充电装置及充电方法

充电装置及充电方法
【专利摘要】本发明公开了一种给具有多个电池单元的电池包充电的充电系统和充电方法。所述充电系统包括电池管理系统和充电器，其中电池管理系统对每个电池单元的电池电压进行监测，并根据在同一时刻电池电压的最大值与电池电压的最小值的差值生成状态信号；充电器从电池管理系统接收状态信号，根据所述状态信号设置第一充电电压以及第一电流值和第二电流值交替周期性出现的第一充电电流，对所述电池包进行第一脉冲充电阶段的充电。本发明根据电池单元的不同状态设置不同的充电电流和充电电压，以提高电池容量，保护电池。
【专利说明】充电装置及充电方法【技术领域】
[0001]本发明涉及电池充电【技术领域】，特别涉及一种铅酸电池的充电装置及充电方法。【背景技术】
[0002]充电电池作为能源提供者在产品上的应用非常广泛。生活中使用的各种电子产品，如相机、各种类型的音频播放器、电动玩具等，所使用的充电电池通常是标准型号的充电电池，如5号充电电池、7号充电电池。由于电池体积小、充电及使用过程相对简单，这些充电电池的电能用完后，可以使用标准的充电器直接对电池进行充电。
[0003]而对于另一些产品，如电动自行车、电动三轮车或者电动汽车，由于车体及附属部件的重量大，并且为了维持足够的行驶里程，需要具有多个电池单元的大容量充电电池以提供足够的能量 。
[0004]如图1所示为传统的铅酸电池充电系统，包括电池包102和充电器104，直接由充电器104对电池包102进行充电。由于充电器104无法得知电池包102中电池的使用状况及各种状态，所以只能采用一种固定的充电设置对电池包102进行充电，例如采用固定的恒流充电和恒压充电。恒流充电和恒压充电是现有技术中常见的充电方法。充电器设置好恒定的充电电压和恒定的充电电流，先开始恒流充电充电阶段，然后进入恒压充电阶段。在恒流充电阶段，充电器设置的充电电压大于电池电压，由于充电器不是理想的恒压源，充电器的输出电压被拉低至电池电压，充电器实际输出的电流等于设定的充电电流。随着恒流充电的进行，电池电压逐渐升高。当电池电压上升至充电器设定的充电电压时，电池电压保持恒定不再上升，进入恒压充电阶段。在恒压充电阶段，随着充电的进行，电池内阻逐渐变大，由于充电器不是一个理想的电流源，充电器输出的电流小于充电器设定的充电电流并且逐渐减小，直至充电结束。
[0005]然而,在铅酸电池使用过程中，电池包102的电池容量会随着不断的使用而逐渐降低。当电池包102的电池容量下降到一定程度时，会导致电池包102的寿命终止。图1所示的现有的铅酸电池充电系统，对不同的电池包或同一电池包的不同使用阶段均采用固定的恒流充电和恒压充电方法，可能会造成电池欠充或过充，进一步加剧电池容量下降，这是造成电池寿命缩减的重要因素。

【发明内容】

[0006]本发明要解决的技术问题在于提供一种充电方法以及一种充电系统，用于对具有多个电池单元的电池包进行充电。
[0007]本发明提供了一种给具有多个电池单元的电池包充电的方法，所述方法包括:对所述电池包的每个电池单元的电池电压进行监测；根据在同一时刻所述多个电池单元中所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值生成状态信号；以及根据所述状态信号设置第一充电电压以及第一电流值和第二电流值交替周期性出现的第一充电电流，对所述电池包进行第一脉冲充电阶段的充电。[0008]本发明还提供了一种充电系统，用于给具有多个电池单元的电池包充电，所述充电系统包括:电池管理系统，用于对所述电池包的每个电池单元的电池电压进行监测，并根据同一时刻所述多个电池单元中的所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值生成状态信号；以及充电器，用于从所述电池管理系统接收所述状态信号，并根据所述状态信号设置第一充电电压以及第一电流值和第二电流值交替周期性出现的第一充电电流，以对所述电池包进行第一脉冲充电阶段的充电。
[0009]本发明还提供了一种给具有多个电池单元的电池包充电的方法，所述方法包括:接收表征在同一时刻所述多个电池单元中的电池电压的最大值与所述多个电池单元中的电池电压的最小值的差值的状态信号；以及根据所述状态信号设置在第一脉冲充电阶段的第一充电电压以及第一电流值和第二电流值交替周期性出现的第一充电电流。
[0010]本发明还提供了一种充电控制模块，用于给具有多个电池单元的电池包充电，所述充电控制模块包括:信号接收模块，用于接收表征在同一时刻所述多个电池单元中的电池电压的最大值与所述多个电池单元中的电池电压的最小值的差值的状态信号；第一脉冲充电模块，用于根据所述状态信号设置第一电流值和第二电流值交替周期性出现的第一充电电流和第一充电电压。本发明所述的充电方法以及充电系统能够根据电池的不同状态使用不同的充电设置，提高电池容量，有效保护电池。
【专利附图】

【附图说明】
[0011]以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
