专利名称：一种具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置。
背景技术：
在工程应用中，锂电池由于具有安全性能好、容量大等优点，通常将多个锂电池串联或并联成电池组用于充电或提供电源。但是由于锂电池的性能参数的不一致性会导致使用过程中其性能参数差别扩大，在出厂前对电池组集中充电时，各电池单体的接受能力、自放电率、容量衰减速率等差异使各电池单体或电池组出现失衡现象，即充电电流相同但每个电池单体的充电能量不一致，储存的电荷量差距呈发散趋势将越来越大，随着时间的推移逐渐加剧，严重影响了电池的寿命和可靠性。因此，如何使多个电池单体在集中充电时能使充电电能均衡转移到每个电池单体，为现有锂电池充电亟需解决的技术问题。
实用新型内容鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，能逐步减小电池单体之间电能不一致性，达到使每个电池单体充电平衡的目的。为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案:一种具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，用于对串联有多个电池单体的电池组进行充电，其包括:用于检测每个电池单体`的电压值，将检测的电池单体的电压值与一比较电压值进行比较并根据比较的结果输出相应的使能信号至驱动电路的MCU ；用于将输入的使能信号转换成相应的驱动信号输出的驱动电路；多个用于根据输入的驱动信号控制电池单体充电或放电的升压电路；用于控制电池组的末节电池单体放电的末级控制电路；电池组和驱动电路分别连接MCU，每相邻两个电池单体连接一个升压电路，所述驱动电路连接升压电路和末级控制电路，所述末级控制电路连电池组。所述的具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，其中，每个升压电路的第二端连接每相邻两个电池单体中、前一节电池单体的负极，每个升压电路的第三端连接所述前一节电池单体的正极、以及后一节电池单体的负极；每个升压电路的第四端连接后一节电池单体的正极。所述的具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，其中，所述MCU包括多个用于检测电池单体的电压值的AD检测脚，每一个AD检测脚对应连接一节电池单体的正极。所述的具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，其中，所述驱动电路包括多个驱动输出脚，每个升压电路的第一端连接对应的一个驱动电路的驱动输出脚。[0015]所述的具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，其中，所述末级控制电路包括二极管、变压器和开关电路；所述变压器的初级线圈的同名端连接末节电池单体的正极，所述初级线圈的异名端连接所述开关电路的第三端，变压器的次级线圈的同名端接地，所述次级线圈的异名端连接二极管的正极，所述二极管的负极连接末节电池单体的负极，所述开关电路的第一端连接驱动电路。相较于现有技术，本实用新型提供的具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，在充电过程中，通过MCU检测每个电池单体的电压值，并与比较电压值进行比较，当某一电池单体的电压值大于比较电压值时启动均衡充放电，由驱动电路输出相应的驱动信号控制升压电路将该电池单体多余的电能转移到电能较低的下级电池单体中，如此充放电循环几次后能逐步实现电池单体间的电压平衡，使各电池单体的电压值收敛至稳定值，有效地解决了失衡现象引起的电池损坏、使用寿命缩短等问题；且所述电池均衡充电装置结构简单、易于控制，成本较低，可广泛适用于锂电池充电技术领域。
