專利名稱：一種電池均衡充電方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及充電技術領域，尤其涉及的是一種電池均衡充電方法及裝置。
背景技術：
在工程應用中，鋰離子電池單體或由單電池并聯(lián)組成的電池模塊必然要串聯(lián)成電 池組，故必須考慮充電過程中各電池單體或電池模塊的失衡現(xiàn)象。 由于鋰電池的性能參數(shù)的不一致性會導致使用過程中其性能參數(shù)差別擴大，而現(xiàn) 有技術的鋰離子電池組充電方式不能解決鋰離子電池長期充電過程中的電化學特性偏差 現(xiàn)象，使鋰離子電池組內的電池單體充電不均衡不能使鋰電池組達到最佳的充電和使用狀 態(tài)。且隨著時間的推移，這種失衡現(xiàn)象會愈加嚴重，嚴重影響電池壽命和可靠性。
因此，現(xiàn)有技術還有待于改進和發(fā)展。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述缺陷，提供一種簡單、高效、
高可靠性的電池均衡充電方法及裝置。 本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案如下 —種電池均衡充電裝置，其中，包括串聯(lián)有多個電池單體的電池模塊，所述電池 模塊的每一電池單體并聯(lián)有一分流單元，以及分別與所述電池單體和分流單元連接的控制 模塊； 所述控制模塊用于監(jiān)測每個電池單體的電壓信號，并將監(jiān)測的電池單體電壓信號 與一比較電壓值進行比較，當超過所述比較電壓值時，發(fā)出一開關控制信號控制與該電池 單體并聯(lián)的分流單元進行分流，減小該電池單體的充電電流，使每個電池單體充電達到平衡。 所述的電池均衡充電裝置，其中，所述分流單元包括與控制模塊連接的電子開關， 以及與所述電子開關連接的分流電阻；所述電子開關用于根據(jù)所述開關控制信號接通所述 分流電阻與電池單體的并聯(lián)回路。 所述的電池均衡充電裝置，其中，所述控制模塊包括 分別與多個電池單體連接的監(jiān)測單元，用于監(jiān)測每個電池單體的電壓信號，并將 所述電壓信號發(fā)送至第一比較單元； 與所述監(jiān)測單元連接的第一比較單元，用于將所述監(jiān)測的電池單體電壓信號與其 它電池單體的電壓進行比較，當所述電壓信號超過其它電池單體電壓一預定值時，控制與 該電池單體并聯(lián)的分流單元進行分流。 所述的電池均衡充電裝置，其中，所述控制模塊包括 與電池單體并聯(lián)的第一電壓采集單元，用于采集與其并聯(lián)的電池單體的電壓信 號，并將該電池單體電壓信號發(fā)送至第二比較單元； 與所述電池模塊連接的采樣電路，用于采集所述電池模塊的平均電池單體電壓信號，并將該平均電池單體電壓信號發(fā)送至第二比較單元； 輸入端分別與第一電壓采集單元和采樣電路連接，輸出端與所述分流單元連接的 第二比較單元，用于將采集的電池單體電壓信號與采集的平均電池單體電壓信號進行比 較，當采集的電池單體電壓信號超過平均電池單體電壓信號，則控制與該電池單體并聯(lián)的 分流單元進行分流。 所述的電池均衡充電裝置，其中，所述采樣電路包括相互串聯(lián)的第一電阻和第二
電阻，所述第一電阻和第二電阻與所述電池模塊并聯(lián)，所述第二比較單元的其中一輸入端
連接所述第一電阻和第二電阻的連接點，且當所述串聯(lián)的電池單體總個數(shù)為N時，所述第
一電阻與第二電阻的阻值比為N-1 : 1。
—種電池均衡充電方法，其中，包括以下步驟 A、控制模塊監(jiān)測每個電池單體的電壓信號； B、將監(jiān)測的電池單體電壓信號與一比較電壓值進行比較； C、當監(jiān)測的電池單體電壓信號超過所述比較電壓值時，發(fā)出一開關控制信號控制 與該電池單體并聯(lián)的分流單元進行分流，減小該電池單體的充電電流。 所述的池均衡充電方法，其中，所述步驟B進一步包括B1、將所述監(jiān)測的電池單 體電壓信號與其它電池單體的電壓進行比較。 所述的池均衡充電方法，其中，所述步驟C進一步包括C1、當所述電壓信號超過
