本发明专利技术披露的动力电池自动均衡充电器，是在电池管理系统BMS的指引下，有串联充放和并联充放，能针对单体电池的差异性实现同时同量充电和分时分量充电，有效防止过充和欠充；通过电池电路共用的充放电电子开关，能将单体电池中富余电能高效转移到“能量池”中，再转送到其他欠缺电量的电池中，以取得充放电的自动平衡，而不需要电阻器，所以能源效率特别高；充电器同样适用于新能源发电储能和不间断电源等涉及电池的多个技术领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于蓄电池充电器
，具体地说，是提出一种应用于新能源汽车动力电池和新能源储能动力电池的充电器装置。
技术介绍
在新能源汽车
，动力电池是汽车动力能量的主要来源或唯一来源，其重要性不言而喻，而储能对于稳定新能源发电也非常重要。在新能源领域的应用中，由于单个电池的电压只有几伏，能量有限，不适合电机驱动和逆变应用，所以必须由几十甚至几百个单体电池串并联成组，才能以足够高的电压和足够大的电流，获得工程设计上合理的电功率。但是由于在电池生产过程中，单体电池性状的离散性大，使单体电池制成品的个体性能偏离，必须选配性能接近的单体电池组成产品电池组供装配使用。然而，虽然已经在组装过程中选择到接近一致性的单体电池组合成性能相对接近的电池组，但在电池组实际使用过程中，单体电池之间的性能差异会随着充放电次数的增多而越来越大，新电池性能的相对平衡将随时间的延长变成旧电池的不平衡，这种不平衡将严重影响电池组的正常工作，在充电过程中，过充电会缩短单体电池寿命，浪费能源；在放电过程中，性能差的单体电池储能量不足、内阻高，无法达到像其他正常电池那样的放电水平，对整个电池组的正常输出产生不利影响，严重时甚至引发爆炸等事故。由于充放电的不均衡，整个电池组将不得不提前修理甚至报废，而动力电池的价格高，是使用者在经济上无法承受的负担，而勉强使用又会造成材料和能源的巨大浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过采用自动均衡充电器装置解决动力电池的合理充放电，减少单体电池的性能差异对整个电池组使用功能和寿命的影响，保护性能差的电池，使其延长寿命，延长其达到修理更换的时间，并同时能减少使用过程中电能的浪费，以及规避产生过热甚至爆炸的风险。所谓均衡充电，就是在充电过程中，能够根据各单体电池的性状，采用相同或不同的充电电流，自动均衡则意味着设备将按照检测到的各单体电池的实际状况，自动调节充放电流值，装置无需人工干预自动执行平衡的功能。本专利技术的充电器是这样实现的，一种用于动力电池组充放电，由BMS和充电器组成的电子充电器装置，其特征为，动力电池组(1)是由多个单体电池串并联而成的电池组；自动均衡充电器由电池管理系统BMS (22)和电池充电系统BCS (21)组成，BCS由横充电路(211)、竖充电路(212)以及供电源(213)组成；在每个单体电池的串联接点上，并联连接有二只单向电子开关，二电子开关电流流向相反，每个单体电池正负极通过电感和电子开关串联的回路接到BCS的高频变压器的一个次级绕组；BCS可根据BMS的指引分别对全体电池和单体电池同时同量或分时分量充电；根据BMS的指引，横充电路(211)还可以根据自动均衡需要，在任何时刻将单体电池中的多余电能泄放并转移到其他单体电池中。众所周知，目前新能源汽车应用中的最大瓶颈在于动力电池的储能容量不足和价格高昂，而动力电池中最难解决的问题，是如何使电池单元间的个体性能偏差不影响或少影响整体电池组的合理充放电。本专利技术的自动均衡充电器设备，则是利用了动力电池组必须配置的电池管理系统的指引，采用不等量充放电电流，解决了由于单体电池性能离散性而造成的过充或欠充矛盾，以及放电时可能产生的局部不均衡招致输出功率不足，以及过热的风险。【附图说明】图1、传统动力电池的电气线路图。图2、传统动力电池与电池管理系统BMS的电气接线图。图3、本专利技术的自动均衡充电器中的横向充电电路和BMS与电池的连线简图。图4、本专利技术的电池充电系统BCS线路结构简图。图5、本专利技术的自动均衡充电器中的横向充电电路连线简图。图6、本专利技术的自动均衡充电器与电池的电气接线图。图7、本专利技术的自动均衡充电器中的横充电路斩波器线路简图。图8、本专利技术的自动均衡充电器的充放电电子开关原理图。图9、开关管两端并联有阻容吸收电路的电子开关片段图。图10、以反激电子斩波器设计的横充电路充电电流路径图。图11、以反激电子斩波器设计的横充电路放电电流路径图。