一種增量式均衡充電的電池組充電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種動(dòng)力電池組的充電裝置，尤其適合串聯(lián)構(gòu)成的電池組在充電時(shí)對(duì)各單體電池之間進(jìn)行均衡充電的充電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)力電池，尤其是動(dòng)力鋰離子電池，是電能存儲(chǔ)的重要部件。動(dòng)力電池已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于能源、通訊、國(guó)防、海事等諸多重要領(lǐng)域，尤其是近年來國(guó)家大力支持的電動(dòng)汽車，更是需要依靠動(dòng)力電池作為能源。在實(shí)際應(yīng)用中動(dòng)力電池通常由多個(gè)單體電池經(jīng)串聯(lián)或者并聯(lián)后構(gòu)成電池組。由于在生產(chǎn)過程中，沒有辦法做到每一個(gè)單體電池的特性完全一致，因此導(dǎo)致了電池組在充電與放電工作中各個(gè)單體電池的性能出現(xiàn)差異。尤其是在充電的過程中，性能差的電池已經(jīng)充滿電，性能好的電池卻還沒充滿電。等到性能好的電池充滿電時(shí)，性能差的電池已經(jīng)過充了。這就是串聯(lián)電池組的水桶效應(yīng)，水桶效應(yīng)導(dǎo)致電池組總體性能下降。過充對(duì)電池影響是致命的，直接影響到電池的使用與壽命。單體電池之間的性能差異會(huì)隨著電池組充放電次數(shù)的增多而累加起來，導(dǎo)致電池差異越來越大，電池組總體性能也隨之快速下降，以致于這個(gè)問題不得不解決。解決這個(gè)問題的辦法就是電池組在每次充電時(shí)，對(duì)各個(gè)單體電池進(jìn)行均衡充電，使電池組中的每一個(gè)電池都能充足電，每各單體電池都能充足電就可以使單體電池之間的差異不會(huì)隨充放電次數(shù)的增加而疊加，保證了電池組的性能不會(huì)變差。因此如何在電池組充電過程中對(duì)單體電池進(jìn)行均衡充電就成為一個(gè)很關(guān)鍵的技術(shù)問題，至今仍沒有很好的解決。
[0003]電池組均衡充電的方法和策略大致可分為三大類型，能量消耗型、能量轉(zhuǎn)移型、能量補(bǔ)充型。
[0004]能量消耗型的均衡原理是在電池組充電過程中，通過旁路器件(典型的旁路器件是電阻)將充電快的單體電池中的電量消耗掉一部分，使之降低充電速度，以此保證整體電池組充電的一致性。典型代表如已公開的發(fā)明專利(公開號(hào):CN101162847A)，該發(fā)明專利給出了一種串聯(lián)電池組自動(dòng)均衡充電的解決方案，利用一一對(duì)應(yīng)的分流器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均衡充電。能量消耗型的均衡充電方法的缺點(diǎn)在于無謂的能耗，不利于提高電池充電效率，發(fā)熱嚴(yán)重，因此只能使用在小容量的電池充電場(chǎng)合，如手機(jī)，筆記本電腦等，但大容量(10A時(shí)以上)電池很難使用該方法。
[0005]能量轉(zhuǎn)移型均衡方法其基本原理是利用儲(chǔ)能元件(電感、電容等)將充電快的單體電池的能量轉(zhuǎn)移到充電慢的單體電池上，以此實(shí)現(xiàn)均衡充電。能量轉(zhuǎn)移型均衡方法在均衡過程中理論上不會(huì)消耗能量，適合于大容量電池。已公布的能量轉(zhuǎn)移型均衡充電的專利很多，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于能量在電池間搬移需要使用到許多開關(guān)元件和儲(chǔ)能元件，電路復(fù)雜，控制困難，目前主要停留在理論研宄上，未見實(shí)用方案報(bào)道。目前用在電動(dòng)汽車、電動(dòng)摩托車上的大容量動(dòng)力二次電池的充電，都還未能有均衡充電的措施，這對(duì)電池的使用壽命是有影響的。因此，給出種實(shí)用的大容量電池均衡充電的解決方案是必要的。
