电池平衡充电及检测修复装置 【技术领域】
本发明涉及一种电池充电装置，更具体地说是涉及一种电池平衡充电及检测修复装置。
背景技术
阀控密封铅酸电池(VRLA)以其价廉、容量大、效率高、可靠性好等优点，目前仍广泛用作电动车的动力电源。实际应用中，常将2只以上电池串联起来成为电池组协同提供动力。当电池容量不足时，再通过充电装置对其充电，以实现反复使用。
对于这种串联起来协同工作的电池组，目前常见的电池充电装置，采用的是串联型充电电路，即充电器直流输出端的正极，接到串联电池组中首个电池的正极；而串联电池组末个电池的负极，与充电器直流输出端的负极相连。由于电池组在出厂和使用过程中，难免会产生各个电池的内阻及电压等特性差异，所以，这种串联型充电电路虽然结构简单，但长期使用时容易对电池组中性能较弱的电池产生过充(表现为过热、发胀、变形等)，从而影响电池的使用寿命。
此外，现有的蓄电池均衡充电电路，采用的是P型场效应管与N型场效应管混合组成的电子开关电路对蓄电池组进行均衡充电控制。N型场效应管(NMOS)由于比P型场效应管稳定，所以常用于开关电源电路中形成了较稳定和成熟的设计，但经过实验测试发现：使用全N型的场效应管(NMOS)作为均衡充电电路的电子开关，往往只能设计用于36V以下的电池组充电电路中；在超过36V以上后，选择对地电压最高的一个电池进行充电时，电池组自身层加出的高电压施加在充电电路中形成的返向回路，常常导致电路中起开关切换作用的全N型场效应管(NMOS)在没控制信号时自己也会导通(在大电流状态下甚至烧坏)，使得电路稳定性很差。这种现象多出现在对地电压最高的电池及与它串联的第二个电池的与它们相联的NMOS管上。被充电池叠加的电压越高，充电回路里的反向电压就越强。尽管目前也出现了采用特殊开关元件隔离该回路电压的方案，但由于这些特殊元件价格很高，采用这种技术方案的产品还无法在市场普及。
【发明内容】
本发明的目的，即在于提供一种能解决上述不足的电池平衡充电及检测修复装置。该电池平衡充电及检测修复装置，不但适用于电压小于36V的蓄电池组，也可对串联式的大电压电池组(36V/48V/60V等)进行任意组合的平衡充电。
为实现上述目的，本发明电池平衡充电及检测修复装置，包括有依次相连的电源电路、电子开关电路、待充/待检电池单元，以及检测控制电路；所述电池单元包括有一个或多个电池，所述多个电池为串联或部分串联；
所述电源电路，包括提供多路可控制的充电电源，以及辅用正、负双电源；
所述电池单元中的各电池两端，各连接至所述电子开关电路的至少一个电子开关，以及所述检测控制电路的输入端；而所述各电子开关的另一端，视该电子开关所对应的电池极性而定，连接至所述电源电路的充电输出端或接地端；
所述电子开关电路中的各电子开关，是工作于开关状态的NMOS逻辑电路；
所述各电子开关的逻辑控制端，一端与所述检测控制电路的对应输出端相连；另一端接至相应N型场效应管的栅极；
所述接至各电池正极的各电子开关的逻辑控制端上，还设置有通过电阻接至负电源的支路。所述支路中电阻及负电源的参数，根据电路电源的正电压、以及实际需要的充电电压而定，负电源电压不小于接入待充的整组串联电池的电压。
上述方案中的电子开关，是事实上的一种电源与待充电池之间的一种隔离电路。作为对上述电池平衡充电及检测修复装置的进一步改进，还可在上述各单元电路之间，设置多层隔离单元；所述各隔离单元，包括有设置在各单元电路输入及输出端地电子开关。
所述各隔离单元，包括有电源控制隔离，和/或，电压测量隔离，和/或，控制信号隔离，和/或，电子开关的驱动隔离，和/或，线性隔离测量。
作为对上述电池平衡充电及检测修复装置的进一步优化，所述充电电源可选择地提供至少2组充电电流，包括均衡充电电流和快速充电电流，以用于选择对单个电池时行大电流独立充电，和/或提高充电速度。
在上文中未详尽描述的本发明电池平衡充电及检测修复装置中的各具体单元电路，采用本领域现有常规技术即可。
由上可知，本发明电池平衡充电及检测修复装置具有如下优点：
1、可采用全N型场效应管，使电路更加简单和可靠。
2、采用正、负辅助电源(+V，-V)伺服电路：正电压可加强N型效应管的驱动能力，确保场效应管能完全导通；负电压可平衡电池叠加形成的反向电压，使回路电压被吸收，确保了电路网络平衡，使充放电过程更加稳定可靠。
本发明充电电路，正是因为采用了正负辅助电源，才能实现采用全N型场效应管做电子开关，并且实现组串联电池的任意选择其中的一个电池进行独立、安全充电。如果没有正负电源，充电电路中的全N型场效应管会很容易被烧坏。
3、电源控制隔离、电压测量隔离、控制信号隔离、电子开关的驱动隔离等多层安全隔离单元，保证了系统在控制过程中具有可靠的独立运行能力。
4、线性光耦隔离测量，可确保系统在监测过程获得更精准(精度0.1～0.01V)可靠的连续数据。
5、安全隔离和线性光耦隔离测量，还解决了测量和控制的虚地问题。
6、可实现充电自动适应：可根据实时检测到的电池组中各独立电池的充电电压、充电电流及其它参数，随时调整最佳充电参数，确保各电池不会过充、欠充，确保电池组中各电池的平衡充电。
