专利名称：耗能式电池组充电均衡判断及补充装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种耗能式电池组充电均衡判断及补充装置。
背景技术：
工业应用中对重要的供电设备，都需要一套电池作为备用电源，而单个电池电压 一般都不高，无法直接使用，一般都为几十个甚至几百个电池串联起来提高总电压进行使 用。由于电池在制造和使用过程中难免会出现性能不一致，因此，在使用的过程中，其性能 参数差别扩大，往往一个或多个电池电压会上升较快，如不限制，会造成危险，甚至爆炸。但 如果提前停止对整组电池充电，则整个电池组充电率会受到限制，减少了电池组的利用率。 采用一定的方法均衡各个单体电池的电压，可以提高电池的使用度，延长电池的使用寿命。在对容量较小的串联电池组充电进行均衡的场合，一般采用耗能式的均衡方式较 为简单，也节省成本。目前，耗能或分流式的均衡一般都对每个单体电池配备分流装置，控 制也采用集中式的控制管理方式，成本较高同时结构复杂。
发明内容本实用新型主要目的是解决现有技术所存在的由于电池在制造和使用过程中难 免会出现性能不一致，因此，在使用的过程中，其性能参数差别扩大，往往一个或多个电池 电压会上升较快，如不限制，会造成危险甚至爆炸等的技术问题；提供一种充电时可以抑制 一个或多个电池电压过快上升，保持电池组电压一致率的耗能式电池组充电均衡判断及补
充装直ο本实用新型还有一目的是解决现有技术所存在的目前耗能或分流式的均衡一般 都对每个单体电池配备分流装置，控制也采用集中式的控制管理方式，成本较高同时结构 复杂等的技术问题；提供了一种具备独立测控单元的既可以对单个电池单独使用，也可以 同时对每个单体电池同时使用，分流并保持电池组电压一致率，使用灵活，而且能满足工业 控制的小容量电池组充电均衡的要求，并具备高度集成化成本低廉，易于使用的耗能式电 池组充电均衡判断及补充装置。本实用新型的上述技术问题是通过下述技术方案得以解决的—种耗能式电池组充电均衡判断及补充装置，其特征在于，包括与单体电池相连接的均衡单元对高于预设值的单体电池电压进行释放；与电池组以及单体电池相连接的测控单元测量并比较单体电池，判断该单体电 池是否需要补充能量。上述的耗能式电池组充电均衡判断及补充装置，所述的均衡单元包括用于对单体 电池电压进行释放的耗能模块；用于接收测控单元的控制信号模块以及对耗能模块的投入 和切除进行控制的控制开关。上述的耗能式电池组充电均衡判断及补充装置，所述的测控单元包括一组用于测 量电池组和单体电池电压的差分运放模块；一组由比较器及运放或可编程逻辑控制器件构成的，并具有I/O输出的比较模块；因此，本实用新型具有如下优点1.设计合理，结构简单且完全实用；2.充电时 可以抑制一个或多个电池电压过快上升，保持电池组电压一致率；3.既可以对单个电池进 行分流，也可以对电池组内每个单体电池进行分流并保持电池组电压一致率，使用灵活，而 且能满足工业控制的小容量电池组充电均衡的要求，并具备高度集成化成本低廉，易于使 用；4.均衡单元采用控制开关来投入和切除耗能模块，整个系统的均衡精度仅取决于测控 单元的测量精度，精确度高；5.集成度高，在小容量电池的应用场合，均衡单元和测控单元 由于功率较小，可以集成安装，设备体积可以减小。
图1是本实用新型均衡装置单独应用的结构示意图图2是实施例的均衡单元的电路原理图图3是实施例的测控单元的电路原理图图4是本实用新型均衡单元多台应用的结构示意图图中，电池组1，主充电机2，测控单元4，均衡单元5，控制开关6，耗能模块7， 差分运放模块8，比较模块9。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。实施例一种耗能式电池组充电均衡判断及补充装置，它由下述构件组成与单体电池相连接的均衡单元(5)对高于预设值的单体电池电压进行释放；与电池组以及单体电池相连接的测控单元4:测量并比较单体电池，判断该单体 电池是否需要补充能量；所述的均衡单元5包括用于对单体电池电压进行释放的耗能模块7 ；用于接收测 控单元的控制信号模块以及对耗能模块的投入和切除进行控制的控制开关6。耗能模块7 的作用是，当需要对单体电池进行释放时，耗能模块通过控制开关连接在单体电池两端，耗 能模块的选择需要遵循以下原则耗能模块的耐压需高于单体电池最高电压，耗能模块流 过的电流值，可以选取为主充电机为电池组充电电流的1/5 1/3。测控单元4包括一组用 于测量电池组和单体电池电压的差分运放模块8 ；—组由比较器及运放或可编程逻辑控制 器件构成的，并具有I/O输出的比较模块9。本实施例中，判断单体电池电压是否需要补充的方法如下该方法可以由比较器 及运放通过设计模拟电路来实现，也可通过编程并运行在可编程逻辑控制器件内来实现， 循环进行以下步骤步骤1，测量差分运方模块8输出的串联电池组总电压及测控单元4所连接的单体 电池电压；步骤2，计算串联电池组电池的平均电压；步骤3，比较单体电池电压与电池组平均电压的大小；步骤4，单体电池电压高于电池组平均电压一定数值以后，则通过I/O启动均衡单元5，从而使高于电池组平均电压的单体电池通过权利要求2中的耗能模块7释放能量，使 单体电池电压趋近于电池组平均电压；步骤5，单体电池电压低于或等于电池组平均电压，则通过I/O停止均衡单元，不 再消耗单体电池多余能量。该方法与单体电池电压比较的预设值不限于上述所说的电池组平均电压，对于本 领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属 于本实用新型所附权利要求的保护范围。
