[發(fā)明專利]一種串聯(lián)鋰離子電池組能量無損均衡充電裝置

無效

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• 申請日: 2012-06-07
• 公開（公告）號: CN102709981A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李慧琪;查鴻山;周遠(yuǎn)山
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州益維電動汽車有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 靳榮舉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及串聯(lián)鋰離子電池組均衡充電的領(lǐng)域，具體是一種串聯(lián)鋰離子電池組能量無損均衡充電的方法及裝置。本發(fā)明提出的方法適用于6-220只鋰離子串聯(lián)電池組的能量無損均衡充電。

背景技術(shù)

電動車輛、儲能系統(tǒng)等動力電池組一般是由多個(gè)單體電池或電池模塊串聯(lián)組成。由于電池組中眾多單體電池之間存在制造工藝、材質(zhì)、使用環(huán)境、接線方式等差異，單個(gè)電池之間存在容量、端電壓和內(nèi)阻的不一致在所難免；由于各個(gè)單體動力電池的安放位置不同，導(dǎo)致溫度等使用環(huán)境不同，使電池組各單體電池之間的老化和衰減出現(xiàn)差導(dǎo)；在電池組的應(yīng)用中容量少的單體電池可能會使整個(gè)電池組提前終止放電，而容量多的單體電池可能會使整個(gè)電池組提前終止充電，上述三種情況，在不斷的充放電循環(huán)中，使電池組各單體電池之間容量不一致性的狀況不斷積累和惡化。如使用一般充電方式直接為電池組進(jìn)行整體充電，必然導(dǎo)致單個(gè)電池之間容量不一致性的加劇，降低電池組的整體使用效率，甚至出現(xiàn)個(gè)別電池的過電壓充放電，嚴(yán)重影響電池組的安全和使用壽命。在鋰離子串聯(lián)電池組使用過程中，一般要求在充電過程中對電池組進(jìn)行均衡充電，電池串聯(lián)數(shù)量越多，均衡充電的要求越高，難度也越大。目前針對串聯(lián)鋰離子電池組的充電均衡方法主要有以下幾種：

（1）能量耗散式均衡方法。在串聯(lián)電池組的各單體電池上并聯(lián)一個(gè)均衡電阻，以達(dá)到能量分流的作用。當(dāng)某個(gè)單體電池首先充滿時(shí)，均衡裝置通過均衡電阻釋放熱能，中止該單體電池的充電，繼續(xù)對尚未充滿的電池充電。該方法簡單容易實(shí)現(xiàn)，但會帶來能量的損耗，能效低，并且產(chǎn)生熱量，對應(yīng)用環(huán)境提出了很高的要求。

（2）能量轉(zhuǎn)移式均衡方法。常用的有電容法和電感法，利用電容或電感等儲能元件將能量進(jìn)行傳遞，實(shí)現(xiàn)電池之間的電量轉(zhuǎn)移，達(dá)到均衡的目的。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、體積可以做的很小，缺點(diǎn)是需要大量的開關(guān)器件、需要的時(shí)間也較長，該方法主要用在電池?cái)?shù)量較少的場合，目前這種方法的技術(shù)和產(chǎn)品未見有在電動車輛及儲能裝置上的應(yīng)用。同時(shí)由于鋰離子電池充放電曲線斜率太小，在電壓平臺區(qū)能量轉(zhuǎn)移式均衡幾乎沒有什么作用，又因電池之間不停地實(shí)行能量轉(zhuǎn)移，勢必影響電池循環(huán)壽命。

（3）能量轉(zhuǎn)換式均衡方法。常用的有線圈能量轉(zhuǎn)換法，利用變壓器實(shí)現(xiàn)高壓電池與低壓電池之間或單體電池與電池組之間的能量轉(zhuǎn)換，具有較佳的均衡效率，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，成本相對較高，目前這種方法的技術(shù)和產(chǎn)品未見有實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有充電均衡方法的不足，提供一種串聯(lián)鋰離子電池組的無損均衡充電的裝置，適用于6-220只串聯(lián)鋰離子電池組的充電均衡。該均衡方法充電均衡過程無能量損耗，均衡效率高。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種串聯(lián)鋰離子電池組能量無損均衡充電裝置，包括充電機(jī)、多個(gè)均衡充電模塊和電池管理系統(tǒng)；串聯(lián)電池組中每個(gè)單體鋰電池都分別與一均衡充電模塊連接，各個(gè)均衡充電模塊分別通過通信總線與電池管理系統(tǒng)信號連接；充電機(jī)輸出端與串聯(lián)電池組的正負(fù)極相連，充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間采用通信總線信號連接。

進(jìn)一步地，所述均衡充電模塊包括電池接口負(fù)端、電池接口正端、220V交流電源輸入端、整流電路、DC/DC變換單元、控制單元、輸出濾波電路和電壓電流采集電路；220V交流電源輸入端一端與整流電路連接，另一端與交流電相連；整流電路、DC/DC變換單元、輸出濾波電路和電壓電流采集電路依次連接，電壓電流采集電路上設(shè)有電池接口負(fù)端和電池接口正端；電池接口負(fù)端和電池接口正端分別與對應(yīng)的串聯(lián)電池組中單體鋰電池的負(fù)極和正極連接；控制單元分別與DC/DC變換單元和電壓電流采集電路連接，控制單元還通過通訊總線與電池管理系統(tǒng)連接。

所述通信總線為CAN或485總線。

所述主充電機(jī)選用具有CAN或RS485接口，由車載電池管理系統(tǒng)通過CAN或RS485總線進(jìn)行控制的智能充電機(jī)。

所述電池管理系統(tǒng)根據(jù)電池組類型設(shè)定充電電壓、電流參數(shù)，并提供開放的CAN和RS485接口。

本發(fā)明提供的另一種串聯(lián)鋰離子電池組能量無損均衡充電裝置，包括集中式均衡充電機(jī)、多個(gè)均衡充電模塊和電池管理系統(tǒng)；串聯(lián)電池組中每個(gè)單體鋰電池都分別與一均衡充電模塊連接，各個(gè)均衡充電模塊分別通過通信總線與電池管理系統(tǒng)信號連接；通信總線為CAN總線和RS485總線。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）無能量損耗：充電均衡過程中，已充滿電的單體電池可直接切斷其充電回路，對于尚未充滿電的單體電池則繼續(xù)充電，均衡過程中沒有能力損失；