CN103326437A - 一种多串锂电池组的并联充电电路及其并联充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多串锂电池组的并联充电电路，其包括一个充电机和组成以及元器件完全相同的N串锂电充电及保护电路，充电机的直流电压正输出端和直流电压负输出端分别与正直流母线和负直流母线连接，N串锂电充电及保护电路包括充电电路以及电压、电流和温度检测电路，充电电路是包括电流控制环路的隔离DC/DC充电电路，N串锂电充电及保护电路还包括CPU和通讯电路。本发明还公开了一种多串锂电池组的并联充电方法，依次有以下步骤：1)充电初始化；2)启动充电；3)全部充电完毕；4)上报数据。本发明可以保证多串锂电池中的每串锂电池都能充满，使整组电池具有最大放电容量，可显著增加电池的续航能力，延长电池组的循环使用寿命。

Description

一种多串锂电池组的并联充电电路及其并联充电方法

技术领域

本发明涉及电池充电，尤其是涉及一种多串锂电池组的并联充电电路及其并联充电方法。

背景技术

现有多串锂电池组通常是采用串联充电的方法，所述多串锂电池组是包括首串锂电池和末串锂电池的N串锂电池依次串联连接的多串锂电池组，N是等于或大于2的正整数，N串即是至少两串，多串锂电池组的串联充电电路包括一个充电机和组成相同的N个充电保护电路，充电机的直流电压正输出端和直流电压负输出端分别与正直流母线和负直流母线连接，正直流母线与多串锂电池组的正极即首串锂电池的正极连接，负直流母线与多串锂电池组的负极即末串锂电池的负极连接，充电机工作即可进行充电，N个充电保护电路是过充保护电路，包括电压检测电路，还可以包括电流检测电路和/或温度检测电路，电压检测电路的检测器件的两端分别与相应串锂电池的正极和负极连接，电流检测电路的检测器件串联连接在相应串锂电池的正极与正直流母线之间，或串联连接在相应串锂电池的负极与负直流母线之间，温度检测电路的检测器件的两端分别与相应串锂电池的正极和负极连接。

多串锂电池组的串联充电的方法依次有以下步骤：将包括首串锂电池和末串锂电池的N串锂电池依次串联连接的多串锂电池组，N是等于或大于2的正整数，N串即是至少两串；将充电机的直流电压正输出端和直流电压负输出端分别与正直流母线和负直流母线连接；最后将正直流母线连接至多串锂电池组的正极即首串锂电池的正极、负直流母线连接至多串锂电池组的负极即末串锂电池的负极进行充电。在充电过程中，只要其中一串锂电池发生过充保护而停止充电，其它串锂电池也停止充电，因此，采用串联充电的方法不能确保多串锂电池组中的每串锂电池都能充满，从而，限制了多串锂电池组的放电容量，降低了多串锂电池组的循环使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种多串锂电池组的并联充电电路。

本发明所要解决的另一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种多串锂电池组的并联充电方法。

本发明的多串锂电池组的并联充电电路技术问题通过以下技术方案予以解决。

这种多串锂电池组的并联充电电路，所述多串锂电池组是包括首串锂电池和末串锂电池的N串锂电池依次串联连接的多串锂电池组，N是等于或大于2的正整数，N串即是至少两串，所述并联充电电路包括一个充电机和组成以及元器件完全相同的N串锂电充电及保护电路，所述充电机的直流电压正输出端和直流电压负输出端分别与正直流母线和负直流母线连接，所述N串锂电充电及保护电路包括充电电路以及电压、电流和温度检测电路。

这种多串锂电池组的并联充电电路的特点是：

所述充电电路是包括电流控制环路的隔离直流/直流变换器(Directcurrent/Direct current converter，缩略词为DC/DC)充电电路，所述隔离DC/DC充电电路的两个输入端分别与所述正直流母线和负直流母线连接，所述隔离DC/DC充电电路的两个输出端分别与相应串锂电池的正极和负极连接，所述隔离DC/DC充电电路用于将所述充电机的电能传递给相应串锂电池单独充电。

所述N串锂电充电及保护电路还包括CPU和通讯电路，所述CPU的一端与相应串的隔离DC/DC充电电路的电流控制环路的控制端连接，用于控制隔离DC/DC充电电路给单串锂电池恒流充电的输出电流，实现单串锂电池的充电，结束充电后不影响其它串锂电池的充电，所述CPU的又一端与所述电压、电流和温度检测电路的控制端连接，用于控制电压、电流和温度检测电路检测单串锂电池的电压、电流和温度，并对检测的数据进行处理，包括计算相应串锂电池的容量以及根据处理结果关闭或开启所述隔离DC/DC充电电路，所述CPU的另一端与所述通讯电路连接，所述通讯电路与外部通讯母线连接，所述通讯电路接受所述CPU的控制，用于将所述CPU处理的相应串锂电池的电压、电流、温度和容量数据通过外部通讯母线发送至具备通讯接口的人机界面。

