專利名稱：多節串聯鋰離子電池組均衡激活充電電路及電池包的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多節串聯鋰離子電池組充電電路，具體是一種多節串聯鋰離子電池組均衡激活充電電路及電池包。
背景技術：
近些年來，電動自行車和電動汽車的應用越來越廣泛，為它們提供能源的是由多節串聯的諸如鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰等鋰離子電池組成的電池組。同時，多種儲能電池的應用也越來越廣泛。這就產生了為這些多節串聯鋰離子電池組充電的問題。目前，大多數鋰離子電池組都采用串聯充電電路。如圖1所示，由一個電源模塊01為由m節串聯的電池組成的電池組充電，形成一個充電回路。其主要問題是當多次充放電后，單節電池之間出現電壓不平衡，也就是電壓不相等的現象。用戶使用一段時間后， 覺得電池組容量減少許多。分析原因是在充電過程中，當電池組中的保護電路02測得其中一節電池的電壓達到上限保護值時就切斷充電電路，這樣就使得大多數電池的電量沒有充足；而在放電過程中，當保護電路測得其中一節電池的電壓低于下限保護值時便切斷電池組電壓輸出，此時大多數電池的電量還沒有放完。這樣的情況反復多次后，電池組的使用容量逐漸減少，嚴重時甚至只能達到額定容量的一半。為解決串聯充電中存在的問題，許多電池組采用了并聯充電電路。如圖2所示，對 m節電池串聯的電池組充電，為每節電池并聯一個電流源模塊01，并且每節電池各用兩根導線與電流源模塊連接，各形成一個充電回路，共形成m個充電回路。其主要問題有以下幾點1)電源模塊使用太多造成成本高；2)導線多，線路復雜使得可靠性下降；幻充電電纜壓降影響測壓精度，4)各電源模塊之間的一致性差，使得各節電池充電不均衡。

實用新型內容本實用新型的一個目的是提供一種多節串聯鋰離子電池組均衡激活充電電路。本實用新型提供的充電電路為由m節鋰離子電池串聯組成的電池組進行充電， 2，各單節電池充滿電時達到最高電壓Vh。充電電路包括工頻變壓器，用以將市電轉換
成與所充電的電池相應的m個次級繞組的輸出電壓；m個整流橋，用以將交流電進行全波整流形成正弦波直流電；m個測壓控制電路，用以檢測每節電池的電壓并關斷充電電路；m+1 根導線，用以連接測壓控制電路與電池以形成充電回路。在每一組充電電路中，工頻變壓器的次級繞組的輸出電壓傳送至整流橋的輸入端，整流橋的輸出端分別連接至測壓控制電路的初級的正極和負極，測壓控制電路的次級的正極和負極分別連接至電池的正極和負極。 相鄰的兩個測壓控制電路的正極和負極相連，共用一條導線連接至相對應的兩個電池的正極和負極的連接處，即相鄰的兩個充電電路共用一條導線。進一步，充電電路還包括由串聯的發光二極管LED和穩壓二極管ZD組成的指示電路，用以表示相應的電池已經停止充電。本實用新型的另一個目的是提供一種電池包。[0008]本實用新型提供的電池包的外殼材料是絕緣材料或絕緣材料加金屬材料，在外殼內部封裝有由m節串聯的鋰離子電池組成的電池組以及上述的充電電路，其中m > 2。本實用新型的電池包在為電池充電的同時維護和保養了電池，并且由于減少了電池與充電電路的外接電纜和插頭，在降低了成本的同時還提高了可靠性。本實用新型充電電路的優越性1、采用普通工頻變壓器和整流橋，成本低可靠性強；2、串充為主，并充為輔，確保每節電池充電量相等3、采用精確“測壓控制電路”確保電池不過充；4、單節電池容量有差異的電池組，經一次充電后，便可保證每節電池的電壓相等；5、由于采用正弦波直流電充電，對電池有激活作用；6、對已“放死”的單體電池，不用打開電池包處理，在“測壓控制電路”的控制下， 可以進行包內“激活”充電。“激活”后的電池可以繼續使用；7、每組充電電路都有LED指示燈，根據指示燈先后亮的時間，可判斷電池好壞狀態；8、相鄰的兩個充電電路共用一條導線，導線數量減少，可靠性提高。因此，利用“均衡激活充電電路”對多節串聯的鋰離子電池組進行充電，實現了對各節電池的均衡充電，同時維護和保養了電池組，不但可保證電池組的使用容量不變，而且可以延長電池組的使用壽命，對已“放死”的電池組，經“激活”充電后，大部分電池組可繼續使用。由于電路簡單可靠，成本很低，維修方便，因此容易產業化生產。

圖1是現有技術的串聯充電電路的示意圖；圖2是現有技術的并聯充電電路的示意圖；圖3是根據本實用新型實施方式的充電電路的示意圖；圖4是本實用新型的充電電路的一組充電電路的示意圖。