其它電池單體電壓一預定值時，控制與該電池單體并聯(lián)的分流單元進行分流。
所述的池均衡充電方法，其中，所述步驟A還包括A1、采集電池模塊的平均電池
單體電壓信號； 所述步驟B還包括B2、將監(jiān)測的電池單體電壓信號與采集的平均電池單體電壓 信號進行比較。
所述的池均衡充電方法，其中，所述步驟C還包括C2、當采集的電池單體電壓信
號超過平均電池單體電壓信號，則控制與該電池單體并聯(lián)的分流單元進行分流。 本發(fā)明所提供的電池均衡充電方法及裝置，由于采用了分流單元能自動實現(xiàn)單體
電池間的電壓平衡，從而能逐步減小電池組的不一致性，能夠保證電池組中所有電池單體
在充電循環(huán)幾次之后達到一致，有效地保證各單節(jié)鋰電池使用中的安全和延長使用壽命；
且其控制簡單、成本低，效率較高、熱耗小，可取代價格高昂的專用平衡芯片，可廣泛應用于
鋰電池供電的民用產品中。
圖1是本發(fā)明實施例提供的電池均衡充電裝置功能模塊圖；
圖2是本發(fā)明實施1所提供的電池均衡充電裝置電路結構示意圖；
圖3是本發(fā)明實施2所提供的電池均衡充電裝置電路結構示意圖；
圖4是本發(fā)明所述的方法第一較佳實施例流程圖；
圖5是本發(fā)明所述的方法第二較佳實施例流程圖。
具體實施例方式
在采用鎘鎳、氫鎳電池的電源系統(tǒng)中，基本上都采用恒流充電方式，當達到拐點時停止充電，完成一個充電過程。鋰離子電池不適合采用這些充電控制方式，因為這些充電 方式不能保證鋰離子電池的充電電壓始終限定在規(guī)定的范圍內，即使充電電壓壓有保證， 往往是到達充電限定電壓后立即停止充電，而鋰離子電池在到達充電限壓后仍然需要補充 30%左右的電量。所以，鋰離子電池采用恒流-恒壓充電控制是最適合的充電控制方式。在 此方式下，充電器首先對鋰離子電池進行恒定電流充電，這時電池電壓逐漸抬高，當電池電 壓達到設定值時進行恒定電壓充電，這時充電電流近似指數(shù)規(guī)律減小，所以這種充電方式 也稱為TAPER型充電控制。 本發(fā)明提供的電池均衡充電方法及裝置主要用于對鋰離子電池充電，可以解決鋰 離子電池長期充電過程中的電化學特性偏差現(xiàn)象。 本發(fā)明的基本思路是使鋰離子電池單體電壓偏差保持在預期的范圍內，從而保證 每個單電池的均衡。若不進行均衡充電控制，隨著充放電循環(huán)的增加，各單電池電壓逐漸分 化。 一般情況下，充電時鋰離子電池單體電壓的偏差在50mV之內是完全可以接受的。
而造成偏差的主要原因一方面是單電池充電效率、自放電率存在差異。另一方面， 單電池中的測量電路電流消耗的影響也必須認真考慮，有時測量電路消耗的電流已經達到 電池自放電電流的量級。 為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對 本發(fā)明進一步詳細說明。 本發(fā)明實施例提供的電池均衡充電裝置，其主要用于充電過程中，只在充電段工 作，其他時間開關始終斷開，這樣需要電池組放電時，分流電阻不消耗寶貴的能量。如圖1 所示，包括串聯(lián)有多個電池單體110的電池模塊IOO，在所述電池模塊100的每一電池單 體110都并聯(lián)有一分流單元210，其還包括分別與所述電池單體110和分流單元210連接的 控制模塊300。 當對所述電池模塊100進行充電時，所述控制模塊可監(jiān)測每個電池單體110的電 壓信號，并將監(jiān)測的電池單體110電壓信號與一比較電壓值進行比較(該比較電壓值可以 為其他電池單體的電壓或該電池模塊中每一電池單體的平均電壓)，當超過所述比較電壓 值時，發(fā)出一開關控制信號控制與該電池單體并聯(lián)的分流單元進行分流，減小該電池單體 的充電電流，這樣，可以保證整個電池組充電回路的穩(wěn)定和連續(xù)性，使每個電池單體充電達 到平衡。 以下將通過兩個應用實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。 本發(fā)明實施1所提供的電池均衡充電裝置，如圖2所示，包括由多個電池單體110
