CN206060307U - 一种蓄电池充放电平衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及蓄电池技术领域，具体涉及一种蓄电池充放电平衡装置。一种蓄电池充放电平衡装置，其包括电压检测模块、充放电调节模块和能量平衡模块，通过电压检测模块获取各个电池单元的电压后测定低于充放电要求的电池单元，通过能量平衡模块配合充放电调节模块对该电池单元的电压进行控制，从而实现整个电池组充放电的平衡化。由于采用上述技术方案，本实用新型有效提高了整个蓄电池组的充放电性能，保护了电池单元，延长了电池组寿命，在充电时使电池组中的每个电池单元都能充满电量，放电时提高电池组整体电压和放电电流，有效提高电动工具的动力。

Description

一种蓄电池充放电平衡装置

技术领域

本实用新型涉及蓄电池技术领域，具体涉及一种蓄电池充放电平衡装置。

背景技术

蓄电池常使用于电瓶车、电动汽车等电工交通工具上。长久使用后的蓄电池存在充放电不均衡的情况，其主要表现为：电池充放电性能降低，即电池单元放电时电压下降过快，充电时电压上升过快；电池储电能力降低，此时的电池单元其容量并不低，但是在充电时无法被充满电。

充放电不均衡导致电池寿命严重下降，其导致：充电时电压高的电池单元会增加失水概率，电压低的电池单元会欠充电，即无法充满；放电时电压低时会出现过放电，形成电池正极板软化。

根据上述情况，容量低的电池单元在每次放电的时候放电深度比其他正常的电池的深度要深，所以正极板软化得快。充电电压高的电池单元容易失水，充电电压低的电池单元会欠充电。如果单电池单元的储电量少，就存在充电少、放电深的问题，这样该电池单元就会同时产生正极板软化荷和硫化的问题。

综上所述结合常识得知，产生电池不均衡的原因如下：

1、对串联电池组的组配不好，存在容量差和开路电压差；

2、电池单元开阀压力的差异，失水不同，形成后天电池单元的容量差；

3、电池单元的自放电不同，逐步形成储电量的差异。

4、失水不同，形成电池单元实际的硫酸浓度不同，从而形成开路电压差；

5、电池寿命差，在后期反应为单电池单元容量下降，在电池组中影响其他电池单元的正常充放电状态。

目前市面上使用较多的电动工具产品是以蓄电池组提供电能的电动自行车、电动汽车、电动货车和电动叉车等电动工具，其普及率逐年增长，已经渗透至人们日常生活和工作的各行各业。这些电动工具在使用时长持续一定时间后会发生动力下降的问题，即是由于上述电池不均衡现象所致，其导致电池组放电性能降低，深入分析可知，由于电池组内各个电池单元在制造成型后，受制造材料、工艺和环境等因素的影响导致电池单元在充放电性能上存在一定差异，这种差异随着使用强度、使用时长的增长愈发变得明显，从而使整个电池组的充放电效率受到影响。电池单元性能差异问题的存在使得电池组中性能较好的电池在充电时无法充满、在放电时无法放尽，其原因在于性能较差的电池在使用时的电压降低较快，从而拉低了整个电池组的电压，此时，性能较好的电池则受制于整体电压的影响而无法释放完储存的电能，从而最终影响到电动车等电动工具的动力。充电时的情况亦是如此。当前的社会环境和国际形势对环境保护要求越来越高，新能源汽车作为清洁能源的首选产品，其普及速度日益加快。随之，可充电电池的需求量也变得越来越大。如果不能有效解决电池组受单个电池单元影响而导致充放电性能下降这一技术难题，势必会产生大量的能源浪费，电池组报废率也将上升。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种蓄电池充放电平衡装置，解决以上技术问题。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种蓄电池充放电平衡装置，包括装置主体，其与蓄电池组连接，蓄电池组还连接一用电负载，其特征在于，所述装置主体包括电压检测模块、充放电调节模块和能量平衡模块，所述电压检测模块包括处理器单元、存储器单元和与任一所述电池单元一一对应的电压采样单元，任一所述电池单元均通过与其对应的所述电压采样单元连接至所述处理器单元后向处理器单元反馈便于处理器单元接收和处理的电压值，所述存储器单元连接所述处理器单元，便于处理器单元工作时存取测得的各个电池单元的电压值，所述存储器单元中设有便于与测得的电池单元电压值进行比较的参考电压值，任一电池单元、和所述任一电池单元对应的电压采样单元、处理器单元连接后构成了所述任一电池单元的电压检测回路，所述电压检测回路导通则处理器单元获取到对应电池单元的电压值；