图1为本实用新型具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置较佳实施例的的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提供一种具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。目前的锂电池大多采用恒流、恒压的方式进行充电。该方式先对锂电池进行恒定电流充电，该阶段中锂电池的电压逐渐升高；当电压达到设定值时进行恒定电压充电，此时充电电流变小。本实用新型提供的具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，旨在解决充电时由于电池自身性能参数不同导致每个电池单体的电量不一致的问题。本实用新型的思路是，基于电容量的不一致可直接体现在电池单体的电压值的高低上，在对多个单体电池或由多个单体电池组成的电池组进行充电时，采用将电压值大于比较电压值的电池单体多余的电能转移到相邻的电池单体上来实现能量转移均衡充电。请参阅图1，所述电池均衡充电装置用于对电池组30充电，其包括MCU (微控制电路)10、驱动电路20、升压电路以及末级控制电路40。电池组30和驱动电路20分别连接MCU，驱动电路20连接升压电路和末级控制电路40，所述末级控制电路40连接MCU 10、电池组30以及升压电路。每相邻两个电池单体连接一个升压电路。MCU采用单片机进行控制。其中，电池组30内串联有多个电池单体。所述升压电路也为多个，且其个数比电池组中的电池单体的个数少一个。每个升压电路的第二端2连接每相邻两个电池单体中、前一节电池单体的负极，每个升压电路的第三端3连接所述前一节电池单体的正极、以及后一节电池单体的负极；每个升压电路的第四端4连接所述后一节电池单体的正极。所述MCU 10包括多个AD检测脚，每一个AD检测脚对应连接一节电池单体的正极，用于检测其所连接的电池单体的电压值。所述驱动电路包括多个驱动输出脚，每个升压电路的第一端I连接与其对应的一个驱动输出脚。通过上述方式连接后，在对电池组30充电时，MCU 10的多个AD检测脚检测与其连接的一节电池单体的电压值，将检测到的电池单体的电压值与一比较电压值进行比较并根据比较的结果输出相应的使能信号EN至驱动电路20中。比较电压值根据不同类型的电池单体规定的电量设定。当电池单体的电压值小于比较电压值，说明该电池单体还需要继续充电；当电池单体的电压值大于比较电压值，说明该电池单体当前的电量超出其规定的最大电量，需要将这多出的部分电量通过放电的形式转移到相邻的电压值相对较低的电池单体中，则相对于该较低的电池单体，这多出的部分电量对其进行充电。驱动电路20根据接收的使能信号EN使能后，输出相应的驱动信号，该驱动信号输入至升压电路的第一端1，控制相应的升压电路实现对电量过高的电池单体的充电或放电功能。也就是将电量较高的电池单体的多余电量从升压电路的第三端3输入，由升压电路对其升压后从其第四端4输出，从相邻的后一节电池单体的正极输入对其充电。MCU 10继续检测各个电池单体的电压值。若后一节电池单体的电压值超出比较电压值，则继续往后面转移电能。如此多次转移后直至最后一节电池单体、即末节电池单体中。若末节电池单体的电压值也大于比较电压值,则通过末级控制电路40对末节电池单体放电，使整个电池组30中的电池单体的电量均衡。末节电池单体需要转移多余电能的方法与其他的电池单体不同，需要末级控制电路40单独控制。所述末级控制电路40包括二极管D、变压器T和开关电路。所述变压器T的初级线圈的同名端连接末节电池单体的正极，所述初级线圈的异名端连接所述开关电路的第三端3，变压器T的次级线圈的同名端接地，所述次级线圈的异名端连接二极管D的正极，所述二极管的负极连接末节电池单体的负极，所述开关电路的第一端I连接驱动电路20来获取相应的驱动信号。所述开关电路可以为MOSFET (Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor,金属-氧化层-半导体_场效晶体管)管或者其他类型的开关管。由于开关电路的内部平时是不导通的，导致其第三端3处于悬空状态，当从其第一端I输入一有效信号时即可使该开关电路导通，此时在变压器T中才有电流流过,产生电磁感应。当MCU 10判断末节电池单体的电压值超出比较电压值时，控制驱动电路20输出相应的驱动信号至开关电路的第·一端I启动开关电路，则变压器T对末节电池单体进行分流，将多余的电能传输至倒数第二节电池单体的正极，对除末节电池单体外的剩余串联的电池单体充电，使各个电池单体的电压值最终达到平衡。