充電電池組的直接平衡充電裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種充電電池組的直接平衡充電裝置，包括A電芯模塊、B電芯模塊、電池組控制器和充電直流電源，A電芯模塊作為底層模塊，A電芯模塊上層疊有若干個B電芯模塊；所述A電芯模塊內(nèi)部包含一顆A電芯、一個連接于充電電池組充電正輸入端與A電芯正極之間的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)，A電芯正極引出一條A電芯電壓監(jiān)測信號線，A電芯電壓監(jiān)測信號線與電池組控制器的電芯電壓監(jiān)測端相連；A電芯負(fù)極與充電電池組負(fù)輸出端相連，本實用新型的蓄電池組或超級電容組可以接受較低的充電電壓，同時放電輸出電壓可通過模塊的串聯(lián)和并聯(lián)調(diào)整。在充電過程中無需對單個電芯或超級電容的電壓進(jìn)行二次電壓平衡操作，減少了充電時間。
【專利說明】
充電電池組的直接平衡充電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種充電系統(tǒng)，特別涉及一種充電電池組的直接平衡充電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電池電源裝置是將電源供應(yīng)給相關(guān)的電子裝置的電力源，而應(yīng)用于電源裝置的可以是具有多個電池的電池組(multicellbattery)。由于使用的是電池組，而非單一電池的關(guān)系，可應(yīng)用高電壓，或增加容量。然而，因電池本身具有充放電的特性，每個電池的電壓會隨著時間改變而變得不平衡。電池組中電池間的電壓差可能會產(chǎn)生電池間的不平衡，因而耗損電池組的容量。關(guān)于此，已有許多電池平衡系統(tǒng)及方法以平衡每個電池，避免所有電池過度充電，且平衡充電。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中有一種方法，其允許電流通過電阻等流至電池組中高電壓電池，以調(diào)整電池平衡。雖然此方法滿簡單，但其有一缺點，即如果不平衡的高電壓電池增加時，會增加放電電流且會產(chǎn)生熱。除此之外，此方法的另一缺點是，在電池組的所有電池中，平衡被調(diào)整為具有最低電壓值的電池。除此之外，有一種允許充電電流流過電池組中低電壓電池以調(diào)整平衡的方法。此方法使用直流-直流轉(zhuǎn)換器，其優(yōu)點為效率一般來說都很高，且產(chǎn)生的熱能很少。
[0004]然而，此方法亦有一缺點，即如果低電壓的電池數(shù)量增加時，整個電池組的電池電壓會比其原始的最低電壓還低。而且，當(dāng)讀取每個電池的電壓時，因讀取時間差的關(guān)系，讀到的電壓之間會產(chǎn)生很大的差異。由于電壓讀取時間的差異，電池平衡系統(tǒng)會確定電池是不平衡的。依據(jù)每個電池電壓讀取的時間，電壓值存在差別，尤其在鋰離子電池中使用線路選擇裝置來調(diào)整電壓平衡的裝置。在現(xiàn)有的電池平衡調(diào)整裝置中，當(dāng)通過負(fù)載裝置載入電流時，電池的電極電壓(ternimal voltage)會隨著載入電流的變化而改變。負(fù)載裝置的負(fù)載會隨著時間的推移而改變。因此，當(dāng)讀取到電池的電極電壓，且將其通過線路選擇裝置在中央處理器中比較時，即使所有電池的電壓實際上是平衡的，仍會分別讀取每個電池的電極電壓值。所以，中央處理器會確定每個電池是不平衡，然后輸出平衡控制信號以控制平衡電流控制區(qū)。當(dāng)在電池平衡系統(tǒng)中，通過線路電壓選擇裝置讀取電池電極電壓時，如果負(fù)載電流在電池中沒有改變，則會發(fā)現(xiàn)電池電極電壓亦沒有變化。因此，中央處理器會確定電池電極的電壓是平衡的。然而，當(dāng)負(fù)載電流改變時，電池電極電壓亦會變化。因此，當(dāng)載入電流實時改變時，中央處理器會確定電池的電極電壓是變得不平衡，因為隨著時間改變帶來的負(fù)載變化導(dǎo)致了電壓讀取差異。像這樣，當(dāng)中央處理器使用電路選擇裝置讀取電池的電極電壓時，由于選擇電池電極的時間不同，讀到的電池電極電壓可能會不同。