所述能量平衡模块连接所述蓄电池组的两极，便于获取蓄电池组的能量，任一所述电池单元通过所述充放电调节模块连接所述能量平衡模块，所述充放电调节模块包括与所述蓄电池组中的电池单元一一对应的调节开关单元，任一调节开关单元闭合后构成一用于对与其连接的电池单元的充放电回路，所述充放电调节模块的控制信号输入端与所述处理器单元连接，便于处理器单元控制所述充放电调节模块中的任一调节开关单元的启闭状态，便于使对应的电池单元的充放电回路开路或者闭路。

本实用新型通过设置电压检测模块获取各个电池单元的电压值后与参考电压值比较，以便测定电压值低于充电标准的电池单元，再通过对充放电调节模块的控制，使其导通任一调节开关单元，从而构建对应的电池单元的充放电回路，通过能量平衡模块从整个蓄电池组中获取能量后对经由电压检测模块测定的最低电压值对应的电池单元进行充电后补充电量，避免其由于电压降低过快而影响充电设备对整个电池组中其它电池单元的充电。实际操作时，可通过提高最低电压值所对应电池单元的电压，避免该电池单元在放电时产生过放电现象或者因电压电量过低后对该电池单元反向充电而造成不可逆永久损坏的情况，也可以有效避免充电时受该低电压电池单元的影响而导致其他电池单元在电量未充满时，被充电设备判断为已充满，造成整个电池组充不足电量的情况。

本实用新型工作时，同一时刻在调节开关单元中仅有一调节开关单元闭合，以便构成对应的电池单元的充放电回路，或者全部断开后不形成任一电池单元的回路。

所述处理器单元采用单片机。

所述存储器单元采用Flash。

所述调节开关单元由继电器、MOS管、IGBT管或者可控硅并配合驱动该元器件闭合或者断开的驱动电路组成。

还包括一检测开关模块，其用于控制所述电压检测回路的闭合或断开，所述检测开关模块包括与电池单元一一对应的检测开关单元，任一所述检测开关单元设置于与其对应的电池单元的电压检测回路中，所述检测开关模块的控制信号输入端连接所述处理器单元，通过处理器单元控制各个检测开关单元的通断状态，从而控制任一电池单元的电压检测回路的通断状态。

所述检测开关单元由继电器、MOS管、IGBT管或者可控硅并配合驱动该元器件闭合或者断开的驱动电路组成。

所述检测开关单元由光耦配合驱动光耦闭合或者断开的驱动电路组成。通过设置光耦，有效防止各个电压检测回路间的信号干扰，避免因此而影响电压采样的结果。

所述电压采样单元采用分压电阻，任一所述电池单元的正极均通过一所述分压电阻连接到所述处理器单元，且任一电池单元和与其对应的分压电阻之间设有与其对应的所述检测开关单元。

所述能量平衡模块采用一个DC-DC转换器，其包括一个转换器输入端和一个转换器输出端，所述转换器输出端配合充放电调节模块实现了多路输出端，所述转换器输入端的两个引脚连接至所述蓄电池组的两极，从而获取到整个电池组的能量，充放电调节模块中的任一调节开关单元的输出端的两个引脚连接在与其对应的电池单元的两极。

有益效果：由于采用上述技术方案，本实用新型有效提高了整个蓄电池组的充放电性能，保护了电池单元，延长了电池组寿命，在充电时使电池组中的每个电池单元都能充满电量，放电时提高电池组整体电压和放电电流，有效提高电动工具的动力，避免了浪费，消除了余电造成的后续充放电影响。

