[發明專利]鋰電池組充電控制系統及方法

無效

• 申請號: 201410010550.1
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN103683439A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 劉慶國;毛海云;蔣國勝
• 申請（專利權）人: 北京沃特優科技有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02H9/04;H02H7/18
• 代理公司: 北京萬慧達知識產權代理有限公司 11111
• 代理人: 張金芝;楊穎

技術領域

本發明涉及鋰電池充電控制領域，具體涉及一種鋰電池組充電控制系統及方法。

背景技術

鋰電池由于具有能量密度高、循環壽命長、重量輕等優點，因此很快便在便攜式電子設備中和電動自行車獲得廣泛應用。隨著鋰電池的發展，單體鋰離子電芯的制造水平和充電器以及保護板已經很成熟，單體鋰離子電芯循環壽命得到了很大的提高。但很多時候單體電芯提供的能量有限，為了提高電池功率和電壓，需要將多節鋰電池串聯組成串聯電池組。

如圖1所示，現有的鋰離子電池組是由鋰離子單體電池串并聯組成，即由m個單體電池并聯為一節電池，再由n節電池串聯組成。其中，B+是電池組的正極，B-是電池組的負極。目前這種鋰電池組普遍采用串聯充電模式，即僅通過電池組的正負極進行充電，然后通過平衡電路，來平衡每節電池兩端的充電的電壓和電流。如圖2所示，現有鋰電池組充電方式是在外部正負極兩端施加充電電壓。圖2中電池組外殼的PACK+為正極，PACK-為負極，充電器通過PACK+和PACK-兩端給電池組充電。充電器工作時，當電池組電壓沒有到達預設充電電壓之前，充電器恒流充電；到達預設值后，充電器恒壓充電。

采用現有技術，串聯電池組中每節電池在充電時由于充電的電壓的不均衡，會出現充不滿和過充電等現象，使電池組的使用壽命遠低于單體電芯。圖2中采用了充放電保護和平衡電路試圖對電池組的充放電進行調節，其中Rs為電流采樣電阻，當充電平衡/保護電路檢測到電流短路時，保護電路自動斷開Kc（FET電子開關），切斷充/放電回路；電路還通過B0至Bn引線檢測每節電池的電壓，當檢測到某節電池電壓超過預設電壓時，平衡電路控制與該節電池對應的開關Ki(i=1…n)閉合，該節電池通過電阻Ri(i=1…n)放電，達到減少該節電池充電電流的目的。

但是，現有技術的這種充電方式對每節電池的一致性要求較高，只能對內阻、容量誤差極小的各節電池做出平衡調整。這種要求對新電池來說也許不算太難的事情，但是在電池組使用一段時間后各節電池的內阻、容量會出現較大的變化，并會超出平衡電路的平衡范圍，造成充電過程中各節電池過充或充不滿現象，而對單節電池充電，只要設置好上限電壓就不會造成過充電。到目前為止，一些運用鋰電池的電器特別是筆記本電腦使用的大部分是串聯鋰電池的模式，使用串聯充電模式，循環壽命只有單體電芯的一半左右，電動自行車以及電動汽車中使用的鋰電池組由于串聯了更多的鋰電池塊，也就更難解決過充電的問題，而此問題制約了鋰電池應用的更進一步的發展。

發明內容

針對現有技術中存在的上述缺陷，本發明所要解決技術問題是如何實現電池組中的均衡充電。

為解決上述技術問題，一方面，本發明提供了一種鋰電池組充電控制系統，鋰電池組由n節電池串聯而成，該系統包括：充電控制單元、檢測電路及n個充電控制器；其中，所述鋰電池組的正負極和各節電池間的串聯節點耦接到所述n個充電控制器，每個充電控制器獨立對一節電池充電；所述檢測電路耦接到各節電池兩端和所述充電控制單元，實時檢測每節電池的電壓和電流，并將檢測信號反饋給所述充電控制單元；所述充電控制單元還耦接到各個充電控制器，根據各節電池的所述檢測信號獨立調節各充電控制器的充電電壓或充電電流。

優選地，所述n個充電控制器以串聯方式或獨立方式配置在所述系統中。

優選地，以串聯方式配置時，第一個充電控制器的輸出負極耦接所述鋰電池組的負極，第n個充電控制器的輸出正極耦接所述鋰電池組的正極，其余每個充電控制器的輸出負極耦接前個充電控制器的輸出正極并同時耦接到對應的電池間的串聯節點。

優選地，所述系統還包括：放電保護電路；其中，

在所述鋰電池組正極或負極一端串接有開關和放電電流采樣電阻；

所述放電保護電路與所述各節電池間的串聯節點相耦接，同時還耦接所述電阻的兩端。

優選地，以獨立方式配置時，每個充電控制器的兩輸出端分別與一節電池的兩端耦接，各充電控制器的輸出之間不直接耦接。

優選地，各充電控制器的輸出之間電氣隔離。

優選地，所述系統內置在所述鋰電池組中或置于所述鋰電池組之外。

另一方面，本發明還同時提供了一種鋰電池組充電控制方法，該方法基于上述系統，包括步驟：

檢測電路實時檢測每節電池的電壓和電流，并將檢測信號反饋給充電控制單元；

充電控制單元根據各節電池的檢測信號獨立調節各充電控制器的充電電壓或充電電流；其中，