[0005]因此，需要一種電池平衡系統(tǒng)或方法，其能夠在電池系統(tǒng)中減少讀取電池電壓的誤差，快速地執(zhí)行電壓平衡，且增加電壓平衡的準(zhǔn)確性。
[0006]依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，電池平衡系統(tǒng)會有各種條件限制。舉例來說，只有在系統(tǒng)本身沒有運作時才可進(jìn)行電壓平衡。由于這些限制的關(guān)系，電壓平衡運作變得復(fù)雜，會消耗不必要的時間，且會降低電壓平衡的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型的目的在于提供一種充電電池組的直接平衡充電裝置，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種充電電池組的直接平衡充電裝置，包括A電芯模塊、B電芯模塊、電池組控制器和充電直流電源，所述A電芯模塊作為底層模塊，所述A電芯模塊上層疊有若干個B電芯模塊;所述A電芯模塊內(nèi)部包含一顆A電芯、一個連接于充電電池組充電正輸入端與A電芯正極之間的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)(SWl)，所述A電芯正極引出一條A電芯電壓監(jiān)測信號線(Signall)，A電芯電壓監(jiān)測信號線(Signall)與電池組控制器的電芯電壓監(jiān)測端相連;A電芯負(fù)極與充電電池組負(fù)輸出端相連；
[0009]所述B電芯模塊內(nèi)部包含一顆B電芯、一個連接于充電電池組充電正輸入端與B電芯正極間的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)(SWl)、一個連接于充電電池組負(fù)輸出端與B電芯負(fù)極間的并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)(SW2 )，以及一個連接于B電芯模塊串聯(lián)后的負(fù)輸出端與B電芯負(fù)極之間的串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)，B電芯正極引出一條B電芯電壓監(jiān)測信號線(Signall)與電池組控制器的電芯電壓監(jiān)測端相連;所述電池組控制器與A電芯模塊和B電芯模塊一起封裝于充電電池組外殼內(nèi)，電池組控制器上設(shè)置電芯電壓監(jiān)測輸入端，用于監(jiān)測每顆電芯正極對充電電池組負(fù)輸出端之間的電壓;并聯(lián)正極控制電子開關(guān)控制端與并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)控制端，用于控制電芯的并聯(lián)連接;串聯(lián)控制電子開關(guān)控制端，用于控制電芯的串聯(lián)連接；電池組控制器通過數(shù)據(jù)總線與充電直流電源通信，向充電直流電源提供電池組所需的充電要求；
[0010]所述充電直流電源的輸入端與供電電網(wǎng)連接，所述充電直流電源的充電輸出端與充電電池組充電輸入端連接，所述充電直流電源的供電輸出端與電池組控制器供電端連接，所述充電直流電源通過數(shù)據(jù)總線與電池組控制器通迅；
[0011]所述A電芯模塊中的電芯的負(fù)極與充電電池組負(fù)輸出端相連，所述A電芯模塊中的電芯的正極與第一級B電芯模塊中設(shè)置的串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)相連;所述若干個B電芯模塊串聯(lián)連接。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述電池組控制器內(nèi)置溫度傳感器，用于監(jiān)測整個電池組的溫度狀態(tài)。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述充電直流電源與充電電池組分離。
[0014]在上述技術(shù)方案中，在單輸出電壓設(shè)計中，最后一級B電芯模塊中電芯的正極與充電電池組正輸出端相連;在多輸出電壓設(shè)計中，電池組充電正輸入端與電池組正輸出端相連。