附图说明

图1为本实用新型的连接示意图；

图2为本实用新型的功能框图；

图3为本实用新型中电压采样单元的连接示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本实用新型。

参照图1、图2，一种蓄电池充放电平衡装置，其装置主体包括电压检测模块1、充放电调节模块2和能量平衡模块3。能量平衡模块3和用电负载4并联在蓄电池组9的两极。电压检测模块1包括处理器单元10、存储器单元12和与蓄电池组9中的任一电池单元一一对应的电压采样单元11，任一电池单元均通过与其对应的电压采样单元11连接至处理器单元10后向处理器单元10反馈便于处理器单元10接收和处理的电压值，存储器单元12连接处理器单元10，便于处理器单元10工作时存取测得的各个电池单元的电压值，存储器单元12中设有便于与测得的电池单元电压值进行比较的参考电压值。任一电池单元、和任一电池单元对应的电压采样单元11、处理器单元10连接后构成了任一电池单元的电压检测回路，回路导通则处理器单元10获取到对应电池单元的电压值。任一电池单元通过充放电调节模块2连接能量平衡模块3，充放电调节模块2包括与蓄电池组9中的电池单元一一对应的调节开关单元，任一调节开关单元闭合后构成一用于对与其连接的电池单元的充放电回路，充放电调节模块2的控制信号输入端与处理器单元10连接，便于处理器单元10控制充放电调节模块2中的任一调节开关单元的启闭状态，便于使对应的电池单元的充放电回路开路或者闭路。调节开关单元由继电器、MOS管、IGBT管或者可控硅并配合驱动该元器件闭合或者断开的驱动电路组成。本实用新型工作时，同一时刻在调节开关单元中仅有一调节开关单元闭合，以便构成对应的电池单元的充放电回路，或者全部断开后不形成任一电池单元的回路。

还包括检测开关模块5，其用于控制电压检测回路的闭合或断开，检测开关模块5包括与电池单元一一对应的检测开关单元，任一检测开关单元设置于与其对应的电池单元的电压检测回路中，检测开关模块5的控制信号输入端连接处理器单元10，通过处理器单元10控制各个检测开关单元的通断状态，从而控制任一电池单元的电压检测回路的通断状态。检测开关单元采用继电器、MOS管、IGBT管或者可控硅并配合驱动该元器件闭合或者断开的驱动电路组成。实际操作时，为防止各个电压检测回路间的信号干扰而影响电压采样结果，采用光耦配合驱动光耦闭合或者断开的驱动电路组成检测开关单元。能量平衡模块3采用一个DC-DC转换器，其包括一个转换器输入端和一个转换器输出端，转换器输出端配合充放电调节模块2实现了多路输出端，转换器输入端的两个引脚连接至蓄电池组9的两极，从而获取到整个电池组的能量，充放电调节模块2中的任一调节开关单元的输出端的两个引脚连接在与其对应的电池单元的两极。

参照图3，电压采样单元采用分压电阻，如图中所示蓄电池组设有5个串联的电池单元E1～E5，且电池单元E1～E5并联后连接至处理器单元，图示Vx端即为连接至处理器单元的连接端。任一电池单元与处理器单元连接后形成检测回路，用于检测该电池单元的电压。为实现便于处理器单元接收和处理的检测回路，E1～E5中的任一电池单元均在正极串联一与其对应的分压电阻R1～R5和与其对应的检测开关单元。在蓄电池组上还并联一限流电阻Rx，防止大电流对处理器单元的伤害。

本实用新型通过设置电压检测模块获取各个电池单元的电压值后与参考电压值比较，以便测定电压值低于充放电要求的电池单元，再通过对充放电调节模块的控制，使其导通任一调节开关单元，从而构建对应的电池单元的充放电回路，通过能量平衡模块从整个蓄电池组中获取能量后对经由电压检测模块测定的最低电压值对应的电池单元进行充电后补充电量，避免其由于电压降低过快而影响充电设备对整个电池组中其他电池单元的充电。通过提高最低电压值所对应电池单元的电压，避免了该电池单元在放电时产生过放电现象或者因电压电量过低后对该电池单元反向充电而造成不可逆永久损坏的情况，前者还会影响动力输出，使电动工具产生动力不足的现象。提高最低电压值对应的电池单元的电压的方法也可以有效避免充电时受该低电压电池单元的影响而导致其他电池单元在电量未充满时，被充电设备判断为已充满，造成整个电池组充不足电量的情况。

