专利名称：一种非能耗型电池充电均衡装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电池领域，具体的讲是一种非能耗型电池充电均衡装置。
背景技术：
近年来随着电动汽车，大功率UPS，大型电力系统储能装置的研发和应用，电池产业蓬勃发展。然而单个电池的电压和容量都极其有限，因此大部分的装置都采取了电池组的形式进行应用，大型的储能装置甚至有成千上万的单体电池串并联在一起。由于在制造过程中，单体电池的电压、内阻等均不完全相同，因此各单体电池的初始容量存在差异。在电池组放电过程中可能出现容量低的电池过放，此时电池组的其他电池会串联起来给它充电，造成该电池的反极现象；而在充电过程中初始容量高的电池可能出现过充现象，使得整个电池组不能被正常充满电。这样电池组中某些单体电池的性能和寿命都会受到影响，进而影响到整个电池组的运行。因此单体电池不均衡是影响电池组工作的重要因素，对其进行控制是十分必要的。现有的均衡方法按照能量损耗方式均衡可以分为能耗型和非能耗型，能耗型均衡控制简单且成本较低，一般应用旁路电阻对电压过高的电池进行分流。专利CN202205861U就是利用光耦等器件来控制旁路电阻的开关，其优点为结构简单，最大的缺点为均衡的能量都通过电阻发热耗散没有进行有效利用，并且其只能对容量较高的电池进行放电而不能对容量较低的电池充电。现有的非能耗型均衡方法，包括电容均衡，双向DC/DC均衡，变压器均衡等多种方法，总体 上有能量利用率高电池组均衡效果好等优点，但是其控制比较复杂造价较高。专利CN1275829A即利用电感电容组成谐振电路，使至少相邻的两节单体电池进行均衡，其优点为各个电池之间均衡不用共享信号可以独立进行，缺点主要为均衡的电池数量较少，虽然每两个单体电池之间容量差异不大，但是如果有上百个单体电池串联的话则头尾的单体电池有可能有较大的差异。大部分的均衡电路都需要对电池电压进行测量，电压测量精度对均衡效果有较大影响并其受硬件的制约，因此想要达到较好的效果其硬件成本较高反应速度也相对较慢。专利CN1667909A设计了一种不依赖于电压测量的方法，具有结构简单扩展性好等优点，缺点仍然为电阻耗能与均衡电池数少。
实用新型内容为了克服现有的非能耗型电池充电均衡装置存在的电阻发热耗散没有进行有效利用、均衡电池数少的问题，现在提出能过多组电池进行均衡、并且不需要对单体电池电压进行测量的一种非能耗型电池充电均衡装置。为实现上述技术效果，本实用新型的技术方案如下:一种非能耗型电池充电均衡装置，包括多个单体电池串联或并联构成的电池组，其特征在于:还包括均衡电池、开关矩阵控制模块和控制系统模块、电压采集模块、电流采集模块和继电器，所述均衡电池与每个单体电池并联，且在所形成的回路上设置有继电器，开关矩阵控制模块与继电器信号连接，所述控制系统模块与开关矩阵控制模块信号相连。[0007]所述均衡电池的数量至少为一个。所述电流采集模块与电池组连接，电流采集模块与控制系统模块连接。所述电压采集模块与电池组并联，电压采集模块与控制系统模块连接。所述电源或负载与单体电池相连，电源或负载与单体电池之间设置有继电器。 所述继电器与控制系统模块信号连接。本实用新型的优点在于:1、相对传统的电容均衡，双向DC/DC等均衡方法，均需要在测量电池电压之后再进行均衡操作。本方法操作简单，无需对电压进行精确测量，减小了系统反应时间，降低了系统成本。2、对比传统的电容电感均衡，同样体积本方法均衡电流更大，由于均衡电池和电池组中单体电池特性一样，则均衡电流可以达到Ic短时间更可达到5c，均衡能力强，而电容器电感器等要做到大容量体积重量大，超级电容器存在端电压不稳定等缺点。3、相对于变压器和双向DC/DC等方法，本发明软硬件结构都更加简单且效率更高，大功率的DC/DC效率为80%左右。
图1是本实用新型的原 理图。附图中:单体电池1，开关矩阵控制模块2，控制系统模块3，电压采集模块4，电流米集模块5,继电器6,电源或负载7,均衡电池8。
具体实施方式
一种非能耗型电池充电均衡装置，包括多个单体电池I串联或并联构成的电池组，其特征在于:还包括均衡电池8、开关矩阵控制模块2和控制系统模块3、电压采集模块
4、电流采集模块5和继电器6，所述均衡电池8与每个单体电池I并联，且在所形成的回路上设置有继电器6，开关矩阵控制模块2与继电器6信号连接，所述控制系统模块3与开关矩阵控制模块2信号相连。均衡电池8的数量至少为一个。电流采集模块5与电池组连接，电流采集模块5与控制系统模块3连接。电压采集模块4与电池组并联，电压采集模块4与控制系统模块3连接。电源或负载7与单体电池I相连，电源或负载7与单体电池I之间设置有继电器6。继电器6与控制系统模块3信号连接。请参见图1，图1为本实用新型的原理图。在本实施例中，单体电池I为从#1到#N#个串联形成的电池组，相应也包括SI到S2N个继电器，每个单体电池I正负极连接2个继电器，如M0SFET。例如#1号电池正极连接SI负极连接S3，#2号电池正极连接S2负极连接S5，这些MOSFET及其驱动电路共同组成开关矩阵控制模块2。由图1可知，当单体电池所属的MOSFET导通时，该单体电池同均衡电池8并联。保险丝连在开关矩阵与均衡电池8负极之间，保护充放电电流不至于过大。