专利名称：电池组快速均衡充电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电池充电装置，具体涉及一种动力电池组快速均衡充电装置。
背景技术：
随着国际原油价格飞涨，各种新型能源的研究成为公众关注的焦点。电能作为动力能源已经在各种车辆上得到广泛应用。锂电池以具有较高的能量质量比和能量体积比，无记忆效应，可重复充电次数多，使用寿命较长等优点成为动力电能的首选。作为一种新型动力技术，锂电池在使用中必须串联才能达到使用电压的需求，单体性能的参差不齐并不全缘于电池生产技术问题，即使每只电池出厂时电压，内阻完全一致，连续的充放电循环导致的差异，将使某些单体电池的容量加速衰减，串联电池组的容量是由单体电池的最小容量决定的，因此这些差异将使电池组的使用寿命缩短。目前锂离子电池组的充电一般都采用串联充电，这主要是因为串联充电方法结构简单、成本低、较容易实现。但由于单体锂离子电池之间在容量、内阻、衰减特性、自放电等性能方面的差异，在对锂离子电池组串联充电时，电池组中容量最小的那只单体锂离子电池将最先充满电，而此时，其他电池还没有充满电，如果继续串联充电，则已充满电的单体锂离子电池就可能会被过充电。而锂离子电池过充电会严重损害电池的性能，甚至可能会导致爆炸造成人员伤害，因此，为了防止出现单体锂离子电池过充电，锂离子电池组使用时一般配有电池管理系统(Battery Management System,简称BMS),通过电池管理系统对每一只单体锂离子电池进行过充电等保护。串联充电时，如果有一只单体锂离子电池的电压达到过充保护电压，电池管理系统会将整个串联充电电路切断，停止充电，以防止这只单体电池被过充电，而这样会造成其他锂离子电池无法充满电。这使得解决动力电池充电技术问题成为迫切需要解决的技术问题。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型的目的旨在于提供一种电池组快速均衡充电装置，其在实现电池组各电池子组均衡充电的同时，实现对电池组的快速充满，并且也实现了利用低电压充电电源单独为串联的高电压电池组充电。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案电池组快速均衡充电装置，其包括至少二电池子组串联连接的电池组，连接于电池组两端用于为所述电池组充电的主充电电源，以及用于检测各电池子组两端的电压值和控制主充电电源工作与否的电池管理系统，所述电池组快速均衡充电装置进一步包括一辅充电电源，所述辅充电电源通过开关元件与各电池子组分别连接，电池管理系统与开关元件相连。实现本实用新型的一种实施方式是所述开关元件与电池子组一一对应。实现本实用新型的一种实施方式是所述开关元件为晶体三极管、MOS管、光电开关、继电器、光电稱合器中的任一种。实现本实用新型的一种实施方式是所述电池子组为单个可充电电池。实现本实用新型的一种实施方式是所述电池子组为至少二个串联连接的可充电电池。实现本实用新型的一种实施方式是所述辅充电电源为太阳能充电器、风力充电器以及燃料电池中的一种或多种。实现本实用新型的一种实施方式是所述电池组快速均衡充电装置进一步包括一温度采样控制器，所述温度采样控制器的输入端与各电池子组分别相连，其输出端连接至主充电电源。实现本实用新型的一种实施方式是所述电池组快速均衡充电装置进一步包括一显示屏，所述显示屏连接于电池管理系统的输出端。实现本实用新型的一种实施方式是所述电池组快速均衡充电装置进一步包括一第三充电电源，所述第三充电电源与各电池子组分别连接，电池管理系统与所述第三充电电源相连。实现本实用新型的一种实施方式是所述第三充电电源为太阳能充电器、风力充电器以及燃料电池中的一种或多种。相比于现有技术，本实用新型通过主充电电源对整个电池组进行串联充电，电池管理系统检测各电池子组两端的电压，当达到一定的值时，断开主充电电源，启动辅充电电源对各电池子组中电压值最小的一个或多个启动充电，其实现的效果在于1、各电池子组均衡充电，可以使得每个电池子组均能被充满，增加了电池组的有效容量，延长了电池组的使用寿命；2、辅充电电源可以同时与主充电电源一起工作，此时，当电池管理系统控制主充电电源和辅充电电源同时工作，当其中之一的电池子组电压达到电池管理系统设定的电压时，断开主充电电源并根据各电池子组的电压驱动辅充电电源从最低的单个或多个电池子组开始充电，直至所有的电池子组均被充满为止，其加快了电池组的充电时间；3、辅充电电源采用太阳能充电器、风力充电器以及燃料电池中的一种或多种，可在动力装置(例如电动汽车等)上增设该辅充电电源，可随时对电池组进行充电，加大了动力装置的应用空间；4、辅充电电源可以采用较低的电压单独为串联的高电压电池组充电，可作为电池快充前的准备以加强电池组的快充速度，增加容量及延长电池组寿命；5、采用第三充电电源同时进行辅助充电，可进一步加快电池组的充电时间。