[0006]能量補(bǔ)充型均衡方法基本原理是利用附加充電電源對(duì)充電少的單體電池進(jìn)行補(bǔ)充充電，使之以更快的充電速度追上其它電池的充電量。典型代表如已公開的專利CN200610061688.X、CN201080006134.4、CN200920204588.7，這三個(gè)專利分別給出了一種采用附加充電電源對(duì)充電不足的單體電池進(jìn)行輔助充電的均衡充電方案。值得注意的是這類型的均衡充電方法有一個(gè)共同的問題，即為了將附加充電電源加到選定的單體電池上使之進(jìn)行輔助充電，必須用一組開關(guān)列陣進(jìn)行開關(guān)選通，這個(gè)開關(guān)陣列的存在就導(dǎo)致了一個(gè)可能出現(xiàn)的安全隱患:當(dāng)開關(guān)陣列中的開關(guān)出現(xiàn)錯(cuò)誤通斷時(shí)，有可能導(dǎo)致電池自身或者多個(gè)電池之間的短路，導(dǎo)致大事故的發(fā)生。為了避免錯(cuò)誤開關(guān)導(dǎo)致事故發(fā)生，專利CN200610061688.X、CN200920204588.7采用了二極管及保險(xiǎn)絲作為保護(hù)措施，然而這些保護(hù)措施不僅降低了輔助電源充電的效果，同時(shí)也不能真正保護(hù)電池。這類均衡充電方法還有一個(gè)值得注意的問題是輔助充電電源都是采用電壓源，電壓源在應(yīng)用實(shí)踐中可能導(dǎo)致過電流充電，對(duì)電池不利。實(shí)驗(yàn)中表明，輔助充電電源如果采用電流源進(jìn)行充電，其充電效果會(huì)更好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)用的電池均衡充電的充電裝置，與目前大多采用的均衡充電方法不同。本發(fā)明一種增量式均衡充電的電池組充電裝置其均衡充電原理是:在主充電回路正常充電的同時(shí)，巡檢各個(gè)單體電池，尋找到充電最少的那一個(gè)電池，對(duì)它進(jìn)行增量充電，提高它的充電速度以實(shí)現(xiàn)各個(gè)單體電池的均衡充電。這種充電方法避免了能量消耗型均衡充電法造成電能的無謂浪費(fèi)以及能量轉(zhuǎn)移型均衡充電電路復(fù)雜控制困難的問題。為了克服能量補(bǔ)充型選通開關(guān)陣列存在錯(cuò)誤導(dǎo)通造成短路事故的難題，本發(fā)明采用了電流換路器結(jié)構(gòu)進(jìn)行增量輔充電流切換，保證了在各種情況下只有一個(gè)電池被選中連接到增量電流發(fā)生器，不會(huì)發(fā)生電池間短路的問題。為了更好地對(duì)電池進(jìn)行輔助增量充電，本發(fā)明采用了輔助電流源取代目前使用的電壓源輔充電源。
[0008]本發(fā)明一種增量式均衡充電的電池組充電裝置包括:主充電器1、增量電流發(fā)生器2、若干個(gè)串聯(lián)連接的電流換路器3、若干個(gè)串聯(lián)連接的待充電池4、電流換路器控制電路5構(gòu)成。待充電電池4組成串聯(lián)形式，與主充電器I連接，構(gòu)成主充電回路。若干個(gè)電流換路器分為A、B上下兩串，分別一一并接在對(duì)應(yīng)電池上，每一個(gè)單體電池對(duì)應(yīng)上下兩個(gè)電流換路器。增量電流發(fā)生器2輸出端正負(fù)極分別與電流換路器3的A、B兩串串聯(lián)連接，構(gòu)成增量充電回路。電流換路器控制電路5分別與電流換路器3連接，構(gòu)成控制電流換路器3的動(dòng)作回路。在真正實(shí)施本發(fā)明時(shí)，還必須配接相應(yīng)的電池電壓檢測(cè)等附屬電路，由于這些附屬電路屬于公知技術(shù)，本說明書不在此做出說明。
[0009]所述主充電器I是一種恒流源充電電路，它為待充電池組提供恒定的充電電流。
