專利名稱：一種串聯電池組均衡管理裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種串聯電池組均衡管理裝置，特別涉及一種可以在充電、放電及電池 組閑置過程中對串聯動力電池組中各單體電池的端電壓進行均衡管理的裝置。
背景技術：
隨著電動自行車、混合動力汽車的快速發展，對動力電池組需求日益增長，尤其是鋰動 力電池具有電壓高、密度大、體積小、重量輕等優勢，為業界所青睞，以鋰電池串聯組成的 動力電池組應用越來越多。
由于構成電池組的各個單體電池的荷電能力、充電和放電特性及壽命等初始差異及電池 組服役過程中各個電池特性的變化不一致，串聯電池組中的一個單體電池的荷電能力下降或 失效時，該單體電池在充電過程中表現為端電壓上升過快或過慢，還會伴隨電池發熱，采用 普通的充電方法會在檢測到一個單體電池的端電壓超過規定電壓而其它電池尚未充滿時停止 充電，導致整個電池組的荷電能力無法發揮。
中國專利200520061050. 7公開了一種帶有均壓分流控制板的串聯電池組充電控制裝置， 均壓分流控制板附加在每個單體電池上，充電過程中可以對端電壓較高的單體電池進行分流， 以減少該單體電池的充電電流，降低其端電壓的上升速度，達到各單體電池端電壓一致的目 的，由于均壓分流電路工作時耗散能量，會伴隨發熱，對于大功率、大容量的電池，均壓分 流控制電路的作用極為微弱。
中國專利02127989.6公開了一種蓄電池組分只均充方法及裝置，通過繼電器的切換，對 串聯電池組中的各單體電池依次充電，達到各單體電池端電壓一致的目的。但是該方法效率 較低。將各單體電池通過繼電器直接連接到充電電源的方法存在安全隱患，在眾多繼電器中 有一個繼電器發生故障(如觸點粘結)時，另一繼電器動作將導致電池組中一個或多個電池 短路，對于大型動力電池組將是災難性的事故。
中國專利200610157109. 1公開了一種動力電池組電壓均衡管理裝置，通過充電電池選通 模塊和放電電池選通模塊，及隔離充電/放電單元，可以實現用動力電池組中電壓較高的電池 單體向電壓較低的電池單體充電，達到動力電池組中各單體電池的端電壓趨于一致。該方案 必須同時控制充電電池選通模塊和放電電池選通模塊，控制系統復雜，對控制元件要求較高， 選通模塊中任何一個選通開關的故障，都可能造成電池短路的災難性后果。
實用新型內容
本實用新型提出了一種串聯電池組均衡管理裝置，在電池組充電、放電或閑置時均可以 對電池組中各單體電池的端電壓進行均衡調整，保持電池組中各單體電池端電壓狀態一致， 實現高效均衡管理的同時避免因個別元件的故障可能導致的災難性后果，提高電池組均衡管 理的安全性。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是控制器6通過端電壓檢測電路4實時
檢測串聯電池組中各單體電池的端電壓，充電隔離電源7的輸入端經自鎖開關9與串聯電池 組的輸出電極連接，充電隔離電源7中的隔離DC/DC轉換電路將串聯電池組的端電壓轉換成 略高于單體電池的端電壓，經恒流控制電路構成恒流充電電源，控制器6依據檢測到的各單 體電池的端電壓，控制級連的轉換開關，將恒流充電電源連接到端電壓最低的單體電池，為 端電壓最低的單體電池充電，當該單體電池的端電壓上升到與電池組中當時最高電壓的單體 電池的端電壓的差值小于規定值時，停止對該單體電池充電。控制器重新檢測當前各單體電 池的端電壓，控制級連的轉換開關，對端電壓最低的單體電池充電，以此類推，直到所有電 池的端電壓達到均勻一致。
多個雙端轉換開關采用級連的方式連接構成級連連接的轉換開關2，參見圖l，每個雙端 轉換開關的移動端與相鄰雙端轉換開關常閉端相連，各雙端轉換開關的常開端與電池組中各 單體電池的電極一一對應連接，第一個雙端轉換開關的移動端，即級連連接的轉換開關的輸 入端，經自鎖開關9與充電隔離電源7連接，級連連接的轉換開關避免因個別雙端轉換開關的故障或誤動作導致的單體電池短路的災難性后果。
均衡管理裝置的工作電源及充電隔離電源的輸入端經自鎖開關與電池組的輸出電極相連 接，在電池組充電、放電或閑置時，及無需外部電源供電的情況下，均衡管理裝置也可以正 常工作。
自鎖開關受控制器的控制，在均衡管理完成后，控制器釋放自鎖開關，關閉均衡管理裝 置的工作電源和均衡充電電源，避免對電池組的電能消耗。
本實用新型的有益效果是，均衡管理裝置的工作電源及充電隔離電源的輸入端經電源轉 換開關IO、自鎖開關9與電池組的輸出電極或外部電源連接，在電池組充電、放電或閑置時， 及無外部電源供電的情況下，均衡管理裝置均可以對電池組中各單體電池的端電壓進行均衡 調整，保持電池組中各單體電池端電壓的一致。
采用級連連接的轉換開關與電池組中各單體電池連接，避免因個別轉換開關的故障或誤 動作導致的單體電池短路的災難性后果。