图1为本实用新型电池组快速均衡充电装置实施例一的结构示意图；图2为本实用新型电池组快速均衡充电装置实施例二的结构示意图。其中11、可充电电池；12、可充电电池；13、可充电电池；14、可充电电池；2、电池管理系统；3、主充电电源；4、辅充电电源；5、开关元件；51、开关元件；52、开关元件；53、开关元件；54、开关元件；6、第三充电电源；61、充电电源；62、充电电源；63、充电电源；64、充电电源。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式
，对本实用新型做进一步描述实施例一如图1所示，作为本实用新型电池组快速均衡充电装置的实施例一，其包括至少二电池子组串联连接的电池组，连接于电池组两端用于为所述电池组充电的主充电电源3，以及用于检测各电池子组两端的电压值和控制主充电电源3工作与否的电池管理系统2，电池组快速均衡充电装置还包括一辅充电电源4，辅充电电源4通过开关元件5与各电池子组分别连接，电池管理系统2与开关元件5相连。电池子组可以是单个的可充电电池，也可以是至少二个可充电电池串联连接而成，在本实施例中，电池组采用四个电池子组，电池子组以单个可充电电池为例进行解释和说明本实用新型的保护范围。其中电池子组分别为可充电电池11、可充电电池12、可充电电池13、可充电电池14。充电方式可以为三种一是主充电电源3先工作，电池管理系统2实时或定时(例如每5 10秒)检测各个可充电电池两端的电压，当某个可充电电池两端的电压达到电池管理系统的设定电压(一般等于或略小于电池额定电压)时，电池管理系统2控制主充电电源3停止工作，同时并启动辅充电电源4开始对某个或某些可充电电池进行充电，其中，上述的某个或某些可充电电池为电池组中电压最小的一个或几个，因此需要设置的开关元件5可以是一个，也可以是多个，在本实用新型较佳的实施例中，开关元件5与电池子组采用相等的数量，即开关元件5包括与可充电电池11对应的开关元件51、与可充电电池12对应的开关元件52、与可充电电池13对应的开关元件53、与可充电电池14对应的开关元件54，通过控制其中一个或多个开关元件的开断，进而实现对某个或某些电池子组的充电，然后根据电池管理系统2实时或定时检测各个可充电电池两端的电压的变化，仍以最小电压值的单个或多个可充电电池开始，继续充电，直至所有可充电电池都充满为止；二是主充电电源3和辅充电电源4同时工作，此时，开关元件5均处于导通状态，这种方式可加快可充电电池的充电速度，同理，当电池管理系统2实时或定时检测到其中一个可充电电池两端的电压达到其设定值时，断开主充电电源3，同时根据各可充电电池的电压值进行选择性的断开其中的开关元件5，使辅充电电源从最低的一个或多个可充电电池开始循环充电，直至所有的可充电电池都被充满电为止；三是辅充电电源4先对电池管理系统2检测到的最低的单个或多个可充电电池进行充电，直至各可充电电池的电压相等时，单独开启主充电电源3或者同时开启主充电电源3和辅充电电源4为电池组充电。其中，辅充电电源4可采用太阳能充电器、风力充电器以及燃料电池中的一种或多种，可在动力装置(例如电动汽车等)上增设该辅充电电源，可随时对为动力装置供电的电池组进行充电，加大了动力装置的应用空间，延长了该动力装置的行驶距离。本实用新型还可以采用单独低电压的辅充电电源4为串联的高电压电池组进行充电，譬如电动汽车使用的是96V电机，电芯是由4个24V的可充电电池串联而成，如果需要太阳能充电器来驱动时，太阳能充电器的电压需要至少120V才可以对该电池进行充电，而120V太阳能充电器则需要240片电池片串联而成，这样的结构在移动的汽车顶上是不可能有这么大的可用面积，所以，以我们的充电板就可以满足他们的需求。具体是我们可以先扫描4个串联的可充电电池，再扫描电池组中的低电压可充电电池进行隔离充电，如此我们只需要12V的太阳能板即可对电池系统进行充电。当然采用上述隔离扫描的方式充满整个电池组则需要较长的时间。而如果可以多几片12V的太阳能板同时输出电流，也是很好的解决方法，尤其是软性可折叠式的太阳能片可以在该电池组快速均衡充电装置中作为充电电源得到了更好的应用。作为本实施例的优选方案，开关元件5为晶体三极管、MOS管、光电开关、继电器、光电耦合器中的任一种，当然，各个开关元件可以选用不同的结构，通过电池管理系统2或者电池管理系统2与辅充电电源4的配合，控制各个开关元件的工作。