串聯(lián)而成的電池模塊100，該電池單體可以為鋰離子電池。每一電池單體110并聯(lián)有一分流
單元210 ;該實施例的每一分流單元210包括一三極管211的電子開關，該三極管的發(fā)射極
和集電極分別連接在電池單體110的正負極兩端，其基極與控制模塊300連接。 本實施例的控制模塊采用一單片機，如圖2所示，該控制模塊300包括分別與多個
電池單體連接的監(jiān)測單元310，用于監(jiān)測每個電池單體的電壓信號，并將所述電壓信號發(fā)送
至第一比較單元320 ; 與所述監(jiān)測單元310連接的第一比較單元320，用于將所述監(jiān)測的電池單體電 壓信號與其它電池單體的電壓進行比較，當所述電壓信號超過其它電池單體電壓一預定 值時，一般將預定值設置為50mV，既當監(jiān)測的電池單體電壓信號超過其它電池單體的電壓50mV時控制與該電池單體并聯(lián)的分流單元進行分流。 如圖2所示，本發(fā)明實施例1中的到每個鋰離子電池單體上都并聯(lián)一個分流電阻 RO，從電路中可以看出，電阻上的分流電流必須遠大于電池的自放電電流，才能達到均衡充 電的效果。 一般鋰離子電池的自放電電流為C/20000左右，一般來說分流電阻上的電流取 C/200是比較合適的。 本發(fā)明實施1所提供的電池均衡充電裝置，其工作原理如圖2所示，單片機控制模 塊300在電池充電過程中不停的檢測各個電池單體110的電壓。當發(fā)現(xiàn)某個電池單體的電 壓超過其它電池單體的電壓50mV時，單片機控制模塊300會打開相應的分流模塊；此時，充 電電流有一小部分會經過分流模塊，這樣經過該電池單體的電流會減少，該電池電壓上升 比其它電池緩慢，經過一段時間的充電之后，電池模塊100的各個電池單體最終會達到平 衡。從而能逐步減小電池組的不一致性，能夠保證電池組中所有電池單體在充電循環(huán)幾次 之后達到一致，有效地保證各單節(jié)鋰電池使用中的安全和延長使用壽命。
本發(fā)明實施例2所提供的電池均衡充電裝置，如圖3所示，其也包括由多個電池單 體110串聯(lián)而成的電池模塊IOO，該電池單體可以為鋰離子電池。每一電池單體110并聯(lián) 有一分流單元210 ;該實施例的每一分流單元210也包括一三極管211的電子開關，該三極 管211的發(fā)射極和集電極分別連接在電池單體110的正負極兩端，其基極與控制模塊連接。 圖3所示的電池均衡充電裝置只給出了一只單電池的均衡電路，其他各個電池單體也配備 相同的均衡電路。 其中，實施例2的控制模塊包括第一電壓采集單元330、采樣電路340和第二比 較單元350。 所述第一電壓采集單元330與電池單體110并聯(lián)，用于采集與其并聯(lián)的電池單體 110的電壓信號，并將該電池單體110電壓信號發(fā)送至第二比較單元350 ;
所述采樣電路340與所述電池模塊100連接，用于采集所述電池模塊的平均電池 單體電壓信號，并將該平均電池單體電壓信號發(fā)送至第二比較單元；如圖3所示，所述采樣 電路340包括相互串聯(lián)的第一電阻Rl和第二電阻R2，所述第一電阻Rl和第二電阻R2與所 述電池模塊210并聯(lián)，所述第二比較單元350的其中一輸入端(如圖3所示的350正極輸 入端)連接所述第一電阻Rl和第二電阻R2的連接點。 該實施例通過采樣電路采集所述電池模塊的平均電池單體電壓信號，是通過將第 一電阻R1和R2的電阻值與所述電池模塊100的電池節(jié)數(shù)進行配置；當所述串聯(lián)的電池 單體總個數(shù)為N時(其中，N為大于1的整數(shù))，則所述第一電阻與第二電阻的阻值比為 N-l : 1。即第一電阻R1與第二電阻R2的阻值比為(串聯(lián)的電池單體總個數(shù)-1) : 1。 比如當電池模塊100是由4節(jié)電池單體串聯(lián)而成，則第一電阻R1與第二電阻R2的阻值比 為(4-l) : 1。比如可以用300K阻值的第一電阻R1，及100K阻值的第二電阻R2，則在R2 和Rl的連接點采樣的電壓為該4節(jié)電池單體串聯(lián)而成的電池模塊平均電池單體電壓。
