专利名称：一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电能存储系统。
背景技术：
现有技术中汽车、电动车、船舶、潜水艇、UPS电源、电动工具、视听设备等很多设备都 使用串联蓄电池组来存储电能，由于在制造中每个蓄电池在电容量、充电效率、漏电等多方 面不尽相同，经过几乎完全相同的多次充放电循环后产生部分蓄电池早衰从而导致蓄电池组 提前报废就是不可避免的事情。中0i ZL (申请)03156376.7、 02124897.4、 02100307.6和 03118370.0披露了几种主动式蓄电池的均衡充电装置，但都采用了包括与单个蓄电池并联的 开关式放电电路、检测电路、外置单片微型计算机或专用控制装置的闭环控制方式，其过于 复杂、连接线路多、体积大、成本高、不能满足中小型用电设备内空间狭小、广泛使用、要 求低成本、 一体化使用方便的实际需要因而不能采用，ZL03266703.5披露了一种包括与单 个蓄电池并联的开关式放电电路、串联稳压器、电压比较器、温控开关的被动式蓄电池的均 衡充电装置，但存在
1. 静态工作电流过大，仅并联稳压二极管的稳定电流就有数mA，如果与蓄电池一体 化安装会严重影响中小容量蓄电池存储寿命；
2. 稳压二极管的稳压值偏差一般为2—5%，动态内阻一般约20Q，由于稳压值的离 散性、大的动态内阻和稳压二极管的稳压值的温度系数过大f很难把并联在同一串 联蓄电池组上的多个均衡充电装置的主观开关动作电压调整在20mV以内，更难达 到邮电通讯部门提出的铅酸蓄电池组均衡充电电压的小于等于50mV的规范；
3. 并联开关采用V—MOS晶体管，它的G极控制电压至少需要6V，电压比较器输 出的高电平又不可能达到满摆幅，因此不能用于6v以下蓄电池串联组成的蓄电池组， 特别是锂蓄电池串联组成的蓄电池组；
4. 并联的开关式放电电路功耗较大，为了保护均衡充电装置在蓄电池主回路中串入 了温控开关，从一般意义上看就失去了一体化安装的可能性而成为一种专用装置， 给使用带来不方便。
目前，因为均衡充电问题，大多数蓄电池组的实际使用寿命远不能达到蓄电池生产厂家设 计使用寿命，大量提前报废蓄电池，既不经济，还会对环境造成严重的二次污染，问题极待 解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置，其便于与蓄电池一体化 安装，在通常的使用情况下不需要任何措施就可以自动地解决蓄电池组的各个蓄电池均衡充 电维护问题，从而解决蓄电池组实际上没有简单廉价的有效的能广泛使用的使用方便的均衡' 充电措施来对蓄电池组的各个蓄电池均衡充电维护的问题，大大地延长蓄电池组的实际使用 寿命。
本发明的技术解决方案是N个蓄电池串联的蓄电池组，包括与每个蓄电池并联的相同 的放电回路，与每个蓄电池并联的放电回路由精密程控并联稳压器IC1为核心包括电阻 R1，R2,R3和扩流晶体管T1组成的精密衡压分流器[1]和由电阻R0担当的限流熔断器[2]串连 而成的所述自动均衡充电装置组成，其中电阻R1和R2串连，中点连接在精密程控并联稳压 器IC1的Uref引脚上，电阻R3和精密程控并联稳压器IC1串连，中点阴极K连接在扩流晶 体管Tl的基极b上，电阻R2、 R3的左端和扩流晶体管Tl的发射极e并接在a点上，电阻 Rl的右端、精密程控并联稳压器IC1的阳极A和扩流晶体管T1的集电极c并接在b点上， 以模拟方式工作，各个跨接于同一蓄电池组上的各个精密衡压分流器[1的衡压值调节在生产 厂家推荐的蓄电池浮充电电压值的一400mv到屮400mv之间并使彼此之间的衡压值最大差别 不大于20mv,限流熔断器[2]可以选择电阻、电阻熔断器、PTC自恢复保险丝等，其电阻大 小在正常工作时可能出现的最大充电电压条件下应能限制电流在蓄电池额定容量的3%以下， 如果电流过大，发热严重，势必增加散热，其体积难于和蓄电池一体化安装，限流熔断器[2J 的熔断电流可以按被限制电流的2—7倍选取，用于防止在非正常工作状态下断开自动均衡充 电装置和保护蓄电池，由于自动均衡充电装置很小，自动均衡充电装置就可以直接安装在蓄 电池或蓄电池组上，其中限流熔断器[2]的上端与蓄电池的正电极连接，b点与蓄电池的负电 极连接。