作为本实施例的优选方案，还可以在该电池组快速均衡充电装置中增设一温度采样控制器(图未示)，该温度采样控制器的输入端与各电池子组分别相连，其输出端连接至主充电电源，温度采样控制器可与上述的电池管理系统2相结合，对主充电电源3进行控制，当某个电池子组达到一定的温度时，为保证电池子组的使用寿命，需要断开主充电电源3 一段时间后再对电池组进行充电，由于辅充电电源4采用较小电流对各个电池子组进行充电，因此，电池子组由其充电时产生的热量很小，可以忽略。另外，作为本实施例的优选方案，在电池管理系统2的输出端还可以连接一显示屏(图未示)，通过该显示屏可以实时显示各个可充电电池的电压值，同时，该显示屏也可以与上述的温度采样控制器的输出端相连，对各个可充电电池的温度进行直观显示。实施例二实施例二是在实施例一的基础上增设了第三充电电源6，同样以电池组采用四个电池子组，电池子组以单个可充电电池为例，第三充电电源6可同时对各个可充电电池进行充电，即第三充电电源6包括为可充电电池11充电的充电电源61、为可充电电池12充电的充电电源62、为可充电电池13充电的充电电源63、为可充电电池14充电的充电电源64，并且该第三充电电源6也由电池管理系统2进行控制，该第三充电电源6与主充电电源3同时开启，而关闭时，可与主充电电源3同时,也可以较晚于主充电电源3的断开,主充电电源3和辅充电电源4的具体工作方式，与实施例一相同。增设该第三充电电源6的目的在于进一步加快电池组的充电速度，同时，该第三充电电源6可采用太阳能充电器、风力充电器以及燃料电池中的一种或多种，也可以在采用主充电电源3充电困难的情况下，采用第三充电电源6临时充电，以备需要。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。
权利要求1.电池组快速均衡充电装置，其包括至少二电池子组串联连接的电池组，连接于电池组两端用于为所述电池组充电的主充电电源，以及用于检测各电池子组两端的电压值和控制主充电电源工作与否的电池管理系统，其特征在于，所述电池组快速均衡充电装置进一步包括一辅充电电源，所述辅充电电源通过开关元件与各电池子组分别连接，电池管理系统与开关元件相连。
2.如权利要求1所述的电池组快速均衡充电装置，其特征在于，所述开关元件与电池子组--对应。
3.如权利要求2所述的电池组快速均衡充电装置，其特征在于，所述开关元件为晶体三极管、MOS管、光电开关、继电器、光电稱合器中的任一种。
4.如权利要求2所述的电池组快速均衡充电装置，其特征在于，所述电池子组为单个可充电电池。
5.如权利要求2所述的电池组快速均衡充电装置，其特征在于，所述电池子组为至少二个串联连接的可充电电池。
6.如权利要求1所述的电池组快速均衡充电装置，其特征在于，所述辅充电电源为太阳能充电器、风力充电器以及燃料电池中的一种或多种。
7.如权利要求1-6任一项所述的电池组快速均衡充电装置，其特征在于，所述电池组快速均衡充电装置进一步包括一温度采样控制器，所述温度采样控制器的输入端与各电池子组分别相连，其输出端连接至主充电电源。
8.如权利要求7所述的电池组快速均衡充电装置，其特征在于，所述电池组快速均衡充电装置进一步包括一显示屏，所述显示屏连接于电池管理系统的输出端。
9.如权利要求7所述的电池组快速均衡充电装置，其特征在于，所述电池组快速均衡充电装置进一步包括一第三充电电源，所述第三充电电源与各电池子组分别连接，电池管理系统与所述第三充电电源相连。
10.如权利要求9所述的电池组快速均衡充电装置，其特征在于，所述第三充电电源为太阳能充电器、风力充电器以及燃料电池中的一种或多种。
专利摘要本实用新型公开了电池组快速均衡充电装置，其包括至少二电池子组串联连接的电池组，连接于电池组两端用于为所述电池组充电的主充电电源，以及用于检测各电池子组两端的电压值和控制主充电电源工作与否的电池管理系统，所述电池组快速均衡充电装置进一步包括一辅充电电源，所述辅充电电源通过开关元件与各电池子组分别连接，电池管理系统与开关元件相连。本实用新型通过主充电电源和辅充电电源的配合使用，可使各电池子组均衡充电，保证了每个电池子组均能被充满，增加了电池组的有效容量，延长了电池组的使用寿命；同时还可以加快了电池组的充电时间，并且还可以实现通过低电压电源为串联的高电压电池组进行充电。
文档编号H02J7/00GK202906517SQ20122051883
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月10日 优先权日2012年10月10日
发明者高荣盛 申请人:高荣盛