[实用新型]电池组在线并联充电串联供电自动转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于电池组在线并联充电串联供电的自动转换装置，充电时电池组自动实现并联状态，用电时自动实现串联状态。

背景技术

电能是一种高级的清洁能源，能量的转化率高，几乎无污染。许多耗电较多的移动机械也逐渐使用电能作为能源。如电动单车和电动汽车已不再是新生事物，已成为社会生活的一部分。这些移动机械多采用大容量蓄电池作为能源。

蓄电池是储存电能的装置，目前市场上使用的大容量蓄电池主要是铅酸电池和锂电池，充电时能将电能转化成化学能，放电时能将化学能转化为电能。

虽然锂电池储电的能量密度高于铅酸电池，但锂电池作为大容量储电设备，还是存在技术相对不成熟、成本高、安全性较差的问题。因此市场主流的大容量储电设备还是以铅酸电池占主导。

铅酸电池的工业化使用已经有上百年的历史，技术也得到了不断的改进。为了提高电池的能量效率，通常将3个或6个电池单元串联做成一块电池，其供电电压为6伏或12伏。在此基础上再将若干块电池串联，形成不同供电电压的电池组，目前市场上多流行36伏、48伏、72伏电池组，相当于将3块、4块或6块12伏电池串联成组。

铅酸电池安全经济，但耐用性仍不能满足人们的需要，特别是不能满足电动交通工具的需要。其主要原因是在目前的技术条件下，电池组充放电300次后电池组容量将下降到90%，此后电池进入快速衰退期。当电池组容量下降到80%后，由于容量下降的电池组很难修复，因此电池组很快报废。

铅酸电池组的容量下降受很多因素影响，有过度放电、硫化、组内某块电池（某电池单元）落后、大电流放电等，但与充电模式也高度相关。

事实证明，电池组的损坏，如电池鼓包、过热、渗漏等，几乎都发生在电池组的充电过程。尽管电池组充电损坏事件的发生与充电器有关，但也与充电模式有很大关系。目前的储电设备的充电模式仍是以串联充电为主。串联充电的最大优势是不用改变电池的连接方式，但容易导致电池组充电损坏，甚至业内形成共识，“电池不是用坏的，而是充坏的”。

电池组是由若干块电池组成的，理论上各块电池甚至各电池单元的性质是均一的，电池内阻也是相同的。但实际上受材料和工艺不均一的影响，各块电池不是严格均一的，电池内阻存在小量差异，其中性能最差的那块电池为落后电池。在串联供电，特别是在串联充电的过程中，此差异将不断放大。因为电池组串联充电时，充电器以落后电池为标准进行充电，而落后电池的容量小，很快就充满，于是充电器就进入浮充状态；而浮充状态电压低，输入的电流小，组内的其他电池也很难能充满，由此导致整个电池组的容量下降。有的充电器为了保障能充满其他电池，会提高浮充电压，但在此情况下，由于落后电池的内阻较大，充电过程中将大量产热，电解液将电解出气体，导致电池失液、鼓包甚至爆炸。而在电池组使用中，落后电池放电较快，其他电池在放电过程中还需对落后电池“充电”，由此拖累了其他电池。于是落后电池在供电和充电过程中对整个电池组具有负面作用，并产生恶性循环。与铅酸电池相似，其他类型的蓄电池也存在类似情况。

打断或减慢此恶性循环的有效措施之一就是采用并联充电和串联供电方式使用电池组，并最好实现自动化转换，以满足快节奏的社会生活。事实表明，并联充电能有效缓解电池组容量下降，延长电池组的使用寿命，这对节约资源保护环境很有意义。

为此也产生了电池组并联充电的相关技术，其中有解决并联充电器或电池问题的，如“单格可同时充电的蓄电池及多路并联充电器”（申请号201010003265.9）；也有解决电池组并联串联转换问题的，如“电池充电机接线器”（申请号200420048315.5），“一种电动车并联充电装置”（申请号201020113699.X），“多动力电池并联充电装置”（201010607290.8），“蓄电池并联充电控制电路”（申请号200520123824.4）。

为移动机械，特别是电单车、电动汽车的电池组并联充电，要解决的首要问题是要实现电池组在线并联和串联的自动转换。也就是说不拆卸电池，能将电池组自动实现并联和串联，并不容易产生操作失败。在已有的并联转换充电技术中，要么是原理性的，要么需要将电池组卸下重新安装到特定装置上进行并联充电，要么不能实现自动转换。因此带来的问题是，停留在理论层面不容易实现，或者存在拆卸操作使用不方便（铅酸电池比较沉重），或者不能实现自动化容易带来并联充电失败（如果电池大幅度放电后出现一次并联充电失败12小时以上，对电池的损害较大）等问题。

发明内容