[0010]所述增量電流發(fā)生器2是一種恒流電流發(fā)生器，它為待充電電池提供增量充電電流，充電過程中當(dāng)電池電壓達(dá)到電池最高充電電壓時(shí)轉(zhuǎn)為恒壓充電方式，其電特性如說明書附圖2所示。
[0011]所述電流換路器3是一種將電流從一個(gè)回路改變到另一個(gè)回路的電流換路部件，由固定觸點(diǎn)3-1、常通動(dòng)觸點(diǎn)3-2、常斷動(dòng)觸點(diǎn)3-3以及相應(yīng)的控制元件構(gòu)成(相應(yīng)控制元件圖中沒有標(biāo)出，這不影響對(duì)本發(fā)明原理的理解)組成，其結(jié)構(gòu)如說明書附圖3所示。若干個(gè)電流換路器分為A、B兩串串聯(lián)連接。
[0012]A串電流換路器的連接方法為:增量電流發(fā)生器的負(fù)極連接A串電流換路器的第一個(gè)電流換路器的固定觸點(diǎn)3-1，第一個(gè)電流換路器的常斷動(dòng)觸點(diǎn)3-3連接第一個(gè)待充電池的負(fù)極(亦是第二個(gè)待充電池的正極，后文同)，第一個(gè)電流換路器的常通動(dòng)觸點(diǎn)3-2連接第二個(gè)電流換路器的固定觸點(diǎn)3-1。第二個(gè)電流換路器的常斷動(dòng)觸點(diǎn)3-3連接第二個(gè)待充電電池的負(fù)極，第二個(gè)電流換路器的常通動(dòng)觸點(diǎn)3-2連接第三個(gè)電流換路器的固定觸點(diǎn)3-1，以此類推。B串電流換路器的連接方法為:增量電流發(fā)生器的正極連接B串電流換路器的第一個(gè)電流換路器的固定觸點(diǎn)3-1，第一個(gè)電流換路器的常斷動(dòng)觸點(diǎn)3-3連接第一個(gè)待充電池的正極，第一個(gè)電流換路器的常通動(dòng)觸點(diǎn)3-2連接第二個(gè)電流換路器的固定觸點(diǎn)3-1 ο第二個(gè)電流換路器的常斷動(dòng)觸點(diǎn)3-3連接第一個(gè)待充電電池的負(fù)極(亦是第二個(gè)待充電池的正極，后文同)，第二個(gè)電流換路器的常通動(dòng)觸點(diǎn)3-2連接第三個(gè)電流換路器的固定觸點(diǎn)3-1，以此類推。
[0013]所述電流換路器3的構(gòu)成特點(diǎn)為A串電流換路器的第一個(gè)電流換路器與B串電流換路器的第一個(gè)電流換路器同步工作，在結(jié)構(gòu)上可作為同一個(gè)元器件的兩個(gè)單獨(dú)分組、也可以用兩個(gè)單獨(dú)元器件構(gòu)成同步聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)處于常通狀態(tài)或者同時(shí)處于常斷狀態(tài)。A串電流換路器的第二個(gè)電流換路器與B串電流換路器的第二個(gè)電流換路器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與上述第一個(gè)電流換路器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相同，后續(xù)以此類推。
[0014]所述電流換路器控制電路5是一個(gè)邏輯控制電路，控制各個(gè)電流換路器動(dòng)作。實(shí)際工作時(shí)是將充電最少的電池所對(duì)應(yīng)的那對(duì)電流換路器由常斷狀態(tài)切換到常通狀態(tài)，將增量電流發(fā)生器3與充電最少的電池接通，構(gòu)成增量充電回路，對(duì)充電最少的電池進(jìn)行增量充電。本發(fā)明實(shí)施過程中電流換路器控制電路5還必須與電池電壓檢測(cè)電路等一些附屬電路以及部件結(jié)合使用，由于這是屬于公知技術(shù)，本說明書不在此做進(jìn)一步說明。
[0015]作為本發(fā)明的特例，充電過程可在主充電回路停止充電的情況下，完全只依賴增量電流發(fā)生器2對(duì)待充電池組中充點(diǎn)電量最少的那個(gè)電池進(jìn)行充電，直至