如图1所示电压检测模块连接在电池组正反两端，即#1电池正极和#N电池负极，电流检测模块与继电器6连接在主回路中。控制模块主要由单片机及其附属电路组成，单片机定时给开关矩阵信号控制每个电池与均衡电池8顺序并联，并且实时的检测电池组的电压和电流值，如果出现异常则断开S继电器6。具体的实施步骤为，控制模块按固定顺序和频率发出信号，首先导通开关SI和S3其他开关都断开让#1号单体电池和均衡电池8并联，假设并联之前#1号电池电压为a，均衡电池8电压为X，并联之后电压为两者之和的一半。则并联Is钟之后#1号电池电压al与均衡电池8电压xl相等，即al=xl=a+x/2。断开开关SI和S3，导通开关S2和S5，#2号电池与均衡电池8相并联，假设#2号电池并联之前电压为b，则并联Is之后#2号电池电压bl与x2相等，即bl=x2=b+xl/2。后面操作与前面2节电池相同，即分别让每一个单体电池同均衡电池8并联。现计算并联前后的电压差。并联之前#1和#2电压差为a-b,并联之后电压差为al-bl=a+x/2~ (b+xl)/2= (a+x)/2_b/2~ (a+x)/4= (a+x)/4_b/2假设a > x > b,则 a+x_2b ^ 2a~2h,则(a+x)/4_b/2 ^ (a_b)/2,即al-bl ^ (a~b)/2 < (a_b)。从上述公式可以看出，只要均衡电池8电压x不小于#1和#2电池之中的最小电压，那么均衡过后#1和#2电池电压差一定会减小。扩展到N个电池后使用类似的方法仍可以证明，只要均衡电池8电压不是所有电池中电压最低的，那么通过一个均衡周期之后电池之间的电压差降低了。同时电流测量模块和电压测量模块的数据实时传递给控制模块，如果控制模块判断电池组电流或者电压值异常则断开继电器6，保护电池组同时发警报。如果电池数量太大，例如有100个电池串联，那么其中每50个电池为一组，配备一个均衡电池8。这样每组电池各自都可以保持均衡，但是时间长了之后有可能2组电池之间有差异，这时就需要将两组电池的均衡电池8并联一次，然后再各自进行均衡，这样能保证2组电池之间的差异比较小。至于 两个均衡电池8什么时候进行并联操作，有两种办法，I是测量两组电池的电压差异，差异达到一定值就进行，2是固定时间间隔，进行一次均衡操作。 本申请中控制系统模块3、电压采集模块4、电流采集模块5均为本领域现有模块。这些模块只要能完成专利中所述的功能即可，具体电路设计可以很不相同。通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本实用新型后，可以根据设计的需要，制作各种大容量型锂离子电池电芯，并且生产效率高，适宜于规模化生产。当然，以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本实用新型还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变化形式的技术方案，均落在本实用新型所要求的保护范围之内。
权利要求1.一种非能耗型电池充电均衡装置，包括多个单体电池(I)串联或并联构成的电池组，其特征在于:还包括均衡电池(8)、开关矩阵控制模块(2)和控制系统模块(3)、电压采集模块(4)、电流采集模块(5)和继电器(6)，所述均衡电池(8)与每个单体电池(I)并联，且在所形成的回路上设置有继电器(6)，开关矩阵控制模块(2)与继电器(6)信号连接，所述控制系统模块(3)与开关矩阵控制模块(2)信号相连。
2.根据权利要求1所述的一种非能耗型电池充电均衡装置，其特征在于:所述均衡电池(8)的数量至少为一个。
3.根据权利要求1或2所述的一种非能耗型电池充电均衡装置，其特征在于:所述电流采集模块(5)与电池组连接，电流采集模块(5)与控制系统模块(3)连接。
4.根据权利要求3所述的一种非能耗型电池充电均衡装置，其特征在于:所述电压采集模块(4)与电池组并联，电压采集模块(4)与控制系统模块(3)连接。
5.根据权利要求4所述的一种非能耗型电池充电均衡装置，其特征在于:电源或负载(7)与单体电池(I)相连，电源或负载(7)与单体电池(I)之间设置有继电器(6)。
6.根据权利要求5所述的一种非能耗型电池充电均衡装置，其特征在于:所述继电器(6 )与控制系统模块(3 )·信号连接。
专利摘要本实用新型属于电池领域，具体的讲是一种非能耗型电池充电均衡装置，包括多个单体电池串联或并联构成的电池组，其特征在于还包括均衡电池、开关矩阵控制模块和控制系统模块、电压采集模块、电流采集模块和继电器，所述均衡电池与每个单体电池并联，且在所形成的回路上设置有继电器，开关矩阵控制模块与继电器信号连接，所述控制系统模块与开关矩阵控制模块信号相连。本实用新型的优点在于相对传统的电容均衡，双向DC/DC等均衡方法，均需要在测量电池电压之后再进行均衡操作。本方法操作简单，无需对电压进行精确测量，减小了系统反应时间，降低了系统成本。
文档编号H02J7/00GK203135473SQ201220709019
公开日2013年8月14日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者王珂, 李玉龙, 王睿, 李明科 申请人:中国东方电气集团有限公司