专利名称：一种具有充电补偿功能的串联电池组充电电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对串联电池组充电进行控制的电路，特别涉及对于大容量动力电池的充 电进行控制，属于电器控制类. 背景技术动力电池是电动工具、电动汽车、电动自行车、应急照明等用电负载的电源。动力电池 是由多个单体电池串联而成的电池组，电压越高所需串联的单体电池数量越多。由于生产过程的控制精度原因，每个单体电池的各种电化学参数存在差异，使单体电池的容量、充放电 特性、初始状态难以做到完全一致。采用众知的方法将多个单体电池串联成电池组，制成动 力电池后，各个电池的特性和初始状态的差异就保留在电池组中，在充电和放电过程中，电 池组中各个单体电池所通过的电流相同，由于各个电池的特性和初始状态的差异的存在，各 个电池的荷电能力不能得到充分发挥，降低了电池组或动力电池的充电和放电效能，更严重 的情况是，在使用中随充电-放电次数的不断增加，组成电池组的各个电池的状态、充电/放 电特性及荷电能力的差异会逐渐增大，导致充电时部分电池"过充"，放电时部分电池"过放"。 "过充"和"过放"都会造成电池不可逆转的损坏，损坏的电池在后续的充电和放电过程中 大量发热，严重影响动力电池的整体放电效率和使用寿命，还给充放电过程带来安全隐患。中国专利ZL00137155. X公开了一种对串联电池组充电和放电进行控制电路方案，该方案 将组成电池组的各个电池串联后，在充电和放电过程实时检测电池的电压、温度和电池组的 电流，采取降低充电功率或放电功率的办法对电池组中的各个电池进行保护，可以有效地避 免电池"过充"、"过放"、"过热"，却不能补偿组成串联电池组的各个电池的初始状态的差异 和充电/放电特性的差异，各个电池的荷电能力不能得到充分发挥，降低了电池组或动力电池 的充电和放电效能。已知的另一种用均衡电路的串联电池管理方案是在串联后的电池组的每个电池两端并联 一个可控制的放电电路。放电过程中，当串联电池组中的各个电池的电压的差别达到一定程 度时，均衡电路启动电压较高的电池所连接的放电电路，电压较高的电池通过与之连接的放 电电路放出更多的电量，该电池电压较快地降低。充电过程中，当串联电池组中的各个电池 的电压的差别达到一定程度时，均衡电路启动电压较高的电池所连接的放电电路，电压较高 的电池通过与之连接的放电电路分散一部分充电电流，使该电池充电速率降低，电压上升速 度减慢，从而使电池组中各个电池电压趋于一致，达到保护电池和均衡串联电池组中各个电 池端电压的目的。该方案中均衡电路工作时，与电池连接的放电电路释放电能而发热。对于 大容量的动力电池组，充电电流大，为使均衡电路有效工作，必须加大其耗散功率，导致大 量发热，造成能源浪费，充电效率低。为满足散热需要，控制设备庞大。 发明内容为最大限度地发挥电池组中各电池的荷电能力，避免前述均衡电路充电方案中均衡电路 的能量损耗，提高充电和放电过程中电能转换效率，本发明提供了一种在充电过程中对串联 电池组中端电压较低的电池进行补偿充电，使串联电池组中各个电池电压趋于一致的充电控 制电路。该充电控制电路在充电过程中实时检测串联电池组中各电池的端电压，通过补偿充 电电路对端电压较低的电池进行充电补偿，弥补电池组中各个电池的初始状态、充电/放电特 性及荷电能力的差异，在保证各个电池不发生过充的同时使各个电池的荷电能力得到充分发 挥，从而提高动力电池的充电和放电效能。本发明解决技术问题所采用的技术方案是在基本充电电路2对串联电池组8充电的同 时，微控制器11控制电压检测电路9对串联电池组8中的各个电池的端电压进行循环检测， A/D转换电路10将各个电池的端电压转换成数字信号送微控制器11，微控制器11将各个电 池的端电压与各电池端电压的最大值比较，当某电池的端电压低于最大电压且差值超过规定 值时，微控制器11向电源隔离转换电路3、补偿充电电路4和转换开关5发送控制信号，电
源隔离转换电路3将来自电源分配器1的充电电源转换为悬浮的低压直流电源，补偿充电控 制电路4进行补偿充电电流控制，经转换开关5对端电压较低的电池进行充电补偿。进行充 电补偿的电池的充电电流大于其它电池的充电电流，该电池的端电压上升速度高于其它电池。 当该电池的端电压达到电池的端电压最大值时，微控制器ll向转换开关5发送控制信号，关 闭该电池的补偿充电通路，停止对该电池的补偿充电。微控制器ll循环检测各个电池的端电 压，计算各电池的端电压与当前最大电压的差值，当某电池的端电压与最大电压的差值超过 规定值时，再次启动补偿充电。在整个充电过程中，补偿充电控制电路4总是对串联电池组中端电压较低的电池迸行补 偿充电，从而使串联电池组中的各个电池的端电压在充电过程中趋于一致，在充电结束时， 使串联电池组中的各电池的端电压的差别最小。在保证各个电池不发生过充的同时使各个电 池的荷电能力得到充分发挥，从而提高动力电池的充电和放电效能。补偿充电电路4受微控制器11的控制，可以根据电池端电压与最大电压的差值的幅度， 控制补偿充电电路4的补偿充电电流，调节补偿充电速度，提高了充电补偿的效率。当串联电池组中某电池的端电压达到充电限制电压4. 25V后，微控制器11通过保护电路 6关闭基本充电电路2。基本充电电路2关闭后，串联电池组8中各个电池的端电压的极差(Vmax-Vmin)超过规 定值时，补偿充电电路4可在基本充电电路2关闭的情况下，继续对端电压低的电池进行补 偿充电，进一步减小串联电池组8中各电池的端电压差别，使电池的状态趋于一致，各电池 的荷电能力得到充分发挥。