[0015]上述充電電池組的直接平衡充電裝置進(jìn)行充電的方法，包含以下工作模式:
[0016](1)、存放模式:當(dāng)電池組控制器既沒收到充電信號，也沒收到放電信號時，電池組進(jìn)入存放模式。此時電池組控制器斷開所有模塊內(nèi)的全部控制電子開關(guān)。使電池組自耗電降到最低；
[0017](2)、充電模式:當(dāng)充電直流電源接入時，電池組進(jìn)入充電模式，電池組控制器首先控制全部電芯模塊內(nèi)的并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)(SW2)導(dǎo)通，同時斷開全部其它控制電子開關(guān)，此時電池組內(nèi)全部電芯的負(fù)極與電池組負(fù)輸出端相連，電池組控制器精確測量各個電芯的實際電壓，根據(jù)獲得的電芯實際電壓自動選擇充電模式；當(dāng)出現(xiàn)個別電芯電壓低于電芯限制電壓時，終止充電操作，并通過指示燈提示報錯；
[0018](3)、充電模式1:
[0019]當(dāng)各個電芯剩余電壓較高時，進(jìn)入充電模式1:
[0020]電池組控制器先向充電直流電源發(fā)送符合單節(jié)電芯充電的低電壓充電信號，待確認(rèn)充電直流電源充電輸出端電壓正確后，電池組控制器控制全部電芯模塊內(nèi)的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)(SWl)導(dǎo)通，并保持所有并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)(SW2)的導(dǎo)通和所有串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)的斷開，此時全部電芯的正極與充電正輸入端相連，負(fù)極與充電負(fù)輸入端相連;此時所有電芯被接為并聯(lián)方式充電，充電結(jié)束時所有電芯同時達(dá)到相同的充電完成電壓；
[0021](4)、充電模式2:
[0022]當(dāng)各個電芯剩余電壓較低時，進(jìn)入充電模式2:
[0023]此時為了降低充電輸入端的電流。電池組控制器先向充電直流電源發(fā)送符合全部電芯串聯(lián)充電的高電壓充電信號，待確認(rèn)充電直流電源充電輸出端電壓正確后，電池組控制器斷開所有電芯模塊內(nèi)的并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)(SW2)，而后控制所有電芯模塊內(nèi)的串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)和最后一級B電芯模塊中的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)(SWl)導(dǎo)通，并保持其它控制電子開關(guān)的斷開;此時所有電芯被接為串聯(lián)方式充電；電池組控制器同時實時監(jiān)測各電芯的實際電壓，待各個電芯實際電壓接近充電完成電壓時，電池組控制器自動切換充電模式到充電模式I;
[0024](5)、充電模式3:
[0025]當(dāng)有部分電芯電壓與其它電芯相差較大時，進(jìn)入充電模式3:
[0026]電池組控制器先向充電電源發(fā)送符合單節(jié)電芯充電的低電壓充電信號，待確認(rèn)充電直流電源充電輸出端電壓正確后，電池組控制器控制電芯電壓較低的電芯模塊內(nèi)的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)(SWl)導(dǎo)通，并保持所有電芯模塊內(nèi)的并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)(SW2)的導(dǎo)通和串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)的斷開;此時只對電芯電壓較低的電芯進(jìn)行補償充電，同時電池組控制器精確監(jiān)測其它電芯模塊內(nèi)電芯的實際電壓;使通過補償充電的電芯的電壓達(dá)到其它電芯的平均實際電壓。補償充電完成后，電池組控制器根據(jù)各個電芯的實際電壓自動切換充電模式到充電模式I或充電模式2 ；
[0027](6)、放電模式:
