具有反饋均衡功能的多路輸出充電電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種由多個(gè)可充電電池單體串聯(lián)而形成的電池組的充電電路，具體的 說(shuō)是一種具有反饋均衡功能的多路輸出充電電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 可充電電池過(guò)充、過(guò)放有可能對(duì)電池造成損傷，影響電池的性能，甚至使電池報(bào) 廢?？沙潆婋姵貑误w的電壓通常較低，常常需要將多塊電池單體串聯(lián)起來(lái)，組成串聯(lián)電池 組，以獲得較高的電壓。在使用電池單體組成串聯(lián)電池組時(shí)，由于各電池單體的性能會(huì)有一 定差異，特別是容量方面的差異，所以在對(duì)電池組進(jìn)行整體串聯(lián)充電時(shí)，為了不造成任意一 塊電池單體的過(guò)充，就需要在最小容量的電池被充到額定容量時(shí)停止整個(gè)電池組的充電。 在電池組放電時(shí)，為了不造成任意一塊電池單體的過(guò)放，就需要在放電最快的電池單體達(dá) 到正常放電下限時(shí)停止整個(gè)電池組的放電。這樣就常常造成整個(gè)電池組的有效容量達(dá)不到 其額定容量，即電池組內(nèi)各電池單體的額定容量之和，有時(shí)差距很大。
[0003] 為了使電池組的有效容量達(dá)到或接近額定容量，很多電池組管理電路中采用均衡 器進(jìn)行電能轉(zhuǎn)移和均衡，但均衡過(guò)程需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，影響了充電速度，而充電速度是電 池組的一項(xiàng)重要指標(biāo)。同時(shí)，大多數(shù)均衡器也不能在充電或放電的同時(shí)進(jìn)行均衡。
[0004] 因此如何實(shí)現(xiàn)電池組有效容量與額定容量一致，又能實(shí)現(xiàn)快速充電、在充電放電 的同時(shí)能夠動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)電池容量均衡等方面，在技術(shù)上仍有很大的有待提高的空間。在超級(jí) 電容器組的充放電管理方面，也存在著類(lèi)似的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組內(nèi)每個(gè)電池單體的差異化充電，還 可以對(duì)電池組實(shí)現(xiàn)快速、高效的充電；既可方便地實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)各電池單體的電量均衡，也 可以方便地實(shí)現(xiàn)電池組之間的電量均衡的一種具有反饋均衡功能的多路輸出充電電路。
[0006] 本發(fā)明所述的具有反饋均衡功能的多路輸出充電電路包含三個(gè)子電路：串行充電 子電路、并行充電子電路、電能反饋?zhàn)与娐?。其中串行充電子電路可以?duì)電池組進(jìn)行整體充 電，并行充電子電路可對(duì)電池組中的每一個(gè)電池單體進(jìn)行獨(dú)立充電，電能反饋?zhàn)与娐房梢?將電池組的輸出電能反饋到并行充電子電路，從而實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)各電池單體之間能量的重 新分布。這三個(gè)子電路內(nèi)部都有開(kāi)關(guān)元件，可實(shí)現(xiàn)各子電路的運(yùn)行和停運(yùn)。
[0007] 本發(fā)明所述的具有反饋均衡功能的多路輸出充電電路中的串行充電子電路，包含 一個(gè)AC/DC變換器和一個(gè)DC/DC變換器，其中的AC/DC變換器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，DC/ DC變換器再調(diào)節(jié)直流電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)串行可充電電池組或超級(jí)電容器組的整體充電。