本实用新型在操作时可采取如下做法：

在存储器单元内设置一用于与电池单元实测电压值进行比较的高限电压设定值，当外部的充电设备对整个蓄电池组进行充电作业时，电压采样单元向处理器单元反馈各个电池单元的实测电压值，经过处理器单元的比对后选定其中的一个最高电压值，再将其与高限电压设定值比较，根据比较结果，如果实测的最高电压值高于高限电压设定值时，同时找出最低电压值的电池电元，控制导通该最低电压值对应的电池单元所在的充电回路，利用能量平衡模块对该电池单元充电，提高其电压以便平衡整个电池组的电压，同时起到降低整个电池组电压的效果；

在存储器单元内设置一用于与电池单元实测电压值进行比较的低限电压设定值，在蓄电池组进行放电时，电压采样单元获取各电池单元的电压值并反馈给处理器单元，经由处理器单元判定其中的最低电压值，将其与低限电压设定值进行比较，当该实测的最低电压值低于低限电压设定值时，通过蓄电池组对该实测最低电压值对应的电池单元进行充电以补充其电能，同时提高其电压，最终提高整个可充电电池组的输出电压和放电电流，从而可有效提高电动工具的动力。

上述实际操作时，高限电压设定值和低限电压设定值的选取可遵循如下规则：高限电压设定值＝电池单元平均电压值×7％+电池单元平均电压值，低限电压设定值＝电池单元平均电压值-电池单元平均电压值×7％。其中，电池单元平均电压值通过测得蓄电池组中所有电池单元的电压实测值后求平均得到。

上述内容显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种蓄电池充放电平衡装置，包括装置主体，其与蓄电池组连接，蓄电池组还连接一用电负载，其特征在于，所述装置主体包括电压检测模块、充放电调节模块和能量平衡模块，所述电压检测模块包括处理器单元、存储器单元和与任一所述电池单元一一对应的电压采样单元，任一所述电池单元均通过与其对应的所述电压采样单元连接至所述处理器单元，所述存储器单元连接所述处理器单元，所述存储器单元中设有便于与测得的电池单元电压值进行比较的参考电压值，任一电池单元、和所述任一电池单元对应的电压采样单元、处理器单元连接后构成了所述任一电池单元的电压检测回路；

所述能量平衡模块连接所述蓄电池组的两极，任一所述电池单元通过所述充放电调节模块连接所述能量平衡模块，所述充放电调节模块包括与所述蓄电池组中的电池单元一一对应的调节开关单元，任一调节开关单元闭合后构成一用于对与其连接的电池单元的充放电回路，所述充放电调节模块的控制信号输入端与所述处理器单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种蓄电池充放电平衡装置，其特征在于，同一时刻在调节开关单元中仅有一调节开关单元闭合。

3.根据权利要求2所述的一种蓄电池充放电平衡装置，其特征在于，还包括一用于控制所述电压检测回路的闭合或断开的检测开关模块，所述检测开关模块包括与电池单元一一对应的检测开关单元，任一所述检测开关单元设置于与其对应的电池单元的电压检测回路中，所述检测开关模块的控制信号输入端连接所述处理器单元。

4.根据权利要求3所述的一种蓄电池充放电平衡装置，其特征在于，所述检测开关单元由继电器、MOS管、IGBT管或者可控硅并配合驱动该元器件闭合或者断开的驱动电路组成。

5.根据权利要求4所述的一种蓄电池充放电平衡装置，其特征在于，所述电压采样单元采用分压电阻，任一所述电池单元的正极均通过一所述分压电阻连接到所述处理器单元，且任一电池单元和与其对应的分压电阻之间设有与其对应的所述检测开关单元。

6.根据权利要求5所述的一种蓄电池充放电平衡装置，其特征在于，所述能量平衡模块采用一个DC-DC转换器，其包括一个转换器输入端和一个转换器输出端，所述转换器输入端的两个引脚连接至所述蓄电池组的两极，充放电调节模块中的任一调节开关单元的输出端的两个引脚连接在与其对应的电池单元的两极。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种蓄电池充放电平衡装置，其特征在于，所述检测开关单元由光耦配合驱动光耦闭合或者断开的驱动电路组成。

8.根据权利要求1至6任一项所述的一种蓄电池充放电平衡装置，其特征在于，所述处理器单元采用单片机。

9.根据权利要求1至6任一项所述的一种蓄电池充放电平衡装置，其特征在于，所述存储器单元采用Flash。