本发明的多串锂电池组的并联充电电路技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。

所述隔离DC/DC充电电路，是由高频开关控制的典型的隔离DC/DC充电电路。

所述CPU，是内嵌有充电控制程序、检测程序和通讯程序的微处理器。

所述电压、电流和温度检测电路包括分立设置的电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路，所述电压、电流和温度检测电路用于检测相应串锂电池的电压、电流和温度。

所述通讯电路包括多节点串联通讯接口。

本发明的多串锂电池组的并联充电方法技术问题通过以下技术方案予以解决。

这种多串锂电池组的并联充电方法，采用上述的多串锂电池组的并联充电电路进行电池充电。

这种多串锂电池组的并联充电方法的特点是：

依次有以下步骤：

1)充电初始化，包括以下子步骤：

1·1)由N串锂电充电及保护电路中的CPU通过各个相应串的电压、电流和温度检测电路检测各个相应串锂电池的电压、电流和温度是否都在安全范围内；

1·2)如果某串锂电池的电压和/或电流和/或温度异常不在安全范围内，由CPU发送报警指令至相应串的隔离DC/DC充电电路，由相应串的隔离DC/DC充电电路结束该串锂电池的充电，如果相应串锂电池的电压、电流和温度都正常在安全范围内，进入步骤2)；

2)启动充电，包括以下子步骤：

2·1)由N串锂电充电及保护电路中的CPU始终通过各个相应串的电压、电流和温度检测电路实时检测充电电流，并实时调整相应串的隔离DC/DC充电电路的输出电压，保证该串锂电池在充电初期按设定的充电电流恒流充电；

2·2)由N串锂电充电及保护电路中的CPU始终通过各个相应串的电压、电流和温度检测电路实时检测充电电压，如果某串锂电池的充电电压达到设定的过压保护点时，N串锂电充电及保护电路中的CPU实时调整相应串的隔离DC/DC充电电路的输出电流，保证该串锂电池在恒流充电结束后转为涓流充电；

2·3)N串锂电充电及保护电路中的CPU始终通过各个相应串的电压、电流和温度检测电路实时检测各个相应串的锂电池的电压、电流、温度和容量，如果发生过压、过温或过流，由CPU发送报警指令至相应串的隔离DC/DC充电电路，通过降低相应串的隔离DC/DC充电电路的输出电压、充电电流实施过压、过流和过温保护，并由相应串的隔离DC/DC充电电路结束充电，如果各个相应串的锂电池的电压、电流、温度和容量正常，进入步骤3)；

3)全部充电完毕：

各个相应串的锂电池的充电电压值达到设定的单体保护电压阈值时，N串锂电充电及保护电路中的CPU通过发出指令关闭相应串的隔离DC/DC充电电路，结束充电，不影响其它串锂电池的充电；

4)上报数据：

通过通讯接口将N串锂电充电及保护电路中的CPU处理的各个相应串锂电池的电压、电流、温度和容量数据通过外部通讯母线发送至具备通讯接口的人机界面。

本发明的多串锂电池组的并联充电方法技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。

所述隔离DC/DC充电电路，是由高频开关控制的典型的隔离DC/DC充电电路。

所述CPU，是内嵌有充电控制程序、检测程序和通讯程序的微处理器。

所述电压、电流和温度检测电路包括分立设置的电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路，所述电压、电流和温度检测电路用于检测相应串锂电池的电压、电流和温度。

所述通讯电路包括多节点串联通讯接口。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

多串锂电池采用本发明的并联充电电路和并联充电方法，可以保证每串锂电池都能充满，使整组电池具有最大放电容量，可显著增加电池的续航能力，延长电池组的循环使用寿命。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的并联充电电路图；

图2是图1的并联充电电路的并联充电方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进行说明。

一种如图1所示的多串锂电池组的并联充电电路，多串锂电池组是包括首串锂电池和末串锂电池的N串锂电池依次串联连接的多串锂电池组，N是等于或大于2的正整数，N串即是至少两串，并联充电电路包括一个充电机和组成以及元器件完全相同的N串锂电充电及保护电路，充电机的直流电压正输出端和直流电压负输出端分别与正直流母线和负直流母线连接，N串锂电充电及保护电路包括充电电路以及电压、电流和温度检测电路。