自鎖開關9受控制器6的控制，置于工作電源8及充電隔離電源7與電池組輸出電極連 接的通路上，避免了均衡管理裝置非工作狀態下對電池組的電能的消耗。以下結合附圖
和實施例對本實用新型進一步說明。 圖l是串聯電池組均衡管理裝置的電路結構圖。 圖2是控制器6的微控制器程序流程圖。
圖中，l、串聯電池組中的單體電池，2、級連連接的轉換開關，3、均衡充電選通電路，4、 端電壓檢測電路，5、充電開關，6、控制器，7、充電隔離電源，8、工作電源，9、自鎖開關， 10、電源轉換開關，11、主充電開關，12、主放電開關。
具體實施方式
本實施例是一個動力電池組的均衡管理裝置，串聯的動力電池組由14個20AH的鋰電池構 成，電池組的輸出電壓為42 58.8V,參見圖l,級連連接的轉換開關2使用14個雙端轉換電磁 繼電器(JQX-14F-2Z),按圖l所示連接各雙端轉換電磁繼電器及個單體電池。各雙端轉換電 磁繼電器的控制端與均衡充電選通電路3連接.均衡充電選通電路3使用數字解碼集成電路 (CD4514),其輸出端與級連連接的轉換開關2中14個繼電器的控制端連接，數字輸入端與控制 器6連接。端電壓檢測電路4由前端信號調整及A/D轉換器構成，前端信號調整采用高共模差分 放大器集成電路(MAX4080), A/D轉換器采用16路12位A/D轉換器集成電路(ad7490)，端電壓 檢測電路4將各單體電池端電壓轉換為數字量。控制器6使用AT89C51微控制器，與端電壓檢測 電路連接，采集各單體電池的端電壓，控制充電開關5，并通過均衡充電選通電路3控制級連連 接的轉換開關2，將端電壓最低的單體電池的正負電極通過充電開關5與充電隔離電源7連接。 充電隔離電源7使用輸出電壓可調DC/DC隔離變換器，在DC/DC隔離變換器的輸出端串聯一個限 流電阻(R)，控制器6依據檢測到的端電壓最低的單體電池的當前端電壓值控制充電隔離電源 7的DC/DC隔離變換器的輸出電壓，使輸出電壓高于正在均衡充電的電池的當前端電壓0.2V, 從而控制均衡充電的電流為O. 2V/R。自鎖開關9由一個復位按鍵和一個常開觸點的電磁繼電器 (JQX-14F-1H)構成，復位按鍵與電磁繼電器一對常開觸點并聯，電磁繼電器的控制端與控 制器6連接。
主充電開關11和主放電開關12使用常開觸點的電磁繼電器(JQX-14F-1H)，其控制端與控 制器6連接。
電源轉換開關10使用手動單轉換開關，充電時，或有外電源時，將電源轉換開關10的游 動端與b點連接，即可以使用充電機或外部提供的DC24V 60V的電源對電池組的各單體電池進 行均衡充電。當電池組閑置、放龜或不具備外部供電時，將電源轉換開關10的游動端與a點連 接，按一次自鎖開關9的復位按鍵，控制器6上電工作并向自鎖開關9的電磁繼電器輸出閉合控 制信號。電磁繼電器閉合，維持均衡管理裝置的供電。當均衡充電結束后，控制器6向自鎖開 關9的電磁繼電器輸出斷開控制信號，斷開均衡管理裝置的供電，均衡管理裝置不再消耗電池組的電能。
參見圖2，編制控制器6的微控制器程序流程,微控制器實時檢測各單體電池的端電壓，并 依據各單體電池的端電壓、端電壓最大值、端電壓最小值及端電壓最大值與端電壓最小值的 差值控制均衡充電的進程，并對主充電和主放電進行控制，當各單體電池的端電壓的差值小 于0.1V時，均衡充電結束。
權利要求1. 一種串聯電池組均衡管理裝置，包括級連連接的轉換開關(2)，均衡充電選通電路(3)，控制器(6)，充電隔離電源(7)，自鎖開關(9)，其特征在于充電隔離電源(7)的輸入端經自鎖開關(9)與串聯電池組的輸出電極連接。
2. 根據權利要求1所述的一種串聯電池組均衡管理裝置，其特征在于所述的級連連接的轉 換開關(2)由多個雙端轉換開關采用級連的方式連接構成，每個雙端轉換開關的移動端與相鄰 雙端轉換開關常閉端相連，各雙端轉換開關的常開端與電池組中各單體電池的電極一一對應 連接。
3. 根據權利要求1所述的一種串聯電池組均衡管理裝置，其特征在于所述的自鎖開關(9) 包含有一個復位開關和一個常開觸點的開關，常開觸點開關的控制端與控制器(6)連接。
專利摘要本實用新型提出了一種串聯電池組均衡管理裝置，均衡管理裝置的工作電源及充電隔離電源的輸入端經電源轉換開關、自鎖開關與電池組的輸出電極或外部電源連接，在電池組充電、放電或閑置時，及無外部電源供電的情況下，均衡管理裝置均可以對電池組中各單體電池的端電壓進行均衡調整，使電池組中各單體電池端電壓一致。采用級連連接的轉換開關與電池組中各單體電池連接，避免因個別轉換開關的故障或誤動作導致的單體電池短路的災難性后果。自鎖開關避免了均衡管理裝置非工作狀態下對電池組的電能的消耗。
文檔編號H02J7/00GK201234155SQ20082013303
公開日2009年5月6日 申請日期2008年7月30日 優先權日2008年7月30日
發明者趙建和 申請人:趙建和