[发明专利]用于串联电池组的均衡充电装置

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池充电技术领域，特别是涉及到一种串联电池组充电的装置。

背景技术

现有的移动设备中，特别是一些大功率的用电设备，比如、笔记本电脑用电源、工业用移动设备电源、大容量后备电源设备、电动自行车电源，乃至前景广阔的电动车电池等，需要的提供十几伏、几十伏甚至上百伏电压的电源，而常用的蓄电池单体电压都比较低，钴酸锂和锰酸锂材料构成的锂离子电池的标称电压是3.7伏，新型的磷酸铁锂材料的锂电池电池的标称电压是3.2伏，为了达到用电器所需要的十几伏、或者更高的输出电压，需要将多组电池进行串联组合，或者是多只电池并联后再进行串联组合，构成高低压、大容量的电池组为用电器进行供电。

为了弥补电池组的上述缺陷，针对串联电池组串联充电的问题，出现了许多的均衡充电的方案，现有的已知方案中，以下两种方案颇有代表性：

1、独立充电法。本方案有两种方法：

一种方法是，使用同一个充电器通过开关电路轮流对每一只电池进行充电，优点是整个电池组都是使用同一个充电器进行充电，电压可以得到保证，但由于是轮流进行充电，整个电池组的充电时间是电池组电池串联数量的整数倍，对于多串电池组，充电时间难以控制，而且由于加有转换电路。当串联数量增加后，电路也将变得复杂，成本难以控制，电路的可靠性也会降低。

另外一种方法是每一路电池都用一个独立的充电器进行充电，即假如是两串电池组就使用两个充电器，优点是每一路都可以独立控制，每一路电池都可以充饱，但由于充电器的数量增加，导致成本、充电器的重量都难以控制，特别是当串联的数量增加后，上述问题更加难以控制。

2、并联固定电阻分流均衡充电方式

方案的主要设计思路是：使用单片微处理器(简称单片机，英文缩写MCU)构成控制电路，对电池的电压、电流进行采样，经过单片机分析，去控制并联在电池两端的分流电路打开与关闭，达到均衡充电的目的。具体过程是：MCU通过模数转换(AD转换)电路采样，比较各个电池之间的电压差值，当电池之间的电压差大于一定值，例如20mV，MCU打开电压高的回路的电子开关，对电压高的电池进行放电，待电池电压降低到一定程度后，关断均衡放电回路。常用的是直接在充电的同时进行均衡放电，也有一些是采用先关断充电回路，对电压高的那个电池进行放电，放电到一定电压后，关断放电均衡回路，打开充电电路继续进行充电。

该方案的缺点如下：a、均衡电路复杂：必须通过非常复杂的取样、分析电路进行电压比较、判断，对应每个电池，MCU必须两个输入输出端口(IO)进行控制(一个IO口取样、一个IO口用于控制分流电路开关)，对于多串电池组，大大增加了电路的复杂性，同时成本也随之提高。b、放电量难以控制：核心难点是，电池的带电量和电池电压之间，不具备直接的一一对应的关系，而MCU通常只能够依据比较各个电池的电压进行判断那个电池过充，那个电池容量不足，很容易导致均衡不足或过均衡的现象，或者均衡电路反复动作，大大的延长了充电时间。c、均衡电路通过固定电阻进行放电，均衡电流保持不变，对于已经过充的电池，不会根据电池的充电状态调整的电流大小，当充电器输入的总的充电电流较大时，过充的那个电池的电压会持续升高，电池有可能出现较大的过充，难以适应复杂多变充电环境要求。

申请号为200610022020.4的中国发明专利《一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置》中披露了第二种类型的一种均衡充电装置，其电路结构如图1所示，由如下电路构成：该电路由限流电阻(R)，限流电阻的一端和需要均衡的电池的正极B+相连，由电阻R1和R2构成的分压电路，其中点连接到并联式基准稳压电路(U1)基准取样Uref端，电阻R3由电阻R、R1的一端连接到并联式基准稳压电路的阴极并连接到扩流三极管(Q)的基极，电阻R、R1和三极管的发射极相连，电阻R2、并联式基准稳压电路U1的阳极和三极管的集电极连接到电池的负极B-。本电路利用并联式稳压电路具有的恒压特性进行均衡充电，在充电末期如果这组电池先达到设计充电均衡电压，将根据电池电压的持续升高，增加分流的电流，达到限制电池电压的持续升高目的，但直接应用原始的并联式稳压电路，没有针对电池充电的结构进行优化，存在以下两个严重的问题：