图12、横充电路的部件安装结构总成示意图。【具体实施方式】动力电池作为新能源汽车的重要能源设备，是节能减排、维护生态环境保护和能源可持续供应的战略目标。所谓新能源汽车充电器，就是为新能源汽车，特别是电动汽车补充能量的装置，其功能主要就是从交流电网取得电能，通过整流将交流电能整流成直流电流，然后通过充电器的控制，将电能储存在车载动力电池中，电能则转化为化学能或电荷能，储存在电池中。新能源汽车充电的主要设备就是充电器。新能源储能中的充电器通常是将发电机或光伏电池所产生的不稳定电能通过充电储存在电池中，然后通过放电将电能回送电网或直接应用，由于情况类同，下文不再具体论述新能源储能内容。动力电池为新能源汽车的重要储能设备，新能源汽车动力电池有两大类:蓄电池和超级电容器。蓄电池的分类有:铅酸蓄电池镍镉蓄电池镍氢蓄电池铁镍蓄电池钠氯化镍蓄电池银锌蓄电池钠硫蓄电池锂离子蓄电池钒液流电池等等。作为动力电池的蓄电池包括现有的传统铅酸蓄电池和镍镉蓄电池，但由于这两种电池均有存储效应，寿命短，且容量/重量比或容量/体积比太小，所以采用比例趋于缩小，当前的动力电池主要发展方向是锂离子电池，包括磷酸铁锂电池、锰酸锂电池和三元材料电池等。超级电容器储存的是电荷能，无化学能转换，所以其充放电速度等性能优于蓄电池。图1为传统动力电池的电气线路图。图中的动力电池组由E1?En个单体电池串联而成，也可以看作由更多个单体电池串并联后组成的η组电池组，除了对外用正极“ + ”和负极两根大功率负荷线外，每个单体电池或每组单体电池分别引出控制线1?η+1，从相邻编号的两根控制线可以随时测量出各单体电池的电压，从这些电压数值可以分析判断出各单体电池的荷电状况和工作状况，特别是充放电时的状况，这些状况通常都由称为电池管理系统的设备作测量监控。所以，BMS几乎成为优秀动力电池系统的标准配置。图2为传统动力电池(1)与电池管理系统BMS(2’ )的电气接线图。由图中可见，任何一个单体电池Em，都可以通过BMS来检测m与m+1号线桩上的电压，用以分析第Em编号单体电池的荷电状况，同时，还有包括电流探头、温度探头等其他传感器反映其充放电工作状况。图3为本专利技术的自动均衡充电器的结构框图。由图中可见，自动均衡充电器⑵是由电池管理系统BMS(BMS-Battery Management System)和电池充电系统BCS (BCS-Battery Charge System)构成的充电装置，而自动均衡充放电功能必须通过横向充电器线路拓扑结构才能实现。因此，BCS由横充电路(211)、竖充电路(212)和供电源(213)组成。从电池组每个单体电池引出的桩线，不仅连接到电池管理系统BMS，还连接到电池充电系统BCS，BMS用于检测指弓丨，而BCS用于自动充电和自动放电，或者称为自动均衡充放电。本专利技术中的电池管理系统BMS (22)主要起监测、分析、判断和指引作用。BMS是对动力电池组进行参数采集与监测、安全保护、智能充放电控制，以及状态监测与荷电量评估的电子装置。电池管理系统通常由传感器等监测单元(用于测量电压、电流和温度等)、中央处理器、均衡充放电分析判断和信号控制单元、输入输出等接口组成。最基本的功能是监控电池的工作状态(电池的电压、电流本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种由BMS和充电器组成的电子充电器装置，其特征是，动力电池组(1)是由多个单体电池串并联而成的电池组；自动均衡充电器由电池管理系统BMS(22)和电池充电系统BCS(21)组成，BCS由横充电路(211)、竖充电路(212)以及供电源(213)组成；在每个单体电池的串联接点上，并联连接有二只单向电子开关，二电子开关电流流向相反，每个单体电池正负极通过电感和电子开关串联的回路接到BCS的高频变压器的一个次级绕组；BCS可根据BMS的指引分别对全体电池和单体电池同时同量或分时分量充电；根据BMS的指引，横充电路(211)还可以根据自动均衡需要，在任何时刻将单体电池中的多余电能泄放并转移到其他单体电池中。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：於岳亮，於宙，
申请(专利权)人：上海稳得新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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