[0008] 本發(fā)明所述的具有反饋均衡功能的多路輸出充電電路中的并行充電子電路包含 一個(gè)AC/DC變換器和一個(gè)隔離式多路輸出DC/DC變換器，其中的AC/DC變換器將交流電轉(zhuǎn) 換為直流電，隔離式多路輸出DC/DC變換器再將此直流電轉(zhuǎn)換為多路直流輸出電壓。隔離 式多路輸出DC/DC變換器的輸入、輸出之間通過(guò)變壓器隔離，各路輸出占用變壓器不同的 繞組，繞組之間相互絕緣。隔離式多路輸出DC/DC變換器的每一路輸出接一個(gè)電池單體充 電管理電路，每個(gè)電池單體充電管理電路接一個(gè)電池單體。這樣并行充電子電路就具備了 對(duì)任一塊電池單體進(jìn)行獨(dú)立充電的能力。
[0009] 當(dāng)接通交流電源對(duì)電池組充電時(shí)，電路以串行充電子電路為主充電單元，以并行 充電子電路為輔助充電單元進(jìn)行充電，電能反饋?zhàn)与娐吠＿\(yùn)。對(duì)于n個(gè)電池單體串聯(lián)組成 的電池組，串行充電子電路按照電池組里電能容量最小的那個(gè)電池單體接受電功率的n倍 能力，對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行串行充電；并行充電子電路的每一路輸出所包含的電池單體充電 電路，則根據(jù)其所連接的那個(gè)電池單體與電池組內(nèi)電能容量最小的那個(gè)電池單體的容量差 (正值），按照這個(gè)差值得出相應(yīng)的電功率，對(duì)其所連接的那個(gè)電池單體充電。這樣串行充 電子電路和并行充電子電路可同時(shí)工作，使得每一塊電池都可以按照其自身的能力來(lái)接受 電功率。正常情況下，在制造一個(gè)電池組時(shí)，廠(chǎng)商總是盡量選擇性能一致的電池單體來(lái)成 組，所以串行充電子電路承擔(dān)了主要的電能輸送任務(wù)，并行充電子電路承擔(dān)了次要的電能 輸送任務(wù)，在實(shí)現(xiàn)電路時(shí)有利于并行充電子電路的小型化和降低損耗。這種充電方式，對(duì)每 一個(gè)電池單體來(lái)說(shuō)是差異化充電，不會(huì)因某一個(gè)電池單體的容量低而造成其他電池單體不 能足額充電，從而使整個(gè)電池組的有效容量等于其額定容量。又因串行充電子電路和并行 充電子電路可以同時(shí)工作，使得電池組能夠以其最大能力接受電功率，不會(huì)造成額外的充 電時(shí)間浪費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)了快速充電。
[0010] 在斷開(kāi)交流電源，電池組帶載放電或長(zhǎng)期空置放電一段時(shí)間后，電池單體之間可 能又會(huì)產(chǎn)生差異，引起這種差異的原因可能是局部溫度差異、焊點(diǎn)故障、電池單體外傷、電 路阻抗不均等等。當(dāng)這種差異積累到一定程度時(shí)，電能反饋?zhàn)与娐吠度脒\(yùn)行。電能反饋?zhàn)?電路是一個(gè)隔離式DC/DC變換器，它的輸入是電池組的輸出，它的輸出是并行充電子電路 中隔離式多路輸出DC/DC變換器的輸入。電能反饋?zhàn)与娐窂恼w電池組取出電能，把能量 傳遞給隔離式多路輸出DC/DC變換器，隔離式多路輸出DC/DC變換器又差異化地把電能分 配給各電池單體，對(duì)儲(chǔ)能少的電池單體補(bǔ)充較多的能量，對(duì)儲(chǔ)能多的電池單體補(bǔ)充較少的 能量或不補(bǔ)充能量，從而總體上實(shí)現(xiàn)了把儲(chǔ)能多的電池單體的電能向儲(chǔ)能少的電池單體傳 遞，達(dá)到均衡的目的。這個(gè)能量均衡過(guò)程，可以在電池組放電的同時(shí)進(jìn)行。這個(gè)能量均衡過(guò) 程，既適用于電池組內(nèi)的均衡，也適用于并聯(lián)在一起的各電池組之間的均衡。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：（1)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)電池單體的差異化充電，使電池組內(nèi)的 每個(gè)電池單體都可以充滿(mǎn)到額定容量；（2)可以對(duì)電池組實(shí)現(xiàn)快速、高效的充電；（3)既可 以方便地實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)各電池單體的電量均衡，也可以方便地實(shí)現(xiàn)電池組之間的電量均 衡。本發(fā)明所述的具有反饋均衡功能的多路輸出充電電路適用于針對(duì)由多個(gè)電池單體串聯(lián) 而形成的電池組的充電，以及由多個(gè)超級(jí)電容器單體串聯(lián)而形成的超級(jí)電容器組的充電。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明所述的具有反饋均衡功能的多路輸出充電電路示意圖；
