专利名称：半导体制冷式均衡充电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及串联电池或串联超级电容组的充电均衡装置，特别是半导体制冷式均衡充电装置。
背景技术：
在电池或超级电容的使用过程中，常常采用串联方式来提高它们的输出电压。但由于它们的单体容量和内阻在制造和使用过程中不可避免地产生不一致，从而带来串联充电过程中，对于容量小或内阻高的容易产生过充电而使用寿命降低，甚至损坏和爆炸的现象；对于容量较大或内阻低的往往易产生欠充现象，同样也影响其使用寿命。串联的电池或超级电容越多，充放电次数越多，各串联电池之间的不均衡性就越严重，而且充电电流越大损坏也就越严重。为了解决此类问题，人们想了许多办法，但仍存在着这样或那样的不足和缺陷。
现有的均衡充电装置，其均衡电路将充电过程中的过充能量通过电阻来消耗掉，从而产生大量的热能，其结果是导致被充电的电池或超级电容的工作性能和工作寿命下降；或是将充电过程中的过充能量通过均衡电路在串联电池组或串联电容组的单体之间进行迁移补偿。这种方法带来系统引线交叉过多，从而产生系统绝缘安全等问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种串联电池组或串联超级电容组单体的半导体制冷式均衡充电装置，把其中对单体电池或超级电容充电时的过充能量用来制冷，从而提高电池和超级电容的工作性能和工作寿命，提高充电能量的有效利用率。
本实用新型的技术解决方案是一种半导体制冷式均衡充电装置，它由均衡充电控制器与电风扇及制冷器组成。其特征在于其制冷器为半导体制冷器；均衡充电器由外壳中安装机芯电路，外壳面板上有+B、-B、A、D四个接线柱，机芯电路由芯片IC1、IC2、IC3、IC4、三极管Q1、Q2、Q3、二极管D1、D2、D3、D4电感L1、电容C1、C2、C3、C4、电阻R1～R7、热敏电阻Rt接成均衡充电控制电路，其IC1、IC4的Vin端、C1、L1各一端均接至接线柱+B；IC1、IC2、IC3、IC4的GND端，Q1、Q3、C2、C4、R1、R6各一端均接至接线柱-B；Q2与Q4的共接点接至接线柱D；Q3的一端接至接线柱A；接线柱+B、A分别与半导体制冷器两端联接；接线柱-B、D分别与电风扇联接。
图1是半导体制冷均衡充电装置外形结构图图2是半导体冷却式均衡充电装置机芯电路图图3是串联电池组半导体制冷式均衡充电原理图图4是串联超级电容组半导体制冷式均衡充电原理图具体实施方式
本发明结合具体实施例参见附图进一步说明如下一种半导体制冷式均衡充电装置，它由均衡充电控制器与电风扇及制冷器组成。其特征在于其制冷器为半导体制冷器；均衡充电器由外壳中安装机芯电路，外壳面板上有+B、-B、A、D四个接线柱，机芯电路由芯片IC1、IC2、IC3、IC4、三极管Q1、Q2、Q3、二极管D1、D2、D3、D4电感L1、电容C1、C2、C3、C4、电阻R1～R7、热敏电阻Rt接成均衡充电控制电路，其IC1、IC4的Vin端、C1、L1各一端均接至接线柱+B；IC1、IC2、IC3、IC4的GND端及Q1、Q3、C2、C4、R1、R6各一端均接至接线柱-B、；Q2与Q4的共接点接至接线柱D；Q3的一端接至接线柱A；接线柱+B、A分别与半导体制冷器两端联接；接线柱-B、D分别与电风扇联接。
接线柱+B、-B为螺栓，螺栓下端直接与单体电池或超级电容的两个电极联接。
半导体制冷器冷端设置在单体蓄电池或单体超级电容的电极上。
半导体制冷器和电风扇也可设置在单体电池或超级电容上方。热敏电阻Rt设置在贴近单体电池或超级电容处的均衡电控制器的外壳上；或置于单体电池、超级电容外壳侧面。
本实用新型的充电均匀控制器电路是由芯片IC1、IC2、三极管Q1、电感L1、二极管D1、电容C1、C2接成电源电路，当+B与-B之间的电压≥1.0V时，IC1的Vout脚输出低电率，此时由L1、Q1、D1、IC2、C1、C2构成的电压变换器将+B与-B提供的低电压变为5V的稳定高电压，为后续电路提供电源；当+B与-B之间的电压低于1.0V时，IC1的Vout脚输出低电平，电压变换器停止工作，无电压输出。
由IC4、R2、D2接成电压监测电路，当+B与-B的电压低于设定保护电压时，IC4的Vout脚输出高电平，电压监测电路不工作；当+B与-B之间输入电压大于等于设定保护电压时，电压电路输出低电平。
由IC3、D3、Rt、R1、R3接成温度监控电路，当Rt温度低于设定保护温度时，IC3输出高电平，当Rt温度升高到设定保护温度时，IC3的Vout脚输出低电平。
电压监测电路和温度监测电路输出的高、低电平均送至驱动电路。