[0028]電池組被分為:單輸出電壓設(shè)計、多輸出電壓設(shè)計；
[0029]在單輸出電壓設(shè)計中，當(dāng)電池組控制器接收到放電輸出信號時，電池組進(jìn)入放電模式；電池組控制器控制所有電芯模塊中的串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)導(dǎo)通，同時保持其它控制電子開關(guān)的斷開;此時電池組內(nèi)電芯接為串聯(lián)狀態(tài)，其電池組輸出端電壓為所有電芯電壓之和；
[0030]在多輸出電壓設(shè)計中，當(dāng)電池組控制器接收到放電輸出信號和輸出電壓檔位設(shè)定時，電池組進(jìn)入放電模式；電池組控制器通過控制部分電芯模塊內(nèi)的串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)、部分電芯模塊內(nèi)的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)(SWl)和部分電芯模塊內(nèi)的并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)(SW2)的導(dǎo)通，同時保持其余控制電子開關(guān)的斷開;使電池芯通過先串聯(lián)連接再并聯(lián)接入電池組輸出端，以獲得不同的電池組輸出端電壓；
[0031](7)、監(jiān)測模式:
[0032]充電和放電過程中，電池組控制器監(jiān)測每個電芯的實際電壓與電池組溫度；如果參數(shù)超過安全閾值，擇立刻終止充電或放電過程。并通過指示燈提示報錯。
[0033]本實用新型的提供的直接平衡充電方法可應(yīng)用于蓄電池組中也可應(yīng)用于超級電容組中；將超級電容替代蓄電芯，同時根據(jù)超級電容參數(shù)更改電池組控制器設(shè)置參數(shù)即可。本實用新型的特點在于，蓄電池組或超級電容組可以接受較低的充電電壓，同時放電輸出電壓可通過模塊的串聯(lián)和并聯(lián)調(diào)整。在充電過程中無需對單個電芯或超級電容的電壓進(jìn)行二次電壓平衡操作，減少了充電時間。當(dāng)使用了該平衡充電設(shè)計的超級電容組應(yīng)用于電動車輛能量回收時，由于該超級電容組可支持多種充電電壓，可根據(jù)由車輛中驅(qū)動電機在減速剎車時產(chǎn)生的輸出電壓靈活切換超級電容組內(nèi)部超級電容間的連接結(jié)構(gòu)，改變其所需的充電電壓，以實現(xiàn)能量的最大化回收。啟動時，則可根據(jù)驅(qū)動電機的實際需要調(diào)整超級電容組的輸出電壓。
[0034]上述技術(shù)方案的本實用新型，具有以下技術(shù)進(jìn)步:
[0035]1、在無需二次充電平衡步驟的情況下保證每個電芯在充電結(jié)束時達(dá)到100%充滿狀態(tài);2.實現(xiàn)充電時可用較低電壓為電池組充電，放電時電池組能輸出較高的放電輸出電壓;3.通過電池組內(nèi)若干電池芯的串/并聯(lián)組合實現(xiàn)電池組對多種充電電壓的兼容;4.充電時由電池組控制器監(jiān)測電池組內(nèi)每個電芯的電壓，并決定電池組內(nèi)部電池芯的串/并聯(lián)方式。以提高充電速度;5.放電時電池組控制器通過對電池芯的串/并聯(lián)組合改變，實現(xiàn)不同電壓的輸出。
【附圖說明】
[0036]圖1為本實用新型的4節(jié)電芯模塊單電壓輸出應(yīng)用等效電路示意圖；
[0037]圖2為本實用新型的4節(jié)電芯模塊多電壓輸出應(yīng)用等效電路示意圖；
[0038]圖3為本實用新型的A電芯模塊等效電路示意圖；
[0039]圖4為本實用新型的A電芯模塊單電壓輸出電路示意圖；
[0040]圖5為本實用新型的A電芯模塊多電壓輸出電路示意圖；
[0041]圖6為本實用新型的B電芯模塊等效電路；
[0042]圖7為本實用新型的B電芯模塊單電壓輸出電路示意圖；
[0043]圖8為本實用新型的B電芯模塊多電壓輸出電路示意圖；
[0044]圖9為本實用新型的充電模式I等效示意圖；
[0045]圖10為本實用新型的充電模式2等效示意圖；
[0046]圖11為本實用新型的放電模式I等效示意圖；
[0047]圖12為本實用新型的放電模式2等效示意圖；