[0012]图1所示为一种传统的铅酸电池充电系统的结构框图；
[0013]图2所示为根据本发明一个实施例的用于给具有多个电池单元的电池包充电的充电系统的结构框图；
[0014]图3所示为根据本发明一个实施例的给具有多个电池单元的电池包充电的方法的流程图；
[0015]图4所示为图2中充电器所采用的给具有多个电池单元的电池包充电的方法流程图；
[0016]图5所示为根据本发明一个实施例的充电控制模块的结构框图。
【具体实施方式】
[0017]以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。
[0018]另外，为了更好的说明本发明，在下文的【具体实施方式】中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
[0019]图2示出了根据本发明一个实施例的铅酸电池充电系统，包括电池包202、充电器204和电池管理系统(Battery Management System,简称BMS) 206。电池包202包括多个电池单元,每个电池单元相互串联或者并联在一起。BMS 206对电池包202中的每个电池单元进行监控，并根据每个电池单元的状态生成相应的状态信号。BMS 206将状态信号传递给充电器204。充电器204根据状态信号设置充电电压和充电电流以对电池包202进行充电。
[0020]在一个实施例中，BMS 206用于对电池包202的每个电池单元的电池电压进行监测，并从同一时刻所监测到的电池包202多个电池单元的电池电压中选择电池电压的最大值与电池电压的最小值，根据所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值生成状态信号。充电器204从BMS 206接收所述状态信号后，根据所述状态信号设置第一电流值和第二电流值交替周期性出现的第一充电电流以及第一充电电压，对电池包202进行第一脉冲充电阶段的充电。
[0021]有利的是，在第一脉冲充电阶段，BMS 206和充电器204根据电池状态的不同设置了不同的脉冲电流，可以对电池极板上的硫酸铅进行不同程度的电流冲击，使其参与氧化还原反应，提高了电池包202的充电接收能力。
[0022]在一个实施例中，在所述第一脉冲充电阶段后，充电器204设置第二充电电流和第二充电电压，对电池包202进行恒压充电阶段的充电。其中，所述第二充电电压的电压值小于所述第一充电电压，第二充电电流可以但不限于设定为与第一充电电流相同。有利的是，采用较低电压的恒压充电阶段，可以减少电池发热，有效降低电池包202中电池单元的失水。
[0023]在一个实施例中，在所述恒压充电阶段后，充电器204设置第三充电电压和为脉冲电流的第三充电电流，对电池包202进行第二脉冲充电阶段的充电。有利的是，所述第二脉冲充电阶段可以对电池极板上的硫酸铅进行进一步的电流冲击，使其参与氧化还原反应，进一步提高电池包202的充电接收能力。
[0024]图3所述为根据本发明一个实施例的给具有多个电池单元的电池包充电的方法的流程图。图3将结合图2进行描述，图3和图2中的相同的部件/单元具有相同的功能。
[0025]在步骤302中，BMS 206对电池包202中每个电池单元的电池电压进行监测；在步骤304中，BMS 206根据同一时刻所有电池单元中所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值生成状态信号；在步骤306中，充电器204从BMS 206接收表征所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值的状态信号，并根据所述状态信号设置第一充电电压以及第一电流值和第二电流值交替周期性出现的第一充电电流，对电池包202进行第一脉冲充电阶段的充电；在步骤308中，在所述第一脉冲充电阶段后，充电器204对电池包202进行恒压充电阶段的充电，在恒压充电阶段充电器设置第二充电电流和电压值小于所述第一充电电压的第二充电电压；在步骤310中，在恒压充电阶段后，充电器204对电池包202进行第二脉冲充电阶段的充电，在第二脉冲充电阶段充电器204设置第三充电电压和为脉冲电流的第三充电电流。
[0026]此外，在本发明的另一个具体实施例中，也可以由BMS 206代替充电器204设定各个充电阶段的充电电压和充电电流，并将所设定的充电电压和充电电流传输给充电器204，以使充电器204以设定的充电电压和充电电流对电池包202进行充电。
[0027]如果开始充电时电池包电压Vbattey低于预设的电池包电压值,例如45.6伏,贝Ij表示电池包202已经过放电。为了保护电池包202，需要使用小电流先对电池包202进行预充电。当电池包电压Vbattey升至预设的电池包电压值时，预充电阶段结束，进入第一脉冲充电阶段。