有一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置的蓄电池组是这样工作的 当有一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置的蓄电池组连接上以限流定压或衡流定 压或有一段或两段或三段或四段充电控制方式的充电机后自动均衡充电即行开始。在充电中， 前期每个蓄电池的充电电压都低于精密衡压分流器[l]的衡压值，精密衡压分流器[l]不工作， 因为其静态工作电流远小于蓄电池的漏电流(锂蓄电池除外)，故可以视为断开。现假定蓄电 池组中的蓄电池已经失衡，有的开路电压已低于其它有的蓄电池开路电压100mv,在充电后 期，由于蓄电池组中的蓄电池已经失衡，总有蓄电池率先达到并超过精密衡压分流器[l]的衡 压值，并接于这个蓄电池上的自动均衡充电装置开始分流，其分流的大小随充电电压的升高 而加大，蓄电池充电电压越高，自动均衡充电装置分流越大，由于所有蓄电池是串联关系， 因此，实际流入这个蓄电池内部的电流越小。不难看出，从有一个蓄电池充电电压达到并超 过精密衡压分流器U]的衡压值时起，充电就开始向充电电压低的蓄电池倾斜，充电电压越低 的蓄电池充的电就越多，最终必然使蓄电池组中的各个铅酸蓄电池达到充电均衡。
必须说明， 一般新出厂的串联蓄电池组在配组时各蓄电池的各项技术指标都是比较接近 的，其100X荷电的开路不平衡电压一般控制在50nw以内，需要经过多次充放电循环或较长 时间储存后才会出现均衡充电问题，有一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置的蓄电池 组一开始使用，就在一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置的工作下一直保持着有一种 串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置的蓄电池组内各个蓄电池的充电平衡，那种大电流流 过一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置进行均衡充电的情况实际是不成在的，因此它
的实际功耗是很小的，甚至'使得开关式放电能量返回的设计有吋都显得没有必要。
必须说明，有一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置的静态工作电流很小，精密衡压
分流器[l]的衡压值比蓄电池100%荷电的开路电压高，除锂蓄电池外基本上不影晌蓄电池的 存储和增加额外放电。
附图1是一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置在较大容量串联蓄电池组中工作的 电路原理图，其中
El到En是较大容量串联蓄电池组中的N个铅酸蓄电池； [l]是精密衡压分流器 [2]是限流熔断器 [3]是充电机
附图2是一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置在较小容量串联蓄电池组中工作的 电路原理图，其中
El到En是较小容量串联蓄电池组中的N个锂蓄电池； [l]是精密衡压分流器[2]是限流熔断器 [3是充电机
具体实施例方式
如附图1，用天津明佳车业有限公司2003年2月28日出厂的专用12vlOAH的铅酸蓄电池3 个装配有一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置的电动自行车串联铅酸蓄电池组为例
制造3个如附图1中自动均衡充电装置，对应直接贴装在3个铅酸蓄电池顶面上并与铅酸 蓄电池的正负电极连接。
在精密衡压分流器[-l]中选取
R1-22KQ 1/6W 1%误差 R2=100KQ1/6W 1%误差 R3=100Q 1/6W IC1=TL431C T1=TIP42C (B=80 配30mm X 50mmX2mm的平板散热器) 限流熔断器[2]选用熔断电阻器，以利于降低成本
R0=3. 6Q 1W 充电器[3]:
天津明佳车业有限公司生产的36vlOAH的铅酸蓄电池组用具有衡流控制的三段式充电器， 按照原电动自行车说明书要求进行充电作业。
静态电路参数设置
精密衡压分流器[1]的衡压值=13. 890v 偏差小于10mv 自动均衡充电装置静态工作电流"O(mA 限流熔断器[2]R0在1A电流时熔断 将其中一个铅酸蓄电池首先放去03AH容量，然后进行自动均衡充电模拟试验。模拟试 验中，率先达到并超过精密衡压分流器[l]的衡压值的铅酸蓄电池开始分流，其分流按线性关
系进行，满足式 'If:自动均衡充电装置的分流电流Uc:铅酸蓄电池的充电电压