[0048]圖13為實用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]在單輸出電壓電路示意圖中:
[0050]A電芯模塊:
[0051 ]IN+為充電正輸入端；
[0052]IN-/0UT-為充電負(fù)輸入端與電池組負(fù)輸出端；
[0053]SWl端口為并聯(lián)正極控制信號，與電池組控制器控制信號輸出端相連；
[0054]Signal I端口為電壓監(jiān)測采集線路，與電池組控制器電芯電壓監(jiān)測輸入端相連；
[0055]SWl模塊為并聯(lián)正極控制電子開關(guān)；
[0056]B電芯模塊:
[0057]IN+為充電正輸入端；
[0058]IN-/0UT-為充電負(fù)輸入端與電池組負(fù)輸出端；
[0059]SWl端口為并聯(lián)正極控制信號，與電池組控制器控制信號輸出端相連；
[0060]SW2端口為并聯(lián)負(fù)極控制信號，與電池組控制器控制信號輸出端相連；
[0061]SW3端口為串聯(lián)控制信號，與電池組控制器控制信號輸出端相連；
[0062]Signal I端口為電壓監(jiān)測采集線路，與電池組控制器電芯電壓監(jiān)測輸入端相連；
[0063]SWl模塊為并聯(lián)正極控制電子開關(guān)；
[0064]SW2模塊為并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)；
[0065]SW3模塊為串聯(lián)控制電子開關(guān)。
[ΟΟ??]多輸出電壓設(shè)計:
[0067]A電芯模塊:
[0068]IN+/0UT+為充電正輸入端與電池組正輸出端；
[0069]IN-/0UT-為充電負(fù)輸入端與電池組負(fù)輸出端；
[0070]Sffl.1端口為并聯(lián)正極控制信號-閘管Ml.1，與電池組控制器控制信號輸出端相連；
[0071]SWl.2端口為并聯(lián)正極控制信號-閘管Ml.2，與電池組控制器控制信號輸出端相連；
[0072]Signal I端口為電壓監(jiān)測采集線路，與電池組控制器電芯電壓監(jiān)測輸入端相連；
[0073]SWl模塊為并聯(lián)正極控制電子開關(guān)；
[0074]B電芯模塊:
[0075]IN+/0UT-為充電正輸入端與電池組正輸出端；
[0076]IN-/0UT-為充電負(fù)輸入端與電池組負(fù)輸出端；
[0077]Sffl.1端口為并聯(lián)正極控制信號-閘管Ml.1，與電池組控制器控制信號輸出端相連；
[0078]SWl.2端口為并聯(lián)正極控制信號-閘管Ml.2，與電池組控制器控制信號輸出端相連；
[0079]SW2端口為并聯(lián)負(fù)極控制信號，與電池組控制器控制信號輸出端相連；
[0080]SW3端口為串聯(lián)控制信號，與電池組控制器控制信號輸出端相連；
[0081]Signal I端口為電壓監(jiān)測采集線路，與電池組控制器電芯電壓監(jiān)測輸入端相連；
[0082]SWl模塊為并聯(lián)正極控制電子開關(guān)；
[0083]SW2模塊為并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)；
[0084]SW3模塊為串聯(lián)控制電子開關(guān)。
【具體實施方式】
[0085]為便于更好的理解本實用新型的目的、結(jié)構(gòu)、特征以及功效等，現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0086]本實用新型中的基于充電電池組的直接平衡充電裝置，如圖1至圖12所示。