[0028]电池包202中同一时刻所有电池单元的电压值的最大值与最小值的差称为这一时刻的最大模组压差。最大模组压差越小，表示电池的均衡性越好，电池的老化程度越轻。BMS 206对每个电池单元的电池电压进行检测，计算出最大模组压差，并生成相应的状态信号。进入第一脉冲充电阶段后，充电器204接收到表征最大模组压差的状态信号后设定第一脉冲充电阶段的充电电压Vct (即第一充电电压)和充电电流Icc (即第一充电电流)。
[0029]以标称电压为48伏的电池包举例说明，充电器204根据BMS 206的状态信号对第一脉冲充电阶段的充电电压Vev和充电电流I。。的设置可参见表1。在一个实施例中，充电器204可以设置不同充电阶段，各个充电阶段的充电电压和充电电流的设置参见表2。本领域的技术人员应当理解，表1和表2对于充电阶段以及充电电压和充电电流的设置只是一种示例，本发明并不局限于此，充电器204还可以有其他不同的设置。如表1所示，在第一脉冲充电阶段，最大模组压差越大，充电器204设定的充电电压越大。增大充电器设定的充电电压，有利于修复电池的老化程度。同时，在第一脉冲充电阶段，充电器204设置的充电电流为第一电流值和第二电流值交替周期性出现的脉冲电流。在一个实施例中，在50毫秒的周期内，第一电流值持续15毫秒后第二电流值持续35毫秒。更进一步，第一电流值根据最大模组压差的不同而变化，第二电流值保持恒定值例如3安陪，第一电流值小于或等于第二电流值。当最大模组压差小于或等于预设电压值，例如100毫伏时，表征电池包202的均衡性较好。此时第一电流值最大，第二电流值和第一电流值之间的差值最小，例如第一电流值等于第二电流值，都为3安培，此时充电器204处于传统的恒流充电阶段。当最大模组压差大于预设电压值100毫伏，第一电流值小于第二电流值。最大模组压差越大，充电器204设定的第一电流值越小,第二电流值和第一电流值之间的差值越大。因为第二电流值保持恒定，所以最大模组压差越大，第一脉冲充电阶段平均电流值越小。
[0030]表1:
[0031]
【权利要求】
1.一种给具有多个电池单元的电池包充电的方法，所述方法包括: 对所述电池包的每个电池单元的电池电压进行监测； 根据在同一时刻所述多个电池单元中所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值生成状态信号；以及 根据所述状态信号设置第一充电电压以及第一电流值和第二电流值交替周期性出现的第一充电电流，对所述电池包进行第一脉冲充电阶段的充电。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个电池单元中的所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值越大，则设置所述第一电流值越小。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个电池单元中的所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值越大，则设置所述第一电流值和所述第二电流值之间的差值越大。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述多个电池单元中的所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值小于预设电压值时，设置所述第一电流值等于所述第二电流值；以及当所述多个电池单元中的所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值大于所述预设电压值时，设置所述第一电流值小于所述第二电流值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个电池单元中的所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值越大，则设置所述第一充电电压越大。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在所述第一脉冲充电阶段后对所述电池包进行恒压充电阶段的充电，其中在所述恒压充电阶段，设置第二充电电流和电压值小于所述第一充电电压的第二充电电压。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，设置的所述第二充电电流与所述第一充电电流相同。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述第一脉冲充电阶段的电池包电压等于第一充电电压时，切换到所述恒压充电阶段对所述电池包进行充电。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在所述恒压充电阶段后对所述电池包进行第二脉冲充电阶段的充电，其中在所述第二脉冲充电阶段，设置第三充电电压和为脉冲电流的第三充电电流。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，设置的所述第三充电电压与所述第一充电电压相同。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，设置的所述第三充电电压大于所述第一充电电压。