Uh:精密衡压分流器[l]的衡压值
天津明佳车业有限公司生产的36vlOAH的铅酸蓄电池组用具有衡流控制的三段式充电器 的过充电压是每个铅酸蓄电池14,5V，因此自动均衡充电装置的最大分流电流Ifm-170mA。 经过测试， 一个试验的充电过程可以使充电不均衡电压减小27mV。
实际运行在电动自行车上进行，经有一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置的电动自 行车串联铅酸蓄电池组的电动自行车使用3年又7月后铅酸蓄电池充电依然良好，3个铅酸 蓄电池的开路端电压最大偏差仍43mv，此为本发明的一个较佳实施例。
如附图2，采用松下CGR18650锂离子蓄电池10只串连组成36vl.35AH的锂离子蓄电池 组为例
制造10个如附图2中自动均衡充电装置，把它们分别并连接在每个锂离子蓄电池上，因 为设计的最大分流电流为100mA， IC1直接就可以承担，因此省去了扩大分流电流的R3和 晶体管T1，其结构体积更加微小，材料成本更低。
在精密衡压分流器[l]中选取
R1=22KQ 1/6W 1%误差 R2=13KQ 1/6W 1%误差 IC1=TL431C
TL431C的稳定电压精度，温度漂移比稳压二极管优秀2_3个数量级，动态内阻仅0. 22 Q ， 其程控性可以使衡压值调节到任意数值上，彼此偏差不超过10mv也很容易做到，优于大多 数专用充电IC的基准电压Uref的精度，完全适用于锂蓄电池充电使用，早期专用充电IC价 格高，锂离子蓄电池定压衡流充电器就是采用TL431C来稳定充电电压的。
限流熔断器[2]选用电阻熔断器，以利于降低成本
R0=1.0Q 1/4W 充电器[3]:衡流定压式充电机，最高充电电压不超过42v。 静态电路参数设置
精密衡压分流器[1]的衡压值=4. 100v偏差小于10mv
自动均衡充电装置静态工作电流<400从 限流熔断器[2]R0在0.5A电流时熔断 经过模拟试验，36々1.35AH的锂离子蓄电池组组内原最大不均衡电压为73mv，经一次充 电减小到最大不均衡电压为9mv,此为本发明的另一个较佳实施例。
本发明的一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置，其便于与蓄电池一体化安装， 在通常的使用情况下不需要任何措施就可以自动地解决蓄电池组的各个蓄电池均衡充电维护
问题，从而解决蓄电纟iMa实际上没有简单廉价的有效的能广泛使用的使用方便的均衡充电措
施来对蓄电池组的各个蓄电池均衡充电维护的问题，大大地延长蓄电池组的实际使用寿命。
权利要求
1.一种蓄电池串联充电的自动均衡充电装置，包括与每个蓄电池并联的相同的放电回路，其特征是与每个蓄电池并联的放电回路由精密程控并联稳压器IC1为核心包括电阻R1，R2，R3和扩流晶体管T1组成的精密衡压分流器[1]和由电阻R0担当的限流熔断器[2]串连而成的所述自动均衡充电装置组成，其中电阻R1和R2串连，中点连接在精密程控并联稳压器IC1的Uref引脚上，电阻R3和精密程控并联稳压器IC1串连，中点阴极K连接在扩流晶体管T1的基极b上，电阻R2、R3的左端和扩流晶体管T1的发射极e并接在a点上，电阻R1的右端、精密程控并联稳压器IC1的阳极A和扩流晶体管T1的集电极c并接在b点上，以模拟方式工作，各个跨接于同一蓄电池组上的各个精密衡压分流器[1]的衡压值调节在生产厂家推荐的蓄电池浮充电电压值的-400mv到+400mv之间并使彼此之间的衡压值最大差别不大于20mv。
2. 根据权利要求1所述的一种蓄电池串联充电的自动均衡充电装置，其特征是所述的自动均衡充电装置直接安装在蓄电池或蓄电池组上，其中限流熔断器[2]的上端与蓄电池的正电极连接，b点与蓄电池的负电极连接。
全文摘要
一种串联蓄电池组充电的自动均衡充电装置，一一对应地安装在串联蓄电池组的每个电池上，均衡充电装置由精密衡压分流器[1]和限流熔断器[2]串连组成。它可以长期自动地使串联蓄电池组中的蓄电池得到均衡充电，大大地延长蓄电池组的实际使用寿命。本发明具有电路简单，体积小，成本低廉，使用效果好的特点，适用于各种串联蓄电池组用于不需要任何措施就可以自动解决均衡充电问题。
文档编号H02J7/02GK101162847SQ200610022020
公开日2008年4月16日 申请日期2006年10月10日 优先权日2006年10月10日
发明者伍占禧 申请人:伍占禧