其所述的充電電池組的直接平衡充電裝置，包括A電芯模塊、B電芯模塊、電池組控制器和充電直流電源，A電芯模塊作為底層模塊，A電芯模塊上層疊有若干個B電芯模塊;A電芯模塊內(nèi)部包含一顆A電芯、一個連接于充電電池組充電正輸入端與A電芯正極之間的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)(SWl)，A電芯正極引出一條A電芯電壓監(jiān)測信號線(Signall )，A電芯電壓監(jiān)測信號線(Signal I)與電池組控制器的電芯電壓監(jiān)測端相連;A電芯負(fù)極與充電電池組負(fù)輸出端相連;B電芯模塊內(nèi)部包含一顆B電芯、一個連接于充電電池組充電正輸入端與B電芯正極間的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)(SWl)、一個連接于充電電池組負(fù)輸出端與B電芯負(fù)極間的并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)(SW2)，以及一個連接于B電芯模塊串聯(lián)后的負(fù)輸出端與B電芯負(fù)極之間的串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)，B電芯正極引出一條B電芯電壓監(jiān)測信號線(Signall)與電池組控制器的電芯電壓監(jiān)測端相連；電池組控制器與A電芯模塊和B電芯模塊一起封裝于充電電池組外殼內(nèi)，電池組控制器上設(shè)置電芯電壓監(jiān)測輸入端，用于監(jiān)測每顆電芯正極對充電電池組負(fù)輸出端之間的電壓;并聯(lián)正極控制電子開關(guān)控制端與并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)控制端，用于控制電芯的并聯(lián)連接;串聯(lián)控制電子開關(guān)控制端，用于控制電芯的串聯(lián)連接;電池組控制器通過數(shù)據(jù)總線與充電直流電源通信，向充電直流電源提供電池組所需的充電要求;充電直流電源的輸入端與供電電網(wǎng)連接，充電直流電源的充電輸出端與充電電池組充電輸入端連接，充電直流電源的供電輸出端與電池組控制器供電端連接，充電直流電源通過數(shù)據(jù)總線與電池組控制器通迅;A電芯模塊中的電芯的負(fù)極與充電電池組負(fù)輸出端相連，A電芯模塊中的電芯的正極與第一級B電芯模塊中設(shè)置的串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)相連;所述若干個B電芯模塊串聯(lián)連接。電池組控制器內(nèi)置用于監(jiān)測整個電池組的溫度狀態(tài)的溫度傳感器。充電直流電源與充電電池組分離。在單輸出電壓設(shè)計中，最后一級B電芯模塊中電芯的正極與充電電池組正輸出端相連;在多輸出電壓設(shè)計中，電池組充電正輸入端與電池組正輸出端相連。
[0087]充電電池組的直接平衡充電裝置進(jìn)行充電的方法，包含以下工作模式:
[0088](I)、存放模式:當(dāng)電池組控制器既沒收到充電信號，也沒收到放電信號時，電池組進(jìn)入存放模式。此時電池組控制器斷開所有模塊內(nèi)的全部控制電子開關(guān)。使電池組自耗電降到最低；
[0089](2)、充電模式:當(dāng)充電直流電源接入時，電池組進(jìn)入充電模式，電池組控制器首先控制全部電芯模塊內(nèi)的并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)(SW2)導(dǎo)通，同時斷開全部其它控制電子開關(guān)，此時電池組內(nèi)全部電芯的負(fù)極與電池組負(fù)輸出端相連，電池組控制器精確測量各個電芯的實際電壓，根據(jù)獲得的電芯實際電壓自動選擇充電模式；當(dāng)出現(xiàn)個別電芯電壓低于電芯限制電壓時，終止充電操作，并通過指示燈提示報錯；
[0090](3)、充電模式1:
[0091 ]當(dāng)各個電芯剩余電壓較高時，進(jìn)入充電模式I:
[0092]電池組控制器先向充電直流電源發(fā)送符合單節(jié)電芯充電的低電壓充電信號，待確認(rèn)充電直流電源充電輸出端電壓正確后，電池組控制器控制全部電芯模塊內(nèi)的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)(SWl)導(dǎo)通，并保持所有并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)(SW2)的導(dǎo)通和所有串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)的斷開，此時全部電芯的正極與充電正輸入端相連，負(fù)極與充電負(fù)輸入端相連;此時所有電芯被接為并聯(lián)方式充電，充電結(jié)束時所有電芯同時達(dá)到相同的充電完成電壓；