具體實施方式
本實用新型介紹一種新型充電電路，其核心技術是“串充自動轉并充控制電路”。 眾所周知，在串聯充電電路中，充入每節電池的電量相等，而在并聯充電電路中容易實現控制每節電池的電壓相等，如果能設計這樣一種電路，在充電過程中，百分之九十的時間是串聯充電，百分之十的時間是并聯充電，這樣就可以實現每節電池充入的電量相等并且電壓也相等的目的。本實用新型為由m節諸如鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰等鋰離子電池串聯組成的電池組進行充電，2，各單節電池充滿電時達到最高電壓Vh。如圖3所示，充電電路包括工頻變壓器101，用以將市電轉換成與所充電的電池相應的m個次級繞組的輸出電壓；m個整流橋102，用以將交流電進行全波整流形成正弦波直流電；m個測壓控制電路103，用以檢測每節電池的電壓并關斷充電電路；m+1根導線，用以連接測壓控制電路103與電池以形成充電回路。在每一組充電電路中，工頻變壓器101的次級繞組的輸出電壓傳送至整流橋102的輸入端，整流橋102的輸出端分別連接至測壓控制電路103 的初級的正極和負極，測壓控制電路103的次級的正極和負極分別連接至電池的正極和負極。相鄰的兩個測壓控制電路103的正極和負極相連，共用一條導線連接至相對應的兩個電池的正極和負極的連接處，即相鄰的兩個充電電路共用一條導線。全波整流形成的直流電壓的峰值電壓Vp略高于最高電壓Vh。采用工頻變壓器而不是電流源模塊，可以降低成本。經整流橋102輸出正弦波直流電，采用正弦波直流電來進行充電有兩個好處一是電路簡單可靠，二是脈動充電電流對電池有激活作用。測壓控制電路103包括電橋電路、運算放大器OpAmp和MOS晶體管，如圖4所示， 用以檢測電池的電壓，并關斷充電電路。電橋電路的輸入端作為測壓控制電路的次級的正極和負極分別連接至電池的正極和負極，電橋電路的輸出端連接至運算放大器，運算放大器的輸出電壓傳送至MOS晶體管的柵極，MOS晶體管作為控制開關串聯在測壓控制電路中接至整流橋的輸出端。當電池的電壓達到最高電壓Vh時，電橋電路檢測到這個電壓，并傳送至運算放大器，運算放大器的輸出電壓變為高電平，MOS晶體管關斷，充電電路斷開，相應的電池停止充電。進一步，在整流橋102的輸出端之間并聯一個指示電路，用以表示相應的電池已經停止充電。如圖4所示，指示電路包括串聯的發光二極管LED和穩壓二極管ZD。當所對應的電池的電壓達到最高電壓Vh時，MOS晶體管關斷，工頻變壓器的空載的次級繞組的電壓升高，整流后的直流電壓升高，穩壓二極管ZD被擊穿，LED發光，表示電池達到最高電壓并停止充電。進一步，在整流橋102的輸出端之間并聯一個電容器C，如圖4所示，用以保證測壓控制電路不再二次啟動。將上述充電電路與由m節串聯的鋰離子電池組成的電池組一起封裝在一個外殼內，構成了本實用新型的電池包，其中m > 2。外殼的材料是絕緣材料或絕緣材料加金屬材料，電池為鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰等鋰離子電池中的一種。下面用12節電池串聯的電池組為例，具體說明充電過程。每節電池的最高電壓為 3. 60V。接通市電交流電220V后，工頻變壓器的12個次級繞組的輸出電壓經12個整流橋整流后的直流電壓的峰值電壓為4V，分別加到12個測壓控制電路，如果每節電池的電壓都低于3. 60V, 12個測壓控制電路全部接通，將12路整流后的電壓串聯起來，總電壓約60V左右，通過第1號導線和第13號導線向電池組串聯充電，此時只有1個串聯充電的回路。當電池組中某節電池達到3. 60V時，對應的測壓控制電路測得此電壓并關斷對應的充電電路。 例如第5號電池首先達到3. 60V，對應的第5號測壓控制電路關斷第5組充電電路，第5號電池停止充電，而其他電池繼續充電。與開始不同的是，此時有兩個串聯充電回路，一路是由第1號導線和第5號導線組成的充電回路，另一路是由第6號導線與第13號導線組成的充電回路。繼續充電，當第9號電池電壓達到3. 60V時，對應的第9號測壓控制電路關斷第 9組整流輸出電路，第9號電池停止充電。此時已形成3個充電回路，第1號導線和第5號導線形成1個回路，第6號導線和第9號導線形成1個回路，第10號導線和第13號導線形成1個回路，繼續充電，以此類推，直到所有電池都充到3. 60V為止。整個充電過程中，大部分時間是串聯充電，這就保證了對每節電池的充電的電量相等。在結束充電過程中，由測壓