所述第二比較單元350的輸入端分別與第一電壓采集單元330和采樣電路340連 接，輸出端與所述分流單元210連接，用于將采集的電池單體電壓信號與采集的平均電池 單體電壓信號進行比較，當采集的電池單體電壓信號超過平均電池單體電壓信號，則控制 與該電池單體并聯(lián)的分流單元進行分流。 本發(fā)明實施例2所提供的電池均衡充電裝置，其工作原理如圖3所示，第一電阻R1
7和第二電阻R2組成的分壓線路取得平均電池單體電壓，第一電壓采集單元330組成的差分 線路將與其并聯(lián)的電池單體電壓差分出來，差分出來的電池單體電壓與平均電池單體電壓
相比較，控制分流單元210的功率開關(即三極管211的電子開關)將電池電壓高于平均 電壓的單電池分流。因此，所有單電池電壓在電池均衡充電裝置的作用下趨向平均電池電 壓。 進一步的實施例，為了防止均衡電路在電池組放電時工作，可以在實施例2的功 率開關(即三極管211的電子開關)下端串聯(lián)穩(wěn)壓二極管，這樣在電池放電時，電池電壓較 低而失去分流作用。 基于上述實施例所提供的電池均衡充電裝置，本發(fā)明實施例還提供了一種電池均
衡充電方法，其主要包括以下步驟 Sl、控制模塊監(jiān)測每個電池單體的電壓信號； S2、將監(jiān)測的電池單體電壓信號與一比較電壓值進行比較； S3、當監(jiān)測的電池單體電壓信號超過所述比較電壓值時，發(fā)出一開關控制信號控
制與該電池單體并聯(lián)的分流單元進行分流，減小該電池單體的充電電流。 其中，所述的方法第一個較佳實施例如圖2和圖4所示，包括以下步驟 步驟901 :控制模塊300監(jiān)測每個電池單體的電壓信號； 步驟902 :將所述監(jiān)測的電池單體電壓信號與其它電池單體的電壓進行比較；
步驟903 :當所述電壓信號超過其它電池單體電壓一預定值時(比如50mV時)，控 制與該電池單體并聯(lián)的分流單元進行分流。 所述的方法第二個較佳實施例如圖3和圖5所示，包括以下步驟
步驟801、控制模塊300監(jiān)測每個電池單體的電壓信號；
步驟802、采集電池模塊的平均電池單體電壓信號； 步驟803、將監(jiān)測的電池單體電壓信號與采集的平均電池單體電壓信號進行比 較； 步驟804、當采集的電池單體電壓信號超過平均電池單體電壓信號，則控制與該電 池單體并聯(lián)的分流單元進行分流。 本發(fā)明所提供的電池均衡充電方法及裝置，由于采用了分流單元能自動實現(xiàn)單體 電池間的電壓平衡，從而能逐步減小電池組的不一致性，能夠保證電池組中所有電池單體 在充電循環(huán)幾次之后達到一致，有效地保證各單節(jié)鋰電池使用中的安全和延長使用壽命； 且其控制簡單、成本低，效率較高、熱耗小，可取代價格高昂的專用平衡芯片，可廣泛應用于 鋰電池供電的民用產品中。 應當理解的是，本發(fā)明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可 以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保 護范圍。
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權利要求
一種電池均衡充電裝置，其特征在于，包括串聯(lián)有多個電池單體的電池模塊，所述電池模塊的每一電池單體并聯(lián)有一分流單元，以及分別與所述電池單體和分流單元連接的控制模塊；所述控制模塊用于監(jiān)測每個電池單體的電壓信號，并將監(jiān)測的電池單體電壓信號與一比較電壓值進行比較，當超過所述比較電壓值時，發(fā)出一開關控制信號控制與該電池單體并聯(lián)的分流單元進行分流，減小該電池單體的充電電流，使每個電池單體充電達到平衡。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電池均衡充電裝置，其特征在于，所述分流單元包括與控制 模塊連接的電子開關，以及與所述電子開關連接的分流電阻；所述電子開關用于根據(jù)所述 開關控制信號接通所述分流電阻與電池單體的并聯(lián)回路。
