[發(fā)明專利]鋰離子電池組小電流放電狀態(tài)下的主動均衡方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910176661.9
• 申請日: 2009-09-25
• 公開（公告）號: CN101692507A
• 公開（公告）日: 2010-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 張金頂;雷晶晶;龍澤;胡道中;方洪波
• 申請（專利權）人: 北京北方專用車新技術發(fā)展有限公司
• 主分類號: H01M10/44
• 分類號: H01M10/44;H02J7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種串聯(lián)鋰離子電池組電壓均衡方法，可以用于大容量動力串聯(lián) 鋰離子電池組的電壓均衡。

背景技術

鋰離子電池【以下簡稱鋰電池】是一種具有高能量密度、高工作電壓、無記 憶效應、循環(huán)壽命長、無污染、重量輕、自放電小的電池，目前廣泛應用于各行各業(yè)。 由于鋰電池的工作電壓一般在2.5～4.2V左右(不同材料的鋰電池有所不同)，實際應 用中需要將幾只、幾十只甚至幾百只單體鋰電池串聯(lián)起來，以提高工作電壓。但是由 于鋰電池生產(chǎn)工藝的限制，鋰電池單體之間存在容量、電壓、內(nèi)阻及自放電率等不一 致，即使在同一批次的電池中也會存在差異。在實際使用中，這種差異會嚴重影響鋰 電池的使用壽命，所以有必要對串聯(lián)鋰電池組【以下簡稱鋰電池組】進行均衡管理。

目前，鋰電池組均衡方法主要有兩種：被動均衡和主動均衡。被動均衡主要 是在充電過程通過均衡電阻給電壓高的單體電池放電，使整組電池的電壓達到一致。 這種方法的缺點在于浪費能源，且由于放電電流的限制，不適合于大容量的鋰電池組。 主動均衡方法有電感和電容兩種電量轉移方式，電感轉移方式中使用最多的是基于 Boost/buck的電感均衡，這種方式在相鄰電池之間進行電量傳遞，電量從電壓高的電 池轉移到電壓低的電池，電量傳遞的效率可以達到80％以上。這種方式的缺點在于 只能在相鄰鋰電池之間進行電量傳遞，對于非相鄰鋰電池需進行多次電量傳遞，才能 達到均衡的目的，這極大的降低了電量傳遞效率。而且由于單個均衡模塊只能對兩個 相鄰電池進行均衡，那么對電量傳遞效率。而且由于單個均衡模塊只能對兩個相鄰 電池進行均衡，那么對于多串鋰電池組，則需要多個均衡模塊，這也極大的增加了系 統(tǒng)的復雜性。電容轉移方式由于鋰電池組中電壓差異在幾毫伏和幾十毫伏之間，單次 轉移的電量極少，所以這種方式的轉移效率也是非常低。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述所存在的問題，本發(fā)明提供了一種新的主動均衡方法，該技術 結合了電感和電容的電量轉移技術，可對鋰電池組中的任意兩節(jié)電池進行電量傳移， 且單次轉移的電量要比傳統(tǒng)純電容方式要高的多。

在本技術說明書中，將鋰電池組中單體電池電壓偏離平均電壓的值定義為偏 壓。鋰電池組中任何電池的偏壓高于一定的值，則定義鋰電池組為不一致，需要對鋰 電池組進行均衡，而這個值則定義為偏壓限。

本發(fā)明主要包括了以下幾個部分：電壓檢測單元、開關陣列、法拉電容、電 容控制單元以及主控單元。電壓檢測單元用于檢測鋰電池組中各個單體的電壓；開關 陣列用于鋰電池組中不同電池的選通；法拉電容作為電量轉移的中間介質(zhì)；電容控制 單元用于控制法拉電容的充放電過程；主控單元通過控制開關陣列、法拉電容、電容 控制單元，對整個均衡過程進行控制。電容控制單元包括電容充電控制MOS管、電 容電壓檢測單元、Boost控制MOS管、Boost電感以及相關開關的驅(qū)動機構。電容充 電控制MOS管為控制電容的充放電的操作機構，同時MOS管的寄生二極管也作為 Boost續(xù)流二極管；電容電壓檢測單元檢測電容電壓并傳遞給主控單元，為Boost的 占空比的設置提供依據(jù)；Boost控制MOS管、Boost電感及電容充電控制MOS管的 寄生二極管構成一個完整的Boost升壓電路，通過Boost升壓電路使電容給電池充電。

本均衡方法工作過程可分為以下幾個過程：首先電壓檢測單元檢測鋰電池組 單體電池的電壓，主控單元根據(jù)單體電池的電壓判斷鋰電池組是否滿足啟動均衡裝 置，如果滿足即啟動均衡裝置，從電壓最高的電池向電壓最低的電池進行電量傳遞。 電量傳遞可分為兩個部分：1)電容充電部分，首先開關陣列選通電壓高的電池，然后 打開電容充電控制MOS管，由電池給電容充電。電容充電控制MOS管嚴格控制充 電電流，在電容電壓達到預設值時，關閉電容充電控制MOS管，同時關閉開關陣列 對電池的選通。2)電容放電部分，首先開關陣列選通電壓低的電池，通過電容控制單 元中的Boost升壓電路使電容給電池充電，在這個過程中，主控單元根據(jù)電容電壓調(diào) 整Boost控制MOS管控制信號的占空比，在電容電壓下降到設定的放電終止電壓， 停止電容放電。重復這兩個過程，直到均衡條件不再滿足。