这样能逐步减小电池组30的不一致性，保证电池组30中所有电池单体在充电循环几次之后达到一致，可以有效地保证各电池单体使用中的安全性、延长其使用寿命。由于电池组30内有多个电池单体，为了便于理解下面以电池组30内有m个电池单体为例，请再次参照图1所示的电池均衡充电装置较佳实施例的结构示意图来详细阐述本实用新型。电池组30内包括第一节电池单体BT1、第二节电池单体BT2、第三节电池单体BT3、……倒数第二节电池单体BTm-1、以及末节电池单体BTm。相应地，升压电路的个数比电池组30中的电池单体的总数少一个，则包括升压电路1、升压电路2、......升压电路m-1。升压电路I的第二端2连接第一节电池单体BTl的负极，升压电路2的第二端2连接第二节电池单体BTl的负极，以此类推直至升压电路m-Ι的第二端2连接倒数第二节电池单体BTm-1的负极。升压电路I的第三端3连接第二节电池单体BT2的正极。由于每个电池单体串联，相当于升压电路I的第三端3还连接了第一节电池单体BTl的负极。升压电路2的第三端3连接第二节电池单体BT2的正极、以及第三节电池单体BT3的负极。以此类推直至升压电路m-Ι的第三端3连接倒数第二节电池单体BTm-1的正极、以及末节电池单体BTm的负极。升压电路I的第四端4连接第二节电池单体BT2的正极，升压电路2的第四端4连接第三节电池单体BT3的正极，以此类推直至升压电路m-Ι的第四端4连接末节电池单体BTm的正极。驱动电路20的多个驱动输出脚分别连接一个升压电路的第一端1，即所述多个驱动输出脚分别输出对应的驱动信号PWM1、驱动信号PWM2、……、驱动信号PWMm-1以及驱动信号PWMm至升压电路I的第一端1、升压电路2的第一端1、……、升压电路m-Ι的第一端I以及开关电路的第一端I。MUC的AD检测脚ADl连接第一节电池单体BTl的正极，其AD检测脚AD2连接第二节电池单体BT2的正极，其AD检测脚AD3连接第三节电池单体BT3的正极，以此类推，其AD检测脚AD m-Ι连接倒数第二节电池单体BTm-1的正极，其AD检测脚ADm连接末节电池单体BTm的正极。变压器T的初级线圈的同名端连接末节电池单体BTm的正极，所述初级线圈的异名端连接开关电路的第三端3，变压器T的次级线圈的同名端接地，所述次级线圈的异名端连接二极管D的正极，所述二极管D的负极连接末节电池单体BTm的负极。在第一节电池单体BTl至末节电池单体BTm进行充电时，MCU 10在整个充电过程中实时检测第一节电池单体BTl至末节电池单体BTm的电压值，并将这些电压值与比较电压值进行比较。若这些电压值都小于比较电压值，则继续充电。当其中一个电压值大于比较电压值，将进行电能的均衡充放电转移。假设检测到第一节电池单体BTl的电压值大于比较电压值，则具体步骤如下:MCU 10输出使能信号EN至驱动电路20中，使能信号EN传输的控制命令为第一节电池单体BTl的电压值Ul过大，需启动升压电路I。则经过驱动电路20转换后输出的驱动信号PWMl有效、并传输至升压电路I的第一端I，启动该升压电路I，第一节电池单体BTl的正极输出高电压Ul7传输至升压电路I的第三端3，升压电路I的第四端4输出另一高电压Ul°至第二节电池单体BT2的正极，对第二节电池单体BT2进行充电。其中Ul°比Ul7高，这种方式就类似 于将第一节电池单体BTl中的多余的电能转移至与其相邻的第二节电池单体BT2中。对于第一节电池单体BTl来说相当于放电，而对于第二节电池单体BT2来说相当于充电。当Ul下降至等于比较电压值时，使驱动信号PWMl无效，则关闭升压电路I，完成一次能量转移。MCU 10继续检测所有电池单体的电压值。若判断第二节电池单体BT2的电压值小于比较电压值，则继续对第二节电池单体BT2充电。若判断大于比较电压值，则将多余的电能转移到第三节电池单体BT3中，步骤与上述的第一节电池单体BTl的转移过程同理。以此类推，若最后一级单体电池，即末节电池单体BTm的电压值Um大于比较电压值，则MCU 10输出使能信号EN至驱动电路20中，使能信号EN此时传输的控制命令为末节电池单体BTm的电压值Um过大，需启动升压电路m。则经过驱动电路20转换后使输出的驱动信号PWMm有效、并传输至开关电路的第一端1，启动该开关电路，末节电池单体BTm的高电压通过变压器T、二极管D到达倒数第二节电池单体BTm-1的正极。