[發明專利]充電電池組的直接平衡充電方法

有效

• 申請號: 201610235344.X
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN105703447B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 周衍
• 申請（專利權）人: 周衍
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/44
• 代理公司: 武漢維創品智專利代理事務所(特殊普通合伙) 42239
• 代理人: 余麗霞

1.一種充電電池組的直接平衡充電方法，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正極控制電子開關(SW1)，所述A電芯正極引出一條A電芯電壓監測信號線(Signal1)，A電芯電壓監測信號線(Signal1)與電池組控制器的電芯電壓監測端相連；A電芯負極與充電電池組負輸出端相連；

所述B電芯模塊內部包含一顆B電芯、一個連接于充電電池組充電正輸入端與B電芯正極間的并聯正極控制電子開關(SW1)、一個連接于充電電池組負輸出端與B電芯負極間的并聯負極控制電子開關(SW2)，以及一個連接于B電芯模塊串聯后的負輸出端與B電芯負極之間的串聯控制電子開關(SW3)，B電芯正極引出一條B電芯電壓監測信號線(Signal1)與電池組控制器的電芯電壓監測端相連；

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，電池組控制器上設置電芯電壓監測輸入端，用于監測每顆電芯正極對充電電池組負輸出端之間的電壓；并聯正極控制電子開關控制端與并聯負極控制電子開關控制端，用于控制電芯的并聯連接；串聯控制電子開關控制端，用于控制電芯的串聯連接；電池組控制器通過數據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據總線與電池組控制器通迅；

所述A電芯模塊中的電芯的負極與充電電池組負輸出端相連，所述A電芯模塊中的電芯的正極與第一級B電芯模塊中設置的串聯控制電子開關(SW3)相連；所述若干個B電芯模塊串聯連接，所述電池組控制器內置用于監測整個電池組的溫度狀態的溫度傳感器，所述充電直流電源與充電電池組分離，在單輸出電壓設計中，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；在多輸出電壓設計中，電池組充電正輸入端與電池組正輸出端相連；

充電的方法包含以下工作模式：

(1)、存放模式：當電池組控制器既沒收到充電信號，也沒收到放電信號時，電池組進入存放模式；此時電池組控制器斷開所有模塊內的全部控制電子開關；使電池組自耗電降到最低；

(2)、充電模式：當充電直流電源接入時，電池組進入充電模式，電池組控制器首先控制全部電芯模塊內的并聯負極控制電子開關(SW2)導通，同時斷開全部其它控制電子開關，此時電池組內全部電芯的負極與電池組負輸出端相連，電池組控制器精確測量各個電芯的實際電壓，根據獲得的電芯實際電壓自動選擇充電模式；當出現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；

(3)、充電模式1：

當各個電芯剩余電壓較高時，進入充電模式1：

電池組控制器先向充電直流電源發送符合單節電芯充電的低電壓充電信號，待確認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的并聯正極控制電子開關(SW1)導通，并保持所有并聯負極控制電子開關(SW2)的導通和所有串聯控制電子開關(SW3)的斷開，此時全部電芯的正極與充電正輸入端相連，負極與充電負輸入端相連；此時所有電芯被接為并聯方式充電，充電結束時所有電芯同時達到相同的充電完成電壓；

(4)、充電模式2：

當各個電芯剩余電壓較低時，進入充電模式2：

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送符合全部電芯串聯充電的高電壓充電信號，待確認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的并聯負極控制電子開關(SW2)，而后控制所有電芯模塊內的串聯控制電子開關(SW3)和最后一級B電芯模塊中的并聯正極控制電子開關(SW1)導通，并保持其它控制電子開關的斷開；此時所有電芯被接為串聯方式充電；電池組控制器同時實時監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1；

(5)、充電模式3：

當有部分電芯電壓與其它電芯相差較大時，進入充電模式3：

電池組控制器先向充電電源發送符合單節電芯充電的低電壓充電信號，待確認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的并聯正極控制電子開關(SW1)導通，并保持所有電芯模塊內的并聯負極控制電子開關(SW2)的導通和串聯控制電子開關(SW3)的斷開；此時只對電芯電壓較低的電芯進行補償充電，同時電池組控制器精確監測其它電芯模塊內電芯的實際電壓；使通過補償充電的電芯的電壓達到其它電芯的平均實際電壓；補償充電完成后，電池組控制器根據各個電芯的實際電壓自動切換充電模式到充電模式1或充電模式2；

(6)、放電模式：

電池組被分為：單輸出電壓設計、多輸出電壓設計；

在單輸出電壓設計中，當電池組控制器接收到放電輸出信號時，電池組進入放電模式；電池組控制器控制所有電芯模塊中的串聯控制電子開關(SW3)導通，同時保持其它控制電子開關的斷開；此時電池組內電芯接為串聯狀態，其電池組輸出端電壓為所有電芯電壓之和；

在多輸出電壓設計中，當電池組控制器接收到放電輸出信號和輸出電壓檔位設定時，電池組進入放電模式；電池組控制器通過控制部分電芯模塊內的串聯控制電子開關(SW3)、部分電芯模塊內的并聯正極控制電子開關(SW1)和部分電芯模塊內的并聯負極控制電子開關(SW2)的導通，同時保持其余控制電子開關的斷開；使電池芯通過先串聯連接再并聯接入電池組輸出端，以獲得不同的電池組輸出端電壓；

(7)、監測模式：

充電和放電過程中，電池組控制器監測每個電芯的實際電壓與電池組溫度；如果參數超過安全閾值，擇立刻終止充電或放電過程；并通過指示燈提示報錯。