[0093](4)、充電模式2:
[0094]當(dāng)各個電芯剩余電壓較低時，進(jìn)入充電模式2:
[0095]此時為了降低充電輸入端的電流。電池組控制器先向充電直流電源發(fā)送符合全部電芯串聯(lián)充電的高電壓充電信號，待確認(rèn)充電直流電源充電輸出端電壓正確后，電池組控制器斷開所有電芯模塊內(nèi)的并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)(SW2)，而后控制所有電芯模塊內(nèi)的串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)和最后一級B電芯模塊中的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)(SWl)導(dǎo)通，并保持其它控制電子開關(guān)的斷開;此時所有電芯被接為串聯(lián)方式充電；電池組控制器同時實時監(jiān)測各電芯的實際電壓，待各個電芯實際電壓接近充電完成電壓時，電池組控制器自動切換充電模式到充電模式I;
[0096](5)、充電模式3:
[0097]當(dāng)有部分電芯電壓與其它電芯相差較大時，進(jìn)入充電模式3:
[0098]電池組控制器先向充電電源發(fā)送符合單節(jié)電芯充電的低電壓充電信號，待確認(rèn)充電直流電源充電輸出端電壓正確后，電池組控制器控制電芯電壓較低的電芯模塊內(nèi)的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)(SWl)導(dǎo)通，并保持所有電芯模塊內(nèi)的并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)(SW2)的導(dǎo)通和串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)的斷開;此時只對電芯電壓較低的電芯進(jìn)行補償充電，同時電池組控制器精確監(jiān)測其它電芯模塊內(nèi)電芯的實際電壓;使通過補償充電的電芯的電壓達(dá)到其它電芯的平均實際電壓。補償充電完成后，電池組控制器根據(jù)各個電芯的實際電壓自動切換充電模式到充電模式I或充電模式2 ；
[0099](6)、放電模式:
[0100]電池組被分為:單輸出電壓設(shè)計、多輸出電壓設(shè)計；
[0101]在單輸出電壓設(shè)計中，當(dāng)電池組控制器接收到放電輸出信號時，電池組進(jìn)入放電模式；電池組控制器控制所有電芯模塊中的串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)導(dǎo)通，同時保持其它控制電子開關(guān)的斷開;此時電池組內(nèi)電芯接為串聯(lián)狀態(tài)，其電池組輸出端電壓為所有電芯電壓之和；
[0102]在多輸出電壓設(shè)計中，當(dāng)電池組控制器接收到放電輸出信號和輸出電壓檔位設(shè)定時，電池組進(jìn)入放電模式；電池組控制器通過控制部分電芯模塊內(nèi)的串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)、部分電芯模塊內(nèi)的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)(SWl)和部分電芯模塊內(nèi)的并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)(SW2)的導(dǎo)通，同時保持其余控制電子開關(guān)的斷開;使電池芯通過先串聯(lián)連接再并聯(lián)接入電池組輸出端，以獲得不同的電池組輸出端電壓；
[0103](7)、監(jiān)測模式:
[0104]充電和放電過程中，電池組控制器監(jiān)測每個電芯的實際電壓與電池組溫度；如果參數(shù)超過安全閾值，擇立刻終止充電或放電過程。并通過指示燈提示報錯。