本发明的有益效果是本发明解决了传统的充电电路不能充分发挥串联电池组中各电池 的荷电能力问题，在保证串联电池组中各个电池不发生过充的同时，使各个电池的荷电能力 得到充分发挥，从而提高动力电池的充电和放电效能。本发明采用在充电过程中对串联电池组中各个电池进行补偿的方法，解决了当前已知的 具有均衡控制功能的充放电控制电路对串联电池组充电过程中均衡电路的电能损耗、发热、 均衡能力低的问题，提高了充电过程中的电能转换效率。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是具有充电补偿功能的IO节锂串联电池组充电电路连接图。图2是微控制器ll的单片机控制程序流程图。 -图中，1、电源分配器,2、基本充电控制电路,3、电源隔离转换电路，4、补偿充电控制电路，5、转换开关，6、保护电路，7、电量计量电路，8、串联电池组，9、电压检测电路，10、 A/D转换电路，11、微控制器，12、充电/放电开关，13、控制电源电路，14、充电连接器，15、通道选择电路。
具体实施方式
本实施例是具有充电补偿功能串联电池组充电电路，电池组由10节标称3. 7V50AH锂电 池串联而成，充电控制的基本参数如下 外接充电电源AC220V基本充电电流10A，基本充电终止条件为任意电池端电压4.25V 补偿充电电流2A，补偿充电启动条件为电池端电压《各电池端电压的最大值-0. IV 补偿充电结束条件为电池端电压》各电池端电压的最大值。 实施方法如下，参见图1和图2:(1) 电源分配器1采用容量5A的铜质接线端子，将输入电源分别供给基本充电控制电路2 和电源隔离转换电路3。(2) 基本充电控制电路2由AC220V/DC48V15A的AC/DC转换器和大功率场效应管MTB30P06 构成恒流控制电路，向串联电池组8提供10A基本充电电流。(3) 电源隔离转换电路3采用AC200V/5V20W的电源隔离变压器、5A电桥全波整流电路将
AC220V的充电电源转换为悬浮的DC5V直流电源。(4) 补偿充电控制电路4采用场效应管NTMS10P02作为恒流控制元件，输出电流恒定为2A。(5) 转换开关5由10只线圈电压5V触点容量28V3A的密封电磁继电器组成，由微控制器ll 进行逻辑开关控制。(6) 通道选择电路15采用HC4066模拟开关和4n35隔离光藕，受微控制器ll控制，选通要 检测的电池的端电压检测通道。(7) 电压检测电路9使用线性光藕HCNR200对各个电池的端电压进行隔离取样后，用运算 放大器0P07做信号放大处理。(8) A/D转换电路10采用12通道12位模拟/数字转换器MAX1238，将各电池电压转换为数 字信号，送微控制器ll。(9) 微控制器11采用AT89S52PI单片机集成电路，参见图2，编制单片机控制程序。(10) 充电/放电开关12采用手动开关，与控制电源电路13相连。(11) 控制电源电路13采用DC/DC变换器集成电路MAX5035，将电池组电压转换成5VDC，为 微控制器1 l及其它控制电路提供工作电源。(12) 保护电路6采用2只大功率场效应管MTB30P06V，分别做充电保护和放电保护，保护 电路6受微控制器11控制。(13) 电量计量电路7采用DS2751电池监测集成电路，进行电流检测和充/放电电量计量， DS2751电池监测集成电路通过1线制通讯接口与微控制器11相连接。
权利要求
1.一种具有充电补偿功能的串联电池组充电电路，包括基本充电控制电路(2)，电源隔离转换电路(3)，补偿充电控制电路(4)，转换开关(5)，串联电池组(8)，电压检测电路(9)，A/D转换电路(10)，微控制器(11)，其特征在于至少有一个电源隔离转换电路(3)将外部电源转换为至少一路悬浮的低压直流电，经补偿充电控制电路(4)和转换开关(5)与串联电池组(8)中的各个电池相连，补偿充电控制电路(4)和转换开关(5)受微控制器(11)控制。
2. 根据权利要求1所述的一种具有充电补偿功能的串联电池组充电电路，其特征在于所述 的微控制器(11)通过A/D转换电路(10)和电压检测电路(9)，实时检测串联电池组(8)中各个 电池的端电压，并控制补偿充电控制电路(4)和转换开关(5),将电源隔离转换电路(3)输出的 悬浮的低压直流电与串联电池组中端电压较低的电池相连接，对串联电池组中端电压较低的 电池进行补偿充电。
3. 根据权利要求1所述的一种具有充电补偿功能的串联电池组充电电路，其特征在于所述 的电源隔离转换电路(3)输出的悬浮的低压直流电与基本充电电路之间相互隔离、不共地，可 以在基本充电控制电路(2)对电池组(8)进行充电的同时对电池组(8)中的任意一个电池进行 补偿充电。
全文摘要
本发明提供了一种在充电过程中对串联电池组中的电压较低的电池进行充电补偿，使串联电池组中各个电池的端电压趋于一致的充电控制电路。该充电控制电路在充电过程中实时检测串联电池组中各电池的端电压，通过补偿充电电路对端电压较低的电池进行充电补偿，弥补电池组中各个电池的初始状态及充电/放电特性的差异，在保证各个电池不发生过充的同时使各个电池的荷电能力得到充分发挥，从而提高动力电池的充电和放电效能。
文档编号H02J7/00GK101162846SQ200710163230
公开日2008年4月16日 申请日期2007年10月22日 优先权日2007年10月22日
发明者赵建和 申请人:赵建和