由于第一节电池单体BTl至末节电池单体BTm串联,此时相当于对倒数第二节电池单体BTm-1至第一节电池单体BTl串联组合成的电池子组进行充电，即等同于将末节电池单体BTm多余的部分电能转移至倒数第二节电池单体BTm-1至第一节电池单体BTl串联组合成的电池子组中；当末节电池单体BTm的电压值下降至等于比较电压值时，令PWMm无效，关闭开关电路。此时，完成对末节电池单体BTm的电能转移。采用上述将电压值超过比较电压值的单体电池的多余电压、通过升压电路分流转移到电压相对较低的相邻的单体电池上，经过几个均衡充放电周期后，即可实现单体电池间的电压平衡，单体电池的不一致性能够有效减小甚至消除，使各单体电池的电压随着充放电循环进行收敛至稳定值，确保单体电池不被过充电和过放电，确保在使用中的安全性，延长了电池的使用寿命；且其结构简单、自能智能控制，成本低，效率较高，可广泛适用于锂电池充电技术领域。。可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围 。
权利要求1.一种具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，用于对串联有多个电池单体的电池组进行充电，其特征在于，包括: 用于检测每个电池单体的电压值，将检测的电池单体的电压值与一比较电压值进行比较并根据比较的结果输出相应的使能信号至驱动电路的MCU ； 用于将输入的使能信号转换成相应的驱动信号输出的驱动电路； 多个用于根据输入的驱动信号控制电池单体充电或放电的升压电路； 用于控制电池组的末节电池单体放电的末级控制电路； 电池组和驱动电路分别连接MCU，每相邻两个电池单体连接一个升压电路，所述驱动电路连接升压电路和末级控制电路，所述末级控制电路连电池组。
2.根据权利要求1所述的具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，其特征在于，每个升压电路的第二端连接每相邻两个电池单体中、前一节电池单体的负极，每个升压电路的第三端连接所述前一节电池单体的正极、以及后一节电池单体的负极；每个升压电路的第四端连接后一节电池单体的正极。
3.根据权利要求1所述的具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，其特征在于，所述MCU包括多个用于检测电池单体的电压值的AD检测脚，每一个AD检测脚对应连接一节电池单体的正极。
4.根据权利要求2所述的具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，其特征在于，所述驱动电路包括多个驱动输出脚，每个升压电路的第一端连接对应的一个驱动电路的驱动输出脚。
5.根据权利要求4所述的具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，其特征在于，所述末级控制电路包括二极管、变压器和开关电路； 所述变压器的初级线圈的同名端连接末节电池单体的正极，所述初级线圈的异名端连接所述开关电路的第三端，变压器的次级线圈的同名端接地，所述次级线圈的异名端连接二极管的正极，所述二极管的负极连接末节电池单体的负极，所述开关电路的第一端连接驱动电路。
专利摘要本实用新型公开了一种具有均衡充放电功能的电池均衡充电装置，其包括MCU、驱动电路、升压模块和末级控制电路，电池组和驱动电路分别连接MCU，每相邻两个电池单体连接一个升压电路，驱动电路连接升压电路和末级控制电路，末级控制电路连接电池组。充电过程中，由MCU检测每个电池单体的电压值并与比较电压值比较，当一电池单体的电压值大于比较电压值时启动均衡充放电，由驱动电路输出相应的驱动信号控制升压电路将该电池单体多余的电能转移到电能较低的下级电池单体中，如此循环几次后逐步实现电池单体间的电压平衡，使各电池单体的电压值收敛至稳定值，延长了电池使用寿命；且其结构简单、成本较低，可广泛适用于锂电池充电技术领域。
文档编号H02J7/00GK203104024SQ201320048050
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者刘建飞, 谢春华, 张立品, 汪兆华, 李战功 申请人:深圳市京泉华科技股份有限公司