 池都能充满电。
权利要求
一种实现在充电过程中对电池均衡的装置，包括电池管理系统，其特征在于电池管理系统分别连接电源和充电主控开关，电源连接充电正极，充电主控开关连接充电负极，电池管理系统上连接若干均衡开关，均衡开关与放电电阻串联，放电电阻并联连接可充电电池组。
2.根据权利要求1所述的实现在充电过程中对电池均衡的装置，其特征在于所述充 电主控开关由继电器、MOSFET和IGBT组成。
3.一种实现在充电过程中对电池均衡的方法，其特征在于，其包括以下步骤(1)首先由BMS实时读取电池组各电池的电压参数；(2)当电池组中的最大电压与最小电压的差大于设定的阀值时或当最大电压大于设定 的均衡电压的阀值时发出需要均衡的命令；(3)BMS根据给定的充电电流降低KZC的开通比，实现在不调整充电器电流的前提下的 降流充电；(4)在步骤(3)降流充电的同时，由BMS判断最大电压与设定的最大保护电压及充电电 流有效值与设定的最小值的关系，当最大电压大于设定的最大保护电压或充电电流有效值 小于设定的最小值时关闭KZC，充电结束；否则跳到步骤(1)。
全文摘要
本发明涉及一种实现在充电过程中对电池均衡的装置及方法，所述装置包括电池管理系统(BMS)，BMS分别连接电源和充电主控开关(KZC)，电源连接CHG+，KZC连接CHG-，BMS上连接若干均衡开关(Km)，Km与放电电阻(Rm)串联，Rm并联连接可充电电池组(Em)。本发明有益效果本发明具有可扩展性好，只需根据电池的串数增减相应的单元；采用器件为切换控制器件，无大功率、高压等特殊要求，具有成本低，结构简单的特点，能实现所有电池都能充满电。
文档编号H01M10/44GK101976876SQ201010548659
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者唐建民 申请人:无锡东海新能源科技有限公司