5控制電路控制單節電池的停充，由于在串聯充電過程中第2至第12號導線沒有電流，測壓控制電路測得的電壓就是電池電壓，沒有線路壓降的影響，這樣就保證了第2至第11號電池停充電壓的精度。第1號電池和第12號電池由于第1號導線和第13號導線有線路壓降的影響，充電的時間要長一些，但最后停充時的電壓與其他電池相等。 最后需要注意的是，公布實施例的目的在于幫助進一步理解本實用新型，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本實用新型及所附的權利要求的精神和范圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本實用新型不應局限于實施例所公開的內容，本實用新型要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。
權利要求1.一種充電電路，用來為由m節鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰等鋰離子電池串聯組成的電池組進行充電，其特征在于，所述充電電路包括工頻變壓器， 用以將市電轉換成與所充電的電池相應的m個次級繞組的輸出電壓；m個整流橋，用以將交流電進行全波整流形成正弦波直流電；m個測壓控制電路，用以檢測每節電池的電壓并關斷充電電路；m+1根導線，用以連接測壓控制電路與電池以形成充電回路；在每一組充電電路中，工頻變壓器的輸出電壓傳送至整流橋的輸入端，整流橋的輸出端分別連接至測壓控制電路的初級的正極和負極，測壓控制電路的次級的正極和負極分別連接至電池的正極和負極，相鄰的兩個測壓控制電路的正極和負極相連，共用一條導線連接至相對應的兩個電池的正極和負極的連接處，其中m彡2。
2.如權利要求1所述的充電電路，其特征在于，全波整流形成的直流電壓的峰值電壓 Vp高于電池的最高電壓Vh。
3.如權利要求1所述的充電電路，其特征在于，所述測壓控制電路包括電橋電路、運算放大器和MOS晶體管，所述電橋電路的輸入端作為所述測壓控制電路的次級的正極和負極分別連接至電池的正極和負極，所述電橋電路的輸出端連接至所述運算放大器，所述運算放大器的輸出電壓傳送至所述MOS晶體管的柵極，所述MOS晶體管作為控制開關串聯在所述測壓控制電路中接至整流橋的輸出端。
4.如權利要求1所述的充電電路，其特征在于，進一步包括指示電路，所述指示電路并聯在所述整流橋的輸出端，所述指示電路包括串聯的發光二極管LED和穩壓二極管ZD。
5.如權利要求1所述的充電電路，其特征在于，進一步包括電容器，所述電容器并聯在整流橋的輸出端，用以保證所述測壓控制電路不再二次啟動。
6.一種電池包，其主體包括一個外殼，其特征在于，在所述外殼的內部封裝有由m節鋰離子電池組成的電池組以及如權利要求1至5之一所述的充電電路，其中m > 2。
7.如權利要求6所述的電池包，其特征在于，所述電池為鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰等鋰離子電池中的一種。
8.如權利要求6所述的電池包，其特征在于，所述外殼的材料是絕緣材料或絕緣材料加金屬材料。
專利摘要本實用新型公開了一種多節串聯鋰離子電池組均衡激活充電電路及電池包。該充電電路為由m節鋰離子電池串聯組成的電池組進行充電，包括工頻變壓器，用以將市電轉換成與所充電的電池相應的m個次級繞組的輸出電壓；m個整流橋，用以將交流電進行全波整流形成正弦波直流電；m個測壓控制電路，用以檢測每節電池的電壓并關斷充電電路；m+1根導線，用以連接測壓控制電路與電池以形成充電回路。本實用新型對各節電池均衡充電，同時維護和保養了電池組，不但可保證電池組的使用容量不變，而且可以延長電池組的使用壽命，對已“放死”的電池組，經“激活”后，大部分電池組可繼續使用；且電路簡單可靠，成本低，維修方便，容易產業化生產。
文檔編號H02J7/02GK202103444SQ20112017401
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月27日 優先權日2011年5月27日
發明者宋鍇, 汪宏志, 王玉鑫 申請人:北京歐滿德科技發展有限公司