12.一种充电系统，用于给具有多个电池单元的电池包充电，其特征在于，所述充电系统包括: 电池管理系统，用于对所述电池包的每个电池单元的电池电压进行监测，并根据同一时刻所述多个电池单元中的所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值生成状态信号；以及 充电器，用于从所述电池管理系统接收所述状态信号，并根据所述状态信号设置第一充电电压以及第一电流值和第二电流值交替周期性出现的第一充电电流，对所述电池包进行第一脉冲充电阶段的充电。
13.根据权利要求12所述的充电系统，其特征在于，所述多个电池单元中的所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值越大，则所述充电器设置所述第一电流值越小。
14.根据权利要求12所述的充电系统，其特征在于，所述多个电池单元中的所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值越大，则所述充电器设置所述第一电流值和所述第二电流值之间的差值越大。
15.根据权利要求12所述的充电系统，其特征在于: 当所述多个电池单元中的所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值小于预设电压值时，所述充电器设置所述第一电流值等于所述第二电流值；以及 当所述多个电池单元中的所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值大于所述预设电压值时，所述充电器设置所述第一电流值小于所述第二电流值。
16.根据权利要求12所述的充电系统，其特征在于，所述多个电池单元中的所述电池电压的最大值与所述电池电压的最小值的差值越大，则所述充电器设置所述第一充电电压越大。
17.根据权利要求12所述的充电系统，其特征在于: 所述充电器在所述第一脉冲充电阶段后对所述电池包进行恒压充电阶段的充电，其中在所述恒压充电阶段，所述充电器设置电压值小于所述第一充电电压的第二充电电压和第二充电电流。
18.根据权利要求17所述的充电系统，其特征在于，所述充电器设置的第二充电电流与所述充电器设置的第一充电电流相同。
19.根据权利要求1`7所述的充电系统，其特征在于，当所述第一脉冲充电阶段的电池包电压等于第一充电电压时，所述充电器切换到所述恒压充电阶段对所述电池包进行充电。
20.根据权利要求17所述的充电系统，其特征在于: 所述充电器在所述恒压充电阶段后对所述电池包进行第二脉冲充电阶段的充电，其中在所述第二脉冲充电阶段，所述充电器设置第三充电电压和为脉冲电流的第三充电电流。
21.根据权利要求20所述的充电系统，其特征在于，所述充电器设置的第三充电电压与所述充电器设置的第一充电电压相同。
22.根据权利要求20所述的充电系统，其特征在于，所述充电器设置的第三充电电压大于所述充电器设置的第一充电电压。
23.—种给具有多个电池单元的电池包充电的方法，所述方法包括: 接收表征在同一时刻所述多个电池单元中的电池电压的最大值与所述多个电池单元中的电池电压的最小值的差值的状态信号；以及 根据所述状态信号设置在第一脉冲充电阶段的第一充电电压以及第一电流值和第二电流值交替周期性出现的第一充电电流。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:在所述第一脉冲充电阶段后设置恒压充电阶段的第二充电电流和电压值小于所述第一充电电压的第二充电电压。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:在所述恒压充电阶段后设置第二脉冲充电阶段的第三充电电压和为脉冲电流的第三充电电流。
26.一种充电控制模块，用于给具有多个电池单元的电池包充电，其特征在于，所述充电控制模块包括: 信号接收模块，用于接收表征在同一时刻所述多个电池单元中的电池电压的最大值与所述多个电池单元中的电池电压的最小值的差值的状态信号； 第一脉冲充电模块，用于根据所述状态信号设置第一电流值和第二电流值交替周期性出现的第一充电电流和第一充电电压。
27.根据权利要求26所述的充电控制模块，其特征在于，所述充电控制模块还包括: 恒压充电模块，用于设置第二充电电流和电压值小于所述第一充电电压的第二充电电压。
28.根据权利要求27所述的充电控制模块，其特征在于，所述充电控制模块还包括: 第二脉冲充电模块，用于设置第三充电电压和为脉冲电流的第三充电电流。
【文档编号】H01M10/44GK103515665SQ201210222106
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月29日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】张涛, 张卫, 余封龙 申请人:凹凸电子（武汉）有限公司