[實(shí)用新型]充放電自動(dòng)均衡的鋰離子動(dòng)力電池串聯(lián)電池組

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020291142.5
• 申請(qǐng)日: 2010-08-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201985550U
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周金平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 周金平
• 主分類(lèi)號(hào): H02J7/00
• 分類(lèi)號(hào): H02J7/00
• 代理公司: 常州市科誼專(zhuān)利代理事務(wù)所 32225
• 代理人: 侯雁

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種鋰離子動(dòng)力電池，特別涉及一種充放電自動(dòng)均衡的鋰離子動(dòng)力電池串聯(lián)電池組，屬于動(dòng)力電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前鋰離子動(dòng)力電池應(yīng)用十分廣泛，它可應(yīng)用在各種電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)等很多領(lǐng)域。鋰離子動(dòng)力電池做為供電的動(dòng)力源，在實(shí)際應(yīng)用中通常將若干個(gè)單體鋰離子動(dòng)力電池串聯(lián)起來(lái)組成鋰離子動(dòng)力電池串聯(lián)電池組后成組使用，以滿(mǎn)足不同設(shè)備所需電壓和功率的要求；同時(shí)在實(shí)際使用中基于鋰離子動(dòng)力電池的充放電特性以及各單體電池存在差異這一實(shí)際情況，需要對(duì)鋰離子動(dòng)力電池串聯(lián)電池組中的個(gè)別單體鋰離子動(dòng)力電池實(shí)行均衡控制，解決鋰離子動(dòng)力電池串聯(lián)電池組中電池匹配失衡，也就是解決鋰離子動(dòng)力電池串聯(lián)電池組中各單體電池間不一致的問(wèn)題，從而避免由于個(gè)別單體鋰離子動(dòng)力電池的過(guò)充過(guò)放所導(dǎo)致的電池組早期失效，使其性能盡量接近單體鋰離子動(dòng)力電池的平均水平，因此均衡控制對(duì)于鋰離子動(dòng)力電池串聯(lián)電池組是十分重要的。

通常把因單體鋰離子動(dòng)力電池的性能差異而導(dǎo)致的電池組性能降低的現(xiàn)象稱(chēng)為電池匹配失衡，大多數(shù)情況下，引起匹配失衡的原因是電池制作工藝和檢測(cè)手段的不完善，而不是鋰離子動(dòng)力電池本身的化學(xué)屬性變化。即使在生產(chǎn)出單體鋰離子動(dòng)力電池后進(jìn)行檢測(cè)分類(lèi)再進(jìn)行組合，也會(huì)出現(xiàn)電池匹配的失衡現(xiàn)象，如：各單體電池的自放電率不同導(dǎo)致電池在擱置過(guò)程中的容量失衡，單體電池之間電阻不同導(dǎo)致個(gè)別單體電池在電池組充電過(guò)程中過(guò)充等。

電池匹配失衡主要表現(xiàn)兩個(gè)方面：一方面是電池荷電狀態(tài)失衡，即所有單體電池的容量相同，但在成組電池制作或擱置過(guò)程中，單體的荷電狀態(tài)不同；第二方面是電池容量或能量的失衡。

為了改進(jìn)鋰離子動(dòng)力電池串聯(lián)電池組的電性能，使不匹配的單體鋰離子動(dòng)力電池達(dá)到同樣的荷電狀態(tài)，要求一些單體鋰離子動(dòng)力電池的充電量和放電量比其它電池多，所以要給電池組增加均衡管理系統(tǒng)，對(duì)電池組進(jìn)行均衡控制，這種均衡管理系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)容量最小或內(nèi)阻較大的先充到最高電壓的單體電池進(jìn)行分流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通常的分流電路是有一個(gè)功率晶體管和限流電阻串聯(lián)，再與單體電池并聯(lián)組成，在充電過(guò)程中控制功率晶體管導(dǎo)通，將高電壓電池的電流部分分流，從而使它的充電速度比其它電池慢，在放電過(guò)程中導(dǎo)通功率晶體管，增加容量稍大、電壓稍高的單體電池負(fù)載，使它的放電速度比其它電池快，從而實(shí)現(xiàn)放電均衡。這種BMS均衡管理系統(tǒng)還包括有基準(zhǔn)電路、穩(wěn)壓電路和溫度開(kāi)關(guān)，通過(guò)基準(zhǔn)電路提供采樣基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，通過(guò)穩(wěn)壓電路使輸出電壓穩(wěn)定，通過(guò)溫度開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)溫度保護(hù)控制。這種BMS均衡管理系統(tǒng)如果均衡電流過(guò)大功耗會(huì)很大，引起電池組升溫或增加元件負(fù)擔(dān)，相反，如果均衡電流過(guò)小，就需要較長(zhǎng)時(shí)間或多個(gè)周期才能起到均衡作用，從而降低充電效率，甚至失去均衡作用的意義。

由于目前鋰離子動(dòng)力電池串聯(lián)電池組無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，基本采用的都是上述均衡管理系統(tǒng)進(jìn)行均衡控制，這導(dǎo)致了現(xiàn)有鋰離子動(dòng)力電池成組后的充放循環(huán)壽命大大低于單體電池的充放循環(huán)壽命，也就是說(shuō)現(xiàn)有的均衡控制無(wú)法解決動(dòng)力鋰離子電池串聯(lián)成組后電池一致性的問(wèn)題，解決動(dòng)力鋰離子電池串聯(lián)成組后電池的一致性的問(wèn)題目前是一個(gè)無(wú)法解決的世界難題，也是動(dòng)力鋰離子電池成組技術(shù)的瓶頸技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)。動(dòng)力鋰離子電池串聯(lián)成組后電池的一致性之所以難以解決，其原因主要是：(1)各單體電池容量不一致是蓄電池技術(shù)的基本屬性，即使配置得很好的電池組，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，又會(huì)出現(xiàn)不均衡；(2)規(guī)模化生產(chǎn)后的電動(dòng)車(chē)等是不可能采用均衡化充電或被動(dòng)均衡裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡性維護(hù)的。因?yàn)楝F(xiàn)有的這種均衡管理系統(tǒng)始終在使某一單體電池容量最小，當(dāng)過(guò)充、過(guò)放、均衡分流時(shí)，淺充、淺放，這導(dǎo)致這一單體電池惡化循環(huán)直至它容量早期衰減而使整個(gè)電池組早期失效，大大縮短電池組的使用壽命，例如：錳酸鋰電池，單體電池循環(huán)壽命為600次，實(shí)際電池組使用300～400次。磷酸鐵鋰電池單體電池循環(huán)壽命為2000次，而實(shí)際成組電池使用1000～1200次。再者現(xiàn)有的這種均衡管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、連接管線(xiàn)眾多，如有100個(gè)單體電池串聯(lián)，就有101根線(xiàn)與均衡管理系統(tǒng)相連接，任何一根線(xiàn)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)引起故障，因此故障率高，穩(wěn)定可靠性差，價(jià)格昂貴，鋰離子動(dòng)力電池串聯(lián)電池組小容量在幾百元，大容量如電動(dòng)汽車(chē)用價(jià)格上萬(wàn)元。

鋰離子動(dòng)力電池串聯(lián)電池組中各單體電池間一致性的理想狀態(tài)是：電池組中所有單體電池的容量和荷電狀態(tài)都相同，或單體電池的容量不同，但單體電池的荷電狀態(tài)相同。