充电电路是包括电流控制环路的由高频开关控制的典型的隔离DC/DC充电电路，其两个输入端分别与正直流母线和负直流母线连接，其两个输出端分别与相应串锂电池的正极和负极连接，隔离DC/DC充电电路用于将充电机的电能传递给相应串锂电池单独充电。

电压、电流和温度检测电路包括分立设置的电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路，电压、电流和温度检测电路用于检测相应串锂电池的电压、电流和温度。

N串锂电充电及保护电路还包括CPU和通讯电路，CPU是内嵌有充电控制程序、检测程序和通讯程序的微处理器，CPU的一端与相应串的隔离DC/DC充电电路的电流控制环路的控制端连接，用于控制隔离DC/DC充电电路给单串锂电池恒流充电的输出电流，实现单串锂电池的充电，结束充电后不影响其它串锂电池的充电，CPU的又一端与电压、电流和温度检测电路的控制端连接，用于控制电压、电流和温度检测电路检测单串锂电池的电压、电流和温度，并对检测的数据进行处理，包括计算相应串锂电池的容量以及根据处理结果关闭或开启隔离DC/DC充电电路，CPU的另一端与通讯电路连接，通讯电路包括与外部通讯母线连接的多节点串联通讯接口，通讯电路接受CPU的控制，用于将CPU处理的相应串锂电池的电压、电流、温度和容量数据通过外部通讯母线发送至具备通讯接口的人机界面。

采用本具体实施方式的并联充电电路的并联充电方法如图2所示，依次有以下步骤：

1)充电初始化，包括以下子步骤：

1·1)由N串锂电充电及保护电路中的CPU通过各个相应串的电压、电流和温度检测电路检测各个相应串锂电池的电压、电流和温度是否都在安全范围内；

1·2)如果某串锂电池的电压和/或电流和/或温度异常不在安全范围内，由CPU发送报警指令至相应串的隔离DC/DC充电电路，由相应串的隔离DC/DC充电电路结束该串锂电池的充电，如果相应串锂电池的电压、电流和温度都正常在安全范围内，进入步骤2)；

2)启动充电，包括以下子步骤：

2·1)由N串锂电充电及保护电路中的CPU始终通过各个相应串的电压、电流和温度检测电路实时检测充电电流，并实时调整相应串的隔离DC/DC充电电路的输出电压，保证该串锂电池在充电初期按设定的充电电流恒流充电；

2·2)由N串锂电充电及保护电路中的CPU始终通过各个相应串的电压、电流和温度检测电路实时检测充电电压，如果某串锂电池的充电电压达到设定的过压保护点时，N串锂电充电及保护电路中的CPU实时调整相应串的隔离DC/DC充电电路的输出电流，保证该串锂电池在恒流充电结束后转为涓流充电；

2·3)N串锂电充电及保护电路中的CPU始终通过各个相应串的电压、电流和温度检测电路实时检测各个相应串的锂电池的电压、电流、温度和容量，如果发生过压、过温或过流，由CPU发送报警指令至相应串的隔离DC/DC充电电路，通过降低相应串的隔离DC/DC充电电路的输出电压、充电电流实施过压、过流和过温保护，并由相应串的隔离DC/DC充电电路结束充电，如果各个相应串的锂电池的电压、电流、温度和容量正常，进入步骤3)；

3)全部充电完毕：

各个相应串的锂电池的充电电压值达到设定的单体保护电压阈值时，N串锂电充电及保护电路中的CPU通过发出指令关闭相应串的隔离DC/DC充电电路，结束充电，不影响其它串锂电池的充电；

4)上报数据：

通过通讯接口将N串锂电充电及保护电路中的CPU处理的各个相应串锂电池的电压、电流、温度和容量数据通过外部通讯母线发送至具备通讯接口的人机界面。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种多串锂电池组的并联充电电路，所述多串锂电池组是包括首串锂电池和末串锂电池的N串锂电池依次串联连接的多串锂电池组，N是等于或大于2的正整数，N串即是至少两串，所述并联充电电路包括一个充电机和组成以及元器件完全相同的N串锂电充电及保护电路，所述充电机的直流电压正输出端和直流电压负输出端分别与正直流母线和负直流母线连接，所述N串锂电充电及保护电路包括充电电路以及电压、电流和温度检测电路，其特征在于：

所述充电电路是包括电流控制环路的隔离直流/直流变换器DC/DC充电电路，所述隔离DC/DC充电电路的两个输入端分别与所述正直流母线和负直流母线连接，所述隔离DC/DC充电电路的两个输出端分别与相应串锂电池的正极和负极连接，所述隔离DC/DC充电电路用于将所述充电机的电能传递给相应串锂电池单独充电；