以下结合附图，说明本实用新型的工作方式如图1所示，本实用新型的耗能式电池组充电均衡装置独立使用的应用实例，包 括一套电池组1以及为其充电的充电机2，当充电的时候，假设单体电池Bl充电时电压上升 过快，以电池Bl为例使用一套包含1个测控单元4和1个均衡单元5的耗能式电池组均衡 装置。均衡单元分为由接收测控单元4的比较模块9输出控制的控制开关6、耗能模块7 构成的均衡单元5 ；由差分运放模块8和比较模块9构成的测控单元。以上组件之间的连 接方式是本套耗能式电池组均衡装置其中的测控单元4用导线连接到电池组1以及单体 电池Bl的两端；均衡单元5的输入为测控单元4的比较模块9的1/0，均衡单元的输出接 单体电池Bl两端。该实施例中均衡单元的工作原理如图2所示，本实施例以继电器作为控制开关6，电阻作为耗能装置7为例，继电器 的线包接测控单元4的比较模块9的1/0，继电器的输出K与电阻串联连接到对应的单体电 池。故测控单元4可以控制电阻的投入和切除，进而控制是否对单体电能进行释放。该实施例中测控单元的工作原理如图3所示，本实施例是以模拟电路来实现判断单体电池电压是否需要补充的功 能的。差分运放模块8用了 2个运算放大器，接成如图3中的形式，实现对单体电池和电池 组电压的转换。而比较模块9将差分运放2的输出与差分运放1进行比较，比较器的输出 接到均衡单元5的继电器线包，对均衡单元5的电阻的投入和切除进行控制。判断单体电 池电压是否需要补充的方法如下以单体电池Bl为例，假设单体电池电压为Vx，电池组电 池电压为Vs，电池组共有电池η个，R4/R3=K1, R2/R1=K2。差分运方单元8中，差分运方1 的输出Vol=Kl*Vs，差分运放2的输出Vo2 = K2*Vx。设计Vo2的范围在运算放大器输出能力以内，本实施例取Vo2等于运算放大器输 出上限的一半，假设为a，即Vo2 = a,即取值K2 = a/Vx ；设计Vol等于或略高于Vo2，本实施例以Vol = Vo2 = a为例分析。取值Kl = K2/ n，则 Vol = K2*Vs/n。比较模块9比较Vol和Vo2，当Vo2>Vol，即Vx>Vs/n，即单体电池电压高于电池组 平均电压，比较器输出高电平，从而启动均衡单元3的控制开关，由均衡单元3通过耗能电 阻开始对单体电池多余能量进行释放。当Vol ^ Vo2,即单体电池电压不高于电池组平均电压，比较器输出低电平，从而 停止对单体电池能量的释放。 此外，在设置Vo2时，也可取值Vo2略大于a，使得单体电池电压高于电池组平均值 一定量之后，再开始对单体电池进行补充。[0042]图4是是本实用新型均衡装置多台应用的具体实施例的组成示意图。以一个8个单体电池串联的电池组1为例，如未知电池组哪个电池电压上升过快， 可采取如图4的方式，对8个单体电池每一个连接一个本实用新型均衡装置。每个装置均 只需要连接电池组和对应的单体电池，所示电路的连接方式B2 B7的部分的功能与Bl完全 相同，即可以完成对每个单体电池电压上升过快的抑制。另外，还应该注意的是与单体电池电压比较的预设值不限于上述所说的电池组 平均电压，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改 进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围；本装置一般用于充电的时候进行 均衡，不代表它在放电或闲置时不能起到均衡作用。充电的时候进行均衡是为了避免在充 电时刻单体电池发生过充造成危险。电池在闲置或放电时不会出现过充的危险，因此一般 不需要均衡。但接上本均衡装置后，均衡装置还是会起到同样的均衡效果，对高于预设值的 单体电池的能量进行释放。本实用新型的权利要求保护范围不限于上述实施例。
权利要求1.一种耗能式电池组充电均衡判断及补充装置，其特征在于，包括与单体电池相连接的均衡单元对高于预设值的单体电池电压进行释放； 与电池组以及单体电池相连接的测控单元测量并比较单体电池，判断该单体电池是 否需要补充能量。
2.根据权利要求1所述的耗能式电池组充电均衡判断及补充装置，其特征在于，所述 的均衡单元包括用于对单体电池电压进行释放的耗能模块；用于接收测控部分的控制信号 模块，以及对耗能模块的投入和切除进行控制的控制开关。
3.根据权利要求1所述的耗能式电池组充电均衡判断及补充装置，其特征在于，所述 的测控单元包括一组用于测量电池组和单体电池电压的差分运放模块；一组由比较器及运 放或可编程逻辑控制器件构成的，并具有I/O输出的比较模块。
专利摘要本实用新型涉及一种耗能式电池组充电均衡判断及补充装置，包括与单体电池相连接的均衡单元对高于预设值的单体电池电压进行释放；与电池组以及单体电池相连接的测控单元测量并比较单体电池，判断该单体电池是否需要补充能量。本实用新型优点是提供了一种具备独立测控单元的既可以对单个电池单独使用，也可以同时对每个单体电池同时使用，分流并保持电池组电压一致率，使用灵活，而且能满足工业控制的小容量电池组充电均衡的要求，并具备高度集成化，成本低廉，易于使用的耗能式电池组充电均衡判断及补充装置。
文档编号H02J7/00GK201868928SQ201020656100
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者洪敏 , 蒋炜, 陈立剑 申请人:中国船舶重工集团公司第七一二研究所