由Q2、Q3、D4、C3、C4、R4～R7接成驱动电路，当它获得高电平时，Q2截止不工作。
具体使用方法，参见附图1，2，由n个电池B1、B2......Bn或n个超级电容C1、C2......Cn组或串联电池组或串联超级电容组充电，其中单体电池或超级电容上的电压分别为U1、U2......Un；流过单个电容或超级电容的电流分别对应为i1，i2......in，在被充电的单体电池或超级电容两端并接一个半导体制冷式均衡充电装置。半导体制冷均衡充电装置具有自动检测每个单体超级电容或电池充放电过程中的电压和温度的功能；若该单体单元的电压或温度达到它的安全值上限时，其上并联的均衡充电控制器，便能自动地将串联充电过程中对该单体的过充能量分流，将之施加于均衡充电电控制器的半导体制冷器件上，从而在半导体制冷器的冷端上产生“冷能”；该“冷能”可以通过两种方法来改善单体的工作温度特性；(1)通过单体电池或超级电容的电极柱导入单体的极板中，直接降低各极板因充电发热所产生的温升；(2)通过散热片和风扇将该“冷能”吹向该单体电池或超级电容，间接地降低电池或超级电容的温升；另一方面，半导体制冷器热端上所产生的“热能”，则通过散热片和风扇吹向外部，从而达到既对单体电池或超级电容进行充电过程的均衡作用，同时又能将过充能量用于改善单体电池和超级电容极板和工作环境温度上，使单体电池和超级电容的温度控制在一定的范围内，达到进一步保护电池和超级电容的目的。在低温环境使用时，则可通过电路将半导体制冷器的通电极性反向，从而将热端的能量用于加热电池或超级电容，使电池或超级电容的电解液温度升高，从而提高电池式超级电容的低温起动特性。
由于导体制冷器件的制冷效率达40％～45％，故此装置能将传统的傍路耗能式均衡电路的能量回收大约40％，从而提高了综合能源的利用率。
上述介绍的是本实用新型独立工作的原理，它还能与微处理器结合进行智能均衡控制，它是其电压监测电路通过数据输出接口与微处理器电联接，构成智能式半导体制冷均衡充电装置。其工作原理如下
在串联充电过程中，半导体制冷式均衡充电装置的监测电路随时监测单体电池或超级电容的端电压、温升等参数，并将之转换成数字信号，通过通讯总线发送到微处理器系统，微处理器系统按一定的算法对其进行处理和判断，并依判断结果发出控制信号，该信号同样通过通讯总线传送到半导体制冷式均衡模块优化控制半导体制冷器件的工作，在保证系统安全和工作特性的前提下，最大限度地提高总体单元的充电电量。
本实用新型装置的优点是不但能较好地解决电池或超级电容充电过程中的均衡问题，而且还能在充电过程中对极板进行温度控制；温度过高时对其降温或在冬季启动时对极板进行加热增加其冷启动性能；从而有效的减少极板因充放电过热引起的变形、活性物质脱落甚至短路现象，延长电池和超级电容的使用寿命。同时，相对提高充电过程中的总能量利用率。
权利要求1.一种半导体制冷式均衡充电装置，它由均衡充电控制器与电风扇及制冷器组成，其特征在于其制冷器为半导体制冷器；均衡充电器由外壳中安装机芯电路，外壳面板上有+B、-B、A、D四个接线柱，机芯电路由芯片IC1、IC2、IC3、IC4、三极管Q1、Q2、Q3、二极管D1、D2、D3、D4电感L1、电容C1、C2、C3、C4、电阻R1～R7、热敏电阻Rt接成均衡充电控制电路，其IC1、IC4的Vin端、C1、L1各一端均接至接线柱+B；IC1、IC2、IC3、IC4的GND端，Q1、Q3、C2、C4、R1、R6各一端均接至接线柱-B1；Q2与Q4的共接点接至接线柱D；Q3的一端接至接线柱A；接线柱+B、A分别与半导体制冷器两端联接；接线柱-B、D分别与电风扇联接。
2.根据权利要求1所述的半导体制冷式均衡充电装置，其特征在于半导体制冷器冷端设置在单体蓄电池或单体超级电容的电极上。
3.根据权利要求1所述的半导体制冷式均衡充电装置，其特征在于半导体制冷器和电风扇设置在单体电池或超级电容的上方。
4.根据权利要求1所述的半导体制冷式均衡充电装置，其特征在于热敏电阻Rt设置在贴近单体电池或超级电容处的均衡充电控制器外壳上；或置于单体电池、超级电容外壳侧面。
专利摘要一种半导体制冷式均衡充电装置，它由均衡充电控制器与电风扇及制冷器组成。其特征在于其制冷器为半导体制冷器；均衡充电器由外壳中安装机芯电路，外壳面板上有+B、－B、A、D四个接线柱，机芯电路由芯片IC
文档编号H02J7/00GK2595051SQ0322671
公开日2003年12月24日 申请日期2003年1月7日 优先权日2003年1月7日
发明者袁翔, 范汉强, 邓华, 王英健, 李朱光, 范必双 申请人:长沙交通学院, 上海奥威科技开发有限公司, 国家电动汽车试验示范区管理中心, 范汉强