[0105]本實用新型的特點在于，蓄電池組或超級電容組可以接受較低的充電電壓，同時放電輸出電壓可通過模塊的串聯(lián)和并聯(lián)調(diào)整。在充電過程中無需對單個電芯或超級電容的電壓進(jìn)行二次電壓平衡操作，減少了充電時間。當(dāng)使用了該平衡充電設(shè)計的超級電容組應(yīng)用于電動車輛能量回收時，由于該超級電容組可支持多種充電電壓，可根據(jù)由車輛中驅(qū)動電機在減速剎車時產(chǎn)生的輸出電壓靈活切換超級電容組內(nèi)部超級電容間的連接結(jié)構(gòu)，改變其所需的充電電壓，以實現(xiàn)能量的最大化回收。啟動時，則可根據(jù)驅(qū)動電機的實際需要調(diào)整超級電容組的輸出電壓。
[0106]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種充電電池組的直接平衡充電裝置，其特征在于:包括A電芯模塊、B電芯模塊、電池組控制器和充電直流電源，所述A電芯模塊作為底層模塊，所述A電芯模塊上層疊有若干個B電芯模塊； 所述A電芯模塊內(nèi)部包含一顆A電芯、一個連接于充電電池組充電正輸入端與A電芯正極之間的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)(SWl)，所述A電芯正極引出一條A電芯電壓監(jiān)測信號線(Signall)，A電芯電壓監(jiān)測信號線(Signall)與電池組控制器的電芯電壓監(jiān)測端相連;A電芯負(fù)極與充電電池組負(fù)輸出端相連； 所述B電芯模塊內(nèi)部包含一顆B電芯、一個連接于充電電池組充電正輸入端與B電芯正極間的并聯(lián)正極控制電子開關(guān)(SWl)、一個連接于充電電池組負(fù)輸出端與B電芯負(fù)極間的并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)(SW2)，以及一個連接于B電芯模塊串聯(lián)后的負(fù)輸出端與B電芯負(fù)極之間的串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)，B電芯正極引出一條B電芯電壓監(jiān)測信號線(Signall)與電池組控制器的電芯電壓監(jiān)測端相連； 所述電池組控制器與A電芯模塊和B電芯模塊一起封裝于充電電池組外殼內(nèi)，電池組控制器上設(shè)置電芯電壓監(jiān)測輸入端，用于監(jiān)測每顆電芯正極對充電電池組負(fù)輸出端之間的電壓;并聯(lián)正極控制電子開關(guān)控制端與并聯(lián)負(fù)極控制電子開關(guān)控制端，用于控制電芯的并聯(lián)連接；串聯(lián)控制電子開關(guān)控制端，用于控制電芯的串聯(lián)連接;電池組控制器通過數(shù)據(jù)總線與充電直流電源通信，向充電直流電源提供電池組所需的充電要求； 所述充電直流電源的輸入端與供電電網(wǎng)連接，所述充電直流電源的充電輸出端與充電電池組充電輸入端連接，所述充電直流電源的供電輸出端與電池組控制器供電端連接，所述充電直流電源通過數(shù)據(jù)總線與電池組控制器通迅； 所述A電芯模塊中的電芯的負(fù)極與充電電池組負(fù)輸出端相連，所述A電芯模塊中的電芯的正極與第一級B電芯模塊中設(shè)置的串聯(lián)控制電子開關(guān)(SW3)相連;所述若干個B電芯模塊串聯(lián)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電電池組的直接平衡充電裝置，其特征在于:所述電池組控制器內(nèi)置用于監(jiān)測整個電池組的溫度狀態(tài)的溫度傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電電池組的直接平衡充電裝置，其特征在于:所述充電直流電源與充電電池組分離。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電電池組的直接平衡充電裝置，其特征在于:在單輸出電壓設(shè)計中，最后一級B電芯模塊中電芯的正極與充電電池組正輸出端相連;在多輸出電壓設(shè)計中，電池組充電正輸入端與電池組正輸出端相連。
【文檔編號】H02J7/00GK205565813SQ201620318082
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】周衍
【申請人】周衍