[發(fā)明專利]一種鋰電池組主動(dòng)電荷均衡系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210058482.7
• 申請(qǐng)日: 2012-03-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102593916A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉培德;王大瑞;劉寶忠;張志賢;蘇哲鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 德龍偉創(chuàng)科技(深圳)有限公司;蘇哲鋒
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池組均衡技術(shù)。

背景技術(shù)

單體電池的電壓和容量無(wú)法滿足實(shí)際需求，電動(dòng)車上往往將數(shù)節(jié)電池串聯(lián)使用，電動(dòng)汽車中鋰電池的數(shù)量可達(dá)數(shù)百節(jié)。單體鋰電池的循環(huán)壽命一般能達(dá)到幾千次，但是由于鋰電池間的不一致性，串聯(lián)電池組很難達(dá)到這個(gè)水平，電池串聯(lián)使用時(shí)，充電效率、放電能力等也會(huì)受到影響。目前的電池制造技術(shù)，尤其是鋰電池制造技術(shù)很難做到一致性好，因此串聯(lián)電池組非常有必要做均衡處理，以提高電池組性能，延長(zhǎng)電池組使用壽命。

耗能式均衡方案是采用電阻并聯(lián)分流均衡，通過(guò)電阻分流來(lái)消耗過(guò)多能量。在充電時(shí)，通過(guò)單體電池的電壓檢測(cè)，當(dāng)某節(jié)單體電池達(dá)到電壓上限時(shí)，導(dǎo)通與其并聯(lián)的電阻均衡裝置的開(kāi)關(guān)，使該節(jié)電池和電阻形成一個(gè)放電通路，將多余的能量在電阻上轉(zhuǎn)化成熱能，來(lái)防止該節(jié)電池過(guò)充，未充滿的電池仍可繼續(xù)充電。該方法會(huì)帶來(lái)能量損耗，發(fā)熱大，對(duì)于大容量的電池組，或者電池之間相差較大的電池組中不適合，效率較低，同時(shí)不適合快速充電系統(tǒng)。

非耗能式均衡中利用電容、電感作為中間儲(chǔ)能元件，將各單體電池上的電量進(jìn)行轉(zhuǎn)移，該方案實(shí)際應(yīng)用中電能轉(zhuǎn)移效率不高，不適合串聯(lián)節(jié)數(shù)較多的電池組中。此外，電容、電感為非線性器件，儲(chǔ)能過(guò)程中電流與電壓不成比例，尤其是電容將對(duì)選通開(kāi)關(guān)的壽命有較大影響。這種方案還存在抗干擾能力了低、控制難、成本高等缺點(diǎn)。

中國(guó)專利200820133032.9公開(kāi)了一種串聯(lián)電池組均衡管理系統(tǒng)，雙端繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)分別接在單體電源兩端，常閉端與相鄰繼電器常閉端相連，控制端與選通電路連接。這種方法的缺點(diǎn)是，當(dāng)繼電器老化出現(xiàn)觸點(diǎn)粘結(jié)情況時(shí)，選通另一組繼電器時(shí)出現(xiàn)單體電池短路的嚴(yán)重后果。

中國(guó)專利02127989.6公開(kāi)了一種對(duì)蓄電池進(jìn)行分只充電均衡的方案，通過(guò)繼電器的切換分別對(duì)沒(méi)有充滿的電池進(jìn)行充電，直至每節(jié)電池充滿為止。這種方法有以下一些缺點(diǎn)，第一是充電效率低；第二是成本高，尤其是大電流充電時(shí)，大電流的繼電器較貴，且系統(tǒng)的壽命較低；第三是安全性較低，在這么多的繼電器中假如有兩個(gè)繼電器發(fā)生故障(比如觸電粘結(jié))，這樣就把串聯(lián)的電池又并聯(lián)在一起使電池發(fā)生短路、著火、爆炸等事故，存在較大的安全隱患。

中國(guó)專利2006101571109.1公開(kāi)了一種動(dòng)力電池組電壓均衡管理裝置，系統(tǒng)中通過(guò)充電選通模塊和放電選通模塊對(duì)電壓最高和電壓最低的電池經(jīng)行分別選通，中間通過(guò)隔離DC-DC模塊連接，充放電時(shí)把電壓高的電池的能量搬移到電壓較低的電池中，最終實(shí)現(xiàn)充放電時(shí)所有電池電壓一致。該方案中電路系統(tǒng)要同時(shí)控制充電選通和放電選通模塊，這樣控制較為復(fù)雜，成本較高。系統(tǒng)中任意一個(gè)選通開(kāi)關(guān)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)對(duì)電池帶來(lái)短路的危險(xiǎn)，安全性較低，也沒(méi)有解決采用繼電器作為選通開(kāi)關(guān)帶來(lái)的安全隱患，這將大大降低均衡系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之一是提供一種鋰電池組主動(dòng)電荷均衡系統(tǒng)，利用CMOS開(kāi)關(guān)電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器來(lái)控制對(duì)單體電池的充電，CMOS開(kāi)關(guān)電路具有功耗低、成本低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可有效降低生產(chǎn)成本。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之二是提供一種鋰電池組主動(dòng)電荷均衡方法，利用CMOS開(kāi)關(guān)電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器來(lái)控制對(duì)單體電池的充電，CMOS開(kāi)關(guān)電路具有功耗低、成本低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可有效降低生產(chǎn)成本。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題之一，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種鋰電池組主動(dòng)電荷均衡系統(tǒng)，所述鋰電池組由N節(jié)電芯串聯(lián)而成，N≥1，每節(jié)所述電芯兩端分別與多路復(fù)用器連接，所述多路復(fù)用器依次通過(guò)差動(dòng)放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器后與微控制器連接；所述微控制器分別通過(guò)一個(gè)均衡控制模塊與每一節(jié)電芯連接；所述均衡控制模塊包括脈寬調(diào)制器、變壓器、NMOS管、信號(hào)反饋模塊，所述鋰電池組與所述變壓器主邊線圈、NMOS管順序串聯(lián)成回路，所述變壓器副邊線圈通過(guò)二極管與對(duì)應(yīng)的一節(jié)電芯串聯(lián)；所述變壓器副邊線圈的輸出信號(hào)通過(guò)所述信號(hào)反饋模塊傳遞到所述脈寬控制器，所述微控制器通過(guò)所述脈寬控制器控制所述NMOS管的導(dǎo)通。

作為改進(jìn)，所述鋰電池組的正極與變壓器主邊線圈的一端連接，變壓器主邊線圈另一端與NMOS管漏極連接，NMOS管源極與鋰電池組負(fù)極連接，脈寬調(diào)制器與NMOS管的柵極連接。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題之二，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種鋰電池組主動(dòng)電荷均衡方法，所述鋰電池組由N節(jié)電芯串聯(lián)而成，N≥1，具體方法包括如下步驟：

(1)微控制器控制多路復(fù)用器，將鋰電池組內(nèi)的每節(jié)電芯依次連接到差動(dòng)運(yùn)算放大器的輸入端；