[發(fā)明專利]一種串聯鋰電池組電源均衡管理系統

有效

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• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103647316A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 何志毅;黃朝軍;趙中華;陳桂蘭
• 申請（專利權）人: 深圳市雅格朗電子有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/10
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙) 11411
• 代理人: 黃冠華

技術領域

本發(fā)明涉及電源領域，特別涉及一種串聯鋰電池組電源均衡管理系統。

背景技術

鋰電池由于其能量密度高、自放電小、無記憶效應、綠色環(huán)保、使用壽命長及單節(jié)電池電壓高等諸多優(yōu)點得到了廣泛的應用，作為移動設備主流電池產品，逐漸往大功率、大電流高電壓供電設備方向發(fā)展。鋰電池的電壓無法滿足中大功率設備的需求，需串聯多節(jié)電池才能達到所供電設備或其電源適配電路要求的輸入電壓，或避免低壓大電流輸入以降低輸入線路和整流的損耗。鋰電池串聯使用時，由于電池制造過程中的初始性能（如自放電率、容量等）不一致以及使用過程中由于電池內外環(huán)境（如溫度）的不均勻造成老化速度不同，使得電池的容量各不相同，且它們之間的差異也會隨著使用時間的增加而變大，這將造成工作過程中各串電池充放電狀態(tài)不一致。為防止其中容量低的電池過充過放，一般鋰電池都加有保護電路，在電池電壓高于額定上限值或低于額定下限值的時候斷開，整串鋰電池組則從中切斷而停止工作，其整體容量取決于容量最低的那一串電池。因此，為了避免鋰電池的不一致性所造成對整體性能的影響，需要對串聯鋰電池組的放電和充電進行均衡管理。

目前，電池組的均衡方式主要有分流損耗均衡和電量轉移均衡。前者是在各單串電池并聯分流旁路對容量高的電池串放電損耗來進行均衡。這種方式其電路結構簡單，但對于容量低的電池不能補充電量，存在功率損耗大和發(fā)熱嚴重的問題，均衡過程一般在充電過程中進行。后者是對電壓較低的一串電池進行電量轉移，在放電過程中將其它電池的電量補充給它，充電過程中轉移給其它串電池，但是電路結構相對較為復雜，需要隔離耦合?？梢苑譃槎鄬σ缓鸵粚σ晦D移的方式。多對一是在整串電池組和電壓較低一串之間轉移，只需要輸出隔離，但均衡過程會影響到整串電池組，使所有電池都重復地作自我相互充放電，增加各串電池的無功負擔并消耗其循環(huán)壽命，一對一轉移則需要雙隔離，對應每一串電池要有一個輸入和輸出隔離的DC/DC電路，在電壓最高和最低的兩串電池之間進行電量轉移，電路結構比較繁復累贅。無論采用哪種方式，由于均衡輸出都是對單串電池充電，輸出電壓一般在4V以下，整流損耗很大，通常均衡DC/DC電路的輸出/輸入效率低于80%。其它的均衡方案中，比較典型的還有一種電量搬遷的方法，把超級容量電容或另外一個電池作為中間載體，反復與電量高、低的兩串電池之間進行充放電切換實現均衡，但這種無源被動式充放電需要電池與中間載體電壓差要在0.1V、也就是兩串電池之間電壓差在0.2V以上才能進行有效的電量搬遷，在電池電壓3.7V左右，0.2V的電壓差相當于容量40%左右的載荷差異，這種方式均衡偏差大速度慢，很難跟上充電放電速度。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述電路結構復雜、增加電池組內部充放電循環(huán)、能量損耗較大的缺陷，提供一種電路結構簡單、避免電池組內部充放電循環(huán)、能量損耗較小的串聯鋰電池組電源均衡管理系統。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種串聯鋰電池組電源均衡管理系統，包括電池組電源模塊和充電電源模塊，所述電池組電源模塊與所述充電電源模塊之間通過DC電源線連接；所述電池組電源模塊包括串聯鋰電池組、電壓檢測控制電路和分斷串接切換電路，所述電壓檢測控制電路檢測到所述串聯鋰電池組在放電時其各單串電池之間的最高電壓和最低電壓的差值超過預先設定的閾值時，則控制所述分斷串接切換電路將電壓最低的單串電池從所述串聯鋰電池組中分斷，所述電壓檢測控制電路如果檢測到充電時某單串電池預先達到飽和，則控制所述分斷串接切換電路將預先達到飽和的單串電池從所述串聯鋰電池組中分斷，并將所述串聯鋰電池組串接數目改變的信息傳送到所述充電電源模塊，所述充電電源模塊依據所述串聯鋰電池組的串接數目來調節(jié)其充電電壓。

在本發(fā)明所述的串聯鋰電池組電源均衡管理系統中，所述分斷串接切換電路包括其數目與所述串聯鋰電池組串接數目一致、分別與所述串聯鋰電池組中各單串電池連接的單刀雙擲繼電器。

在本發(fā)明所述的串聯鋰電池組電源均衡管理系統中，所述串聯鋰電池組還包括其數目與所述串聯鋰電池組串接數目一致、分別與所述串聯鋰電池組中各單串電池并聯的肖特基二極管。

在本發(fā)明所述的串聯鋰電池組電源均衡管理系統中，所述電池組電源模塊還包括與所述電壓檢測控制電路連接、用于產生一定頻率脈沖電流信號的電流脈沖信號調制電路，所述電流脈沖信號調制電路將產生的脈沖電流信號通過所述DC電源線傳送到所述充電電源模塊。