[0013] 圖2為圖1電路中隔離式多路輸出DC/DC變換器的第一種實(shí)現(xiàn)方式示意圖；
[0014] 圖3為圖1電路中隔離式多路輸出DC/DC變換器的第二種實(shí)現(xiàn)方式示意圖；
[0015] 圖4為圖1電路中隔離式多路輸出DC/DC變換器的第三種實(shí)現(xiàn)方式示意圖；
[0016] 圖5為圖1電路中隔離式多路輸出DC/DC變換器的第四種實(shí)現(xiàn)方式示意圖。 具體實(shí)施例
[0017] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明：
[0018] 參見(jiàn)圖1，本發(fā)明所述的具有反饋均衡功能的多路輸出充電電路的結(jié)構(gòu)如圖1所 示，電池單體901、電池單體902、電池單體903、......、電池單體90n，共n(n> 3)個(gè)電池單 體通過(guò)串聯(lián)組成電池組，電池組的正極即是電池單體901的正極，電池組的負(fù)極即是電池 單體90n的負(fù)極。
[0019] 具有反饋均衡功能的多路輸出充電電路包含串行充電子電路、并行充電子電路和 電能反饋?zhàn)与娐贰?br>[0020] 串行充電子電路由AC/DC變換器100、開(kāi)關(guān)元件700、DC/DC變換器300組成，交 流電從AC/DC變換器100的輸入端Bl~和B2~接入，經(jīng)過(guò)整流、濾波后，從AC/DC變換器 100的輸出端B3+和B3-輸出一組直流高壓Vccl，Vccl的正極接B3+，Vccl的負(fù)極接B3-。 B3-與DC/DC變換器300的輸入端負(fù)極Cl-相連，B3+與DC/DC變換器300的輸入端正極 Cl+經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)元件700相連。這樣，當(dāng)需要進(jìn)行串行充電時(shí)，開(kāi)關(guān)元件700閉合，DC/DC變換 器300的輸入電壓就是Vcc1，其輸出電壓Vcc2從DC/DC變換器300的輸出端C2+和C2-送 出，其中C2+是正極，C2-是負(fù)極。C2+與電池組正極相連，C2-與電池組負(fù)極相連，Vcc2的 電壓值可根據(jù)充電的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。由Vcc2形成的電流從C2+端流到電池單體901的正 極，再逐個(gè)經(jīng)過(guò)電池單體902、電池單體903,直到電池單體90n，從電池單體90n的負(fù)極流回 C2-，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池組內(nèi)各電池單體的串行充電。
[0021] 并行充電子電路由AC/DC變換器200、開(kāi)關(guān)元件600、隔離式多路輸出DC/DC變換 器500組成，交流電從AC/DC變換器200的輸入端Al~和A2~接入，經(jīng)過(guò)整流、濾波后，從 AC/DC變換器200的輸出端A3+和A3-輸出一組直流高壓Vcc3,Vcc3的正極接A3+，Vcc3 的負(fù)極接A3-。A3-與隔離式多路輸出DC/DC變換器500的輸入端負(fù)極El-相連，A3+與隔 離式多路輸出DC/DC變換器500的輸入端正極El+經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)元件600相連。這樣，當(dāng)需要 進(jìn)行并行充電時(shí)，開(kāi)關(guān)元件600閉合，隔離式多路輸出DC/DC變換器500的輸入電壓就是 Vcc3。在隔離式多路輸出DC/DC變換器500內(nèi)部，通過(guò)變壓器和PWM(脈沖寬度調(diào)制）電路， 將Vcc3轉(zhuǎn)換為n組相互隔離的直流輸出V〇l、V〇2、……、Von，每組直流輸出接一個(gè)電池單 體充電電路，然后分別接到電池單體901、電池單體902、......、電池單體90n，每個(gè)電池單體 充電電路可獨(dú)立調(diào)節(jié)。這樣，當(dāng)需要進(jìn)行并行充電時(shí)，開(kāi)關(guān)元件600閉合，隔離式多路輸出DC/DC變換器500的輸入電壓就是Vcc3,其輸出的是n組可獨(dú)立調(diào)節(jié)的直流電壓，且各組直 流電壓相互