[發(fā)明專利]多級充電均衡控制裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010624139.5
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102570531A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 包靜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國移動通信集團甘肅有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/42
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11279
• 代理人: 彭曉玲;叢芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信電源領(lǐng)域，具體涉及一種多級充電均衡控制裝置及方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池因其各種優(yōu)點，如工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕等，被視為一種理想電源。在實際使用中，為了獲得更高的放電電壓，一般將至少兩只單體鋰離子電池串聯(lián)組成鋰離子電池組使用。目前，鋰離子電池組已經(jīng)廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、電動自行車和備用電源等多種領(lǐng)域。因此，如何在充電時使鋰離子電池組較好的使用顯得尤為關(guān)鍵，現(xiàn)將鋰離子電池組常用的幾種充電方法簡述如下：

1.普通的串聯(lián)充電

目前鋰離子電池組的充電一般都采用串聯(lián)充電，但由于單體鋰離子電池之間在容量、內(nèi)阻、衰減特性、自放電等性能方面的差異，在對鋰離子電池組串聯(lián)充電時，電池組中容量最小的那只單體鋰離子電池將最先充滿電，而此時，其他電池還沒有充滿電；如果繼續(xù)串聯(lián)充電，則已充滿電的單體鋰離子電池就可能會被過充電；而鋰離子電池過充電會嚴(yán)重?fù)p害電池的性能，甚至可能會導(dǎo)致爆炸造成人員傷害，因此，為了防止出現(xiàn)單體鋰離子電池過充電，鋰離子電池組使用時一般配有電池管理系統(tǒng)(Battery?ManagementSystem，簡稱BMS)，通過電池管理系統(tǒng)對每一只單體鋰離子電池進(jìn)行過充電等保護；具體如：串聯(lián)充電時，若某只單體鋰離子電池的電壓達(dá)到過充保護電壓，電池管理系統(tǒng)會將整個串聯(lián)充電電路切斷，停止充電，以防止這只單體電池被過充電，而這樣會造成其他鋰離子電池?zé)o法充滿電；其中，由于電池本身特性，磷酸鐵鋰電池組中某些電池充不滿電的現(xiàn)象相對錳酸鋰電池組而言會更為明顯；

2.電池管理系統(tǒng)和充電機協(xié)調(diào)配合串聯(lián)充電

電池管理系統(tǒng)是對電池的性能和狀態(tài)了解最為全面的設(shè)備，所以將電池管理系統(tǒng)和充電機之間建立聯(lián)系，就能使充電機實時地了解電池的信息，從而更有效地解決電池的充電時的問題；電池管理系統(tǒng)和充電機協(xié)調(diào)配合充電模式的原理為：電池管理系統(tǒng)通過對電池的當(dāng)前狀態(tài)(如溫度、單體電池電壓、電池工作電流、一致性以及溫升等)進(jìn)行監(jiān)控，并利用這些參數(shù)對當(dāng)前電池的最大允許充電電流進(jìn)行估算；充電過程中，通過通信線將電池管理系統(tǒng)和充電機聯(lián)系起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享；電池管理系統(tǒng)將總電壓、最高單體電池電壓、最高溫度、溫升、最大允許充電電壓、最高允許單體電池電壓以及最大允許充電電流等參數(shù)實時地傳送到充電機，充電機就能根據(jù)電池管理系統(tǒng)提供的信息改變自己的充電策略和輸出電流；具體如：

當(dāng)電池管理系統(tǒng)提供的最大允許充電電流比充電機設(shè)計的電流容量高時，充電機按照設(shè)計的最大輸出電流充電；當(dāng)電池的電壓、溫度超限時，電池管理系統(tǒng)能實時檢測到并及時通知充電機改變電流輸出；當(dāng)充電電流大于最大允許充電電流時，充電機開始跟隨最大允許充電電流，這樣就有效地防止了電池過充電，達(dá)到延長電池壽命的目的。充電過程中一旦出現(xiàn)故障，電池管理系統(tǒng)可以將最大允許充電電流設(shè)為0，迫使充電機停機，避免發(fā)生事故，保障充電的安全；

3.并聯(lián)充電

為了解決電池組中某些單體電池過充和充不滿電的問題，又發(fā)展出了并聯(lián)充電的辦法，但是并聯(lián)充電方法需要采用多個低電壓、大電流的充電電源為每一只單體電池充電，存在充電電源成本高、可靠性低、充電效率低、連接線徑粗等缺陷，因此目前沒有大范圍使用這種充電方法；

綜上，現(xiàn)有的充電方法均無法在任何時候(如電池的運行環(huán)境不符合所需的條件下)保證每個單節(jié)電池都不發(fā)生過充電和過放電。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的是提出一種高效的多級充電均衡控制裝置。

本發(fā)明的第二目的是提出一種高效的多級充電均衡控制方法。

為實現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明提供了一種多級充電均衡控制裝置，包括：

包括偶數(shù)個級聯(lián)的串聯(lián)用電池保護IC的第一級控制電路；其中，每一串聯(lián)用電池保護IC對應(yīng)連接串聯(lián)組成一個電池組的多個單體電池；包括串聯(lián)用電池保護IC的數(shù)量的半數(shù)個級聯(lián)的電流模式PWM的電池充電IC的第二級控制電路；其中，每一電流模式PWM的電池充電IC對應(yīng)連接第一級控制電路中的兩個串聯(lián)用電池保護IC；第一級控制電路中的每個串聯(lián)用電池保護IC根據(jù)預(yù)設(shè)的第一電壓閾值及檢測得到的每一單體電池的電壓值，控制對應(yīng)單體電池的充放電電路的導(dǎo)通與斷開，以及每一電池充電IC根據(jù)對應(yīng)連接的兩個串聯(lián)用電池保護IC上報的兩個電池組的電壓值、第二預(yù)設(shè)電壓閾值，控制兩個電池組中任一組的充放電電路的導(dǎo)通與斷開，其中兩個電池組為兩個串聯(lián)用電池保護IC對應(yīng)連接的電池組。