3. 根據(jù)權利要求1所述的電池均衡充電裝置，其特征在于，所述控制模塊包括 分別與多個電池單體連接的監(jiān)測單元，用于監(jiān)測每個電池單體的電壓信號，并將所述電壓信號發(fā)送至第一比較單元；與所述監(jiān)測單元連接的第一比較單元，用于將所述監(jiān)測的電池單體電壓信號與其它電 池單體的電壓進行比較，當所述電壓信號超過其它電池單體電壓一預定值時，控制與該電 池單體并聯(lián)的分流單元進行分流。
4. 根據(jù)權利要求1所述的電池均衡充電裝置，其特征在于，所述控制模塊包括 與電池單體并聯(lián)的第一電壓采集單元，用于采集與其并聯(lián)的電池單體的電壓信號，并將該電池單體電壓信號發(fā)送至第二比較單元；與所述電池模塊連接的采樣電路，用于采集所述電池模塊的平均電池單體電壓信號， 并將該平均電池單體電壓信號發(fā)送至第二比較單元；輸入端分別與第一電壓采集單元和采樣電路連接，輸出端與所述分流單元連接的第二 比較單元，用于將采集的電池單體電壓信號與采集的平均電池單體電壓信號進行比較，當 采集的電池單體電壓信號超過平均電池單體電壓信號，則控制與該電池單體并聯(lián)的分流單 元進行分流。
5. 根據(jù)權利要求4所述的電池均衡充電裝置，其特征在于，所述采樣電路包括相互串 聯(lián)的第一電阻和第二電阻，所述第一電阻和第二電阻與所述電池模塊并聯(lián)，所述第二比較 單元的其中一輸入端連接所述第一電阻和第二電阻的連接點，且當所述串聯(lián)的電池單體總 個數(shù)為N時，所述第一電阻與第二電阻的阻值比為N-1 : 1。
6. —種電池均衡充電方法，其特征在于，包括以下步驟 A、控制模塊監(jiān)測每個電池單體的電壓信號；B 、將監(jiān)測的電池單體電壓信號與一 比較電壓值進行比較；C、當監(jiān)測的電池單體電壓信號超過所述比較電壓值時，發(fā)出一開關控制信號控制與該 電池單體并聯(lián)的分流單元進行分流，減小該電池單體的充電電流。
7. 如權利要求6所述的池均衡充電方法，其特征在于，所述步驟B進一步包括B1、將 所述監(jiān)測的電池單體電壓信號與其它電池單體的電壓進行比較。
8. 如權利要求7所述的池均衡充電方法，其特征在于，所述步驟C進一步包括C1、當 所述電壓信號超過其它電池單體電壓一預定值時，控制與該電池單體并聯(lián)的分流單元進行 分流。
9. 如權利要求6所述的池均衡充電方法，其特征在于，所述步驟A還包括A1、采集電池模塊的平均電池單體電壓信號；所述步驟B還包括B2、將監(jiān)測的電池單體電壓信號與采集的平均電池單體電壓信號進行比較。
10.如權利要求9所述的池均衡充電方法，其特征在于，所述步驟C還包括C2、當采集 的電池單體電壓信號超過平均電池單體電壓信號，則控制與該電池單體并聯(lián)的分流單元進 行分流。
全文摘要
本發(fā)明涉及充電技術領域，公開了一種電池均衡充電方法及裝置，所述裝置包括控制模塊，所述控制模塊監(jiān)測每個電池單體的電壓信號，當監(jiān)測電池單體的電壓信號超過所述比較電壓值時，控制與該電池單體并聯(lián)的分流單元進行分流，減小該電池單體的充電電流。本發(fā)明所提供的電池均衡充電方法及裝置，由于采用了分流單元能自動實現(xiàn)單體電池間的電壓平衡，從而能逐步減小電池組的不一致性，能夠保證電池組中所有電池單體在充電循環(huán)幾次之后達到一致，有效地保證各單節(jié)鋰電池使用中的安全和延長使用壽命；且其控制簡單、成本低，效率較高、熱耗小，可取代價格高昂的專用平衡芯片，可廣泛應用于鋰電池供電的民用產品中。
文檔編號H01M10/44GK101752624SQ20101000476
公開日2010年6月23日 申請日期2010年1月13日 優(yōu)先權日2010年1月13日
發(fā)明者劉建飛, 孔徐生, 張立品, 李戰(zhàn)功, 汪兆華, 竇曉月, 謝春華, 鞠萬金 申請人:深圳市京泉華電子有限公司