所述N串锂电充电及保护电路还包括CPU和通讯电路，所述CPU的一端与相应串的隔离DC/DC充电电路的电流控制环路的控制端连接，用于控制隔离DC/DC充电电路给单串锂电池恒流充电的输出电流，实现单串锂电池的充电，结束充电后不影响其它串锂电池的充电，所述CPU的又一端与所述电压、电流和温度检测电路的控制端连接，用于控制电压、电流和温度检测电路检测单串锂电池的电压、电流和温度，并对检测的数据进行处理，包括计算相应串锂电池的容量以及根据处理结果关闭或开启所述隔离DC/DC充电电路，所述CPU的另一端与所述通讯电路连接，所述通讯电路与外部通讯母线连接，所述通讯电路接受所述CPU的控制，用于将所述CPU处理的相应串锂电池的电压、电流、温度和容量数据通过外部通讯母线发送至具备通讯接口的人机界面。

2.如权利要求1所述的多串锂电池组的并联充电电路，其特征在于：

所述隔离DC/DC充电电路，是由高频开关控制的典型的隔离DC/DC充电电路。

3.如权利要求2所述的多串锂电池组的并联充电电路，其特征在于：

所述CPU，是内嵌有充电控制程序、检测程序和通讯程序的微处理器。

4.如权利要求3所述的多串锂电池组的并联充电电路，其特征在于：

所述电压、电流和温度检测电路包括分立设置的电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路，所述电压、电流和温度检测电路用于检测相应串锂电池的电压、电流和温度。

5.如权利要求4所述的多串锂电池组的并联充电电路，其特征在于：

所述通讯电路包括多节点串联通讯接口。

6.一种采用如权利要求1～5任意一项的多串锂电池组的并联充电电路的充电方法，其特征在于：

依次有以下步骤：

1)充电初始化，包括以下子步骤：

1·1)由N串锂电充电及保护电路中的CPU通过各个相应串的电压、电流和温度检测电路检测各个相应串锂电池的电压、电流和温度是否都在安全范围内；

1·2)如果某串锂电池的电压和/或电流和/或温度异常不在安全范围内，由CPU发送报警指令至相应串的隔离DC/DC充电电路，由相应串的隔离DC/DC充电电路结束该串锂电池的充电，如果相应串锂电池的电压、电流和温度都正常在安全范围内，进入步骤2)；

2)启动充电，包括以下子步骤：

2·1)由N串锂电充电及保护电路中的CPU始终通过各个相应串的电压、电流和温度检测电路实时检测充电电流，并实时调整相应串的隔离DC/DC充电电路的输出电压，保证该串锂电池在充电初期按设定的充电电流恒流充电；

2·2)由N串锂电充电及保护电路中的CPU始终通过各个相应串的电压、电流和温度检测电路实时检测充电电压，如果某串锂电池的充电电压达到设定的过压保护点时，N串锂电充电及保护电路中的CPU实时调整相应串的隔离DC/DC充电电路的输出电流，保证该串锂电池在恒流充电结束后转为涓流充电；

2·3)N串锂电充电及保护电路中的CPU始终通过各个相应串的电压、电流和温度检测电路实时检测各个相应串的锂电池的电压、电流、温度和容量，如果发生过压、过温或过流，由CPU发送报警指令至相应串的隔离DC/DC充电电路，通过降低相应串的隔离DC/DC充电电路的输出电压、充电电流实施过压、过流和过温保护，并由相应串的隔离DC/DC充电电路结束充电，如果各个相应串的锂电池的电压、电流、温度和容量正常，进入步骤3)；

3)全部充电完毕：

各个相应串的锂电池的充电电压值达到设定的单体保护电压阈值时，N串锂电充电及保护电路中的CPU通过发出指令关闭相应串的隔离DC/DC充电电路，结束充电，不影响其它串锂电池的充电；

4)上报数据：

通过通讯接口将N串锂电充电及保护电路中的CPU处理的各个相应串锂电池的电压、电流、温度和容量数据通过外部通讯母线发送至具备通讯接口的人机界面。

7.如权利要求6所述的多串锂电池组的并联充电方法，其特征在于：

所述隔离DC/DC充电电路，是由高频开关控制的典型的隔离DC/DC充电电路。

8.如权利要求7所述的多串锂电池组的并联充电方法，其特征在于：

所述CPU，是内嵌有充电控制程序、检测程序和通讯程序的微处理器。

9.如权利要求8所述的多串锂电池组的并联充电方法，其特征在于：

所述电压、电流和温度检测电路包括分立设置的电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路，所述电压、电流和温度检测电路用于检测相应串锂电池的电压、电流和温度。

10.如权利要求9所述的多串锂电池组的并联充电方法，其特征在于：

所述通讯电路包括多节点串联通讯接口。

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