[发明专利]均衡充电方法及均衡充电器

说明书

技术领域

本发明涉及一种对电池进行充电的方法及充电器，特别是涉及一种铅酸电池的均衡充电的方法以及运用这种方法的均衡充电器。

背景技术

电池是各种电动设备如电动汽车的主要储能元件，是个比较关键的部件，电池的性能将直接影响到电动汽车的性能。

通常使用的可充电电池组是将多个可充电电池进行串联而组成，所以单节电池是构成电池组的基本单元。从对电动汽车的使用过程中发现，电动汽车中的电池组使用寿命远短于单节电池的正常使用寿命，研究表明这是因为电池存处在不均衡的状态中。

在组成串联电池组的单节电池之间，由于一致性不好和其他因素的影响，使得串联电池组在使用中各节电池所表现出的应用性能也有不同，从而形成了木桶效应。当串联电池组处于充电状态时，往往会出现一节电池被充满时，其他电池还处于未充满状态，由于是串联连接，所以，被充满的单节电池处于过充电状态，直至所有单节电池都被充满电。电池的过充电不仅会使电池的使用寿命大大减少，而且还可能发生电池爆裂的危险。而如果为了避免过充，就会存在有单节电池充电不够的问题，充电少的电池的寿命缩短，引起所在的电池组的寿命缩短，从而使整个电池系统的寿命缩短。由此，充放电过程不均衡，不断重复的充放电过程更加剧了不均衡现象，在这样的状态下长期使用，将会使整个串联电池组的性能大大降低，甚至发生电池组过早的损坏。

当发生电池组损坏的情况时，通常采用的办法就是更换整个电池组，尚未发生损坏的单节电池在更换中也同时被废弃，这种做法造成了很大的浪费。为了解决这些问题必须对电池进行综合有效的均衡充电管理。

传统的处理方式有能耗式均衡方法、双向反激直流-直流转换器均衡方法、双向反激直流-直流转换器均衡方法、同轴多绕组变压器(CWT)的进行充放电均衡方法、双向非能耗式电流转换器均衡方法和升降压直流一直流转换器的充电均衡方法等。

能耗式均衡方法的特点是将过剩的能量消耗掉以避免电池受到损害，此种方式会造成能量的浪费。

双向反激直流一直流转换器均衡、双向反激直流-直流转换器均衡方法可以实现一定的实验性均衡效果，但是由于电路带有大量感性元件、结构复杂、电路体积大等缺陷，降低了其实用性。

同轴多绕组变压器(CWT)的进行充放电均衡方法，理论上同轴多绕组变压器均衡可以完全实现蓄电池充放电均衡，并且不需要功率开关的使用，控制也比较简单。但在实际应用中，变压器的寄生效率，尤其是变压器的漏磁，会导致各个端电压并不相同，各电池模块会造成能量紊乱。

双向非能耗式电流转换器均衡方法，双向非能耗式电流转换器均衡方案可以实现一定的实验性均衡效果，但由于电路结构复杂、能量损耗大等缺陷，限制了其实用性。升降压直流一直流转换器的充电均衡方法，升降压直流一直流转换器均衡方案可以实现一定的实验性均衡效果，但由于能量转移过程中损耗较大，局限了均衡效果的实现，降低了其实用性。

美国专利US 6,046,573《电池组均衡充电系统》(System for Equalizing the Level ofCharge in Batteries)，该系统对每节电池的充放电都是通过一个独立的DC-DC转换器实现，其效率会非常低，电路结构复杂，成本高。

中国专利文献CN 1315239C公开了一种《具有均衡充电控制电路的电池组》，该电池组中的单节电池通过均衡充电控制电路被串联在一起，当发生单节电池被充满时，均衡充电控制电路自动切换，停止对被充满的单节电池的充电，同时继续为其他未充满的电池充电，直至所有单节电池均被充满。这种电池组虽然也能获得一定的均衡充电的效果，但是由于其是对整个电池组恒定电流充电，损耗会比较严重，电池组的充电和放电连接方式通过转换开关实现，比较复杂，系统稳定性不好。

中国专利文献CN 101123359A公开了《一种无损均衡充电多节串联电池的充电电路》，它包括多个电池串联连接的电池组，电池组与一个电源供应器相连，使电源充电器提供恒流充电源给电池组，每二个电池之间串联连接一个切换开关，且每一电池并联连接一个精密电压检测器，电压检测器检测的结果传送至充电控制电路。充电控制电路与切换开关相连，以控制切换开关的断合。当检测出一节电池的电压达到饱和时，充电控制电路断开对应该电池的切换开关，该电池停止充电，重复直至完成充电。但是其单体电池检测电路存在浮地问题，检测电路成本很高，而且它只适于低电压电池组，不适于铅酸电池，充电方式也只能用恒流方式充电，实用性不高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种充电效率高、简单易行的均衡充电方法。