例如，可通过检测控制电路控制相应电子开关的通断，从电压最低的电池开始充电，而剩余电池则以浮充方式进行养护，等到各电池电压一样时，再以同一电流对串联的各电池进行同时充电。
再例如，可对任意的单个电池或多个串联电池组进行充电，结合相应的控制电路，根据接入各电池的具体充电特性设置不同的充电模式，如：二、三阶段充电方式，正负脉冲方式，满电压斜率控制；弱小优先充方式，独立各自充电方式等等程序，故可对蓄电池，锂电池，镍氢，镍镉等不同类型的充电电池实行充电。
7、可对串联式的大电压电池组(36V/48V/60V等)进行任意组合的平衡充电。如，在不改变原有的蓄电池串联结构下，能实现对单个电池充电。
8、采用双供电电源，可选择对单个电池实行大电流独立充电，和/或提高充电速度。二组电源同时工作，即可同时实现快速充电和大电流均衡充电的效果。
显然，本发明电池平衡充电及检测修复装置，不但可用于电池的日常充电，也可用于电池的检测修复，甚至，还可用作蓄电池负载在线测试器。例如，在电动车行驶过程中，检测电池组中各电池的性能好坏等。
【附图说明】
图1是本发明电池平衡充电及检测修复装置的基本原理框图。
图2是本发明电池平衡充电及检测修复装置的一个实施例的电路原理图。
图3是本发明电池平衡充电及检测修复装置的连接电池负极的电子开关的一个实施例的电路图。
图4是本发明电池平衡充电及检测修复装置的连接电池正极的电子开关的一个实施例的电路图。
图5是本发明电池平衡充电及检测修复装置的另一实施原理框图。
图6是本发明电池平衡充电及检测修复装置的又一实施原理框图。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明电池平衡充电及检测修复装置作进一步的说明。
图1是本发明电池平衡充电及检测修复装置的原理框图。如图，本发明包括有电源电路，电子开关电路，检测控制电路，以及待充/待检电池单元。电源电路，除了向本装置其它部分电路提供辅用电源，还通过电子开关电路向待充/待检电池单元提供多路可控制的充电电源；电子开关电路中各电子开关的通断，由检测控制电路根据从待充/待检电池单元获取的检测结果判断控制。
图2是本发明电池平衡充电及检测修复装置的电路原理图。如图，电源电路提供多路充电电源V充，以及用于为其它单元电路供电的辅用正、负双电源+V/-V；待充/待检电池单元包括有多个串联电池。各电池的两端，均有连线接至检测控制电路的输入端；各电池的两端，还各连接有2个电子开关(如图，电池B1的负极接K0，正极接K1；电池B2的负极接K2，正极接K3)；各电子开关的另一端，连接至电源电路的充电输出端或接地端(各电池的负极侧的对应开关接地，如K0和K2；各电池的正极侧的对应开关，如K1和K3，接至充电电源V充。)；各电子开关的逻辑控制端，与检测控制电路的对应输出端相连；接至各电池正极的各电子开关(如K1和K3)的逻辑控制端，还有通过电阻R接至负电源-V的支路。负电源电压-V，不小于接入待充的整组串联电池的电压。
电子开关电路中的各电子开关，工作于开关状态的NMOS逻辑电路。以N型场效应管为主元件用作电子开关的具体逻辑电路，可参照的现有技术有许多。如图3所示的是连接电池负极的电子开关(如K0和K2)的一个实施例的电路图。如图，N型场效应管的栅极，通过其左侧的信号放大电路，接到检测控制电路的对应输出端；而其源漏两极，分别接电池(对应为B1和B2)的负极及电源电路的接地端。
而图4，是连接电池正极的电子开关(如K1和K3)的一个实施例的电路图。如图，N型场效应管的栅极，通过其左侧的信号传送电路，接到检测控制电路的对应输出端；而其源漏两极，分别接电池正极(对应为B1和B2)及电源电路的充电电源输出端。特别地，在N型场效应管的栅极，还设有一条通过电阻R接至负电源-V的支路，如图中圆形虚框所示。
如上所示的本发明电池平衡充电及检测修复装置的工作过程为：电池接入后，检测控制电路判断电池接入的数量、位置及实时电压电流等性能参数，然后通过控制各电子开关的通断，对各电池配以最佳充电参数进行充放电，并在充放电过程中进行随时监控及调整。
由上述分析可知，由于各电池的正负极均配有电子开关，所以，本发明电池平衡充电及检测修复装置可以对任意的单个电池或多个串联电池组、甚至是不同的电池进行充电，而且，还能根据接入各电池的具体充电特性设置不同的充电模式，即：可实现充电自动适应。
图5是本发明电池平衡充电及检测修复装置的另一实施原理框图。
在本实施例中，与前述实施例相比，在各单元电路之间设置了多层隔离单元，如电源控制隔离，电压测量隔离，控制信号隔离，电子开关的驱动隔离。此隔离单元，可采用上述的电子开关构成。
图6是本发明电池平衡充电及检测修复装置的又一实施原理框图。
在本实施例中，采用双供电电源以提供2组充电电流，即均衡充电电流和快速充电电流，可选择对单个电池时行大电流独立充电，和/或提高充电速度，二组电源同时工作，即可同时实现快速充电和大电流均衡充电的效果。
补充说明：在上文中未详尽描述的本发明电池平衡充电及检测修复装置中的各具体单元电路，如电源电路、检测控制电路，采用本领域现有常规技术即可，在此不再详述。特别指出的是，实现正负电压电路的方式有很多种，可以用单电源分压转成正负双电源，也可以把一部分单电压转换正负电压的电路集成到专用IC(集成电路)中。