[發明專利]一種電池組均衡保護系統及方法

在審

• 申請號: 201410457924.4
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104201654A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 李玉峰
• 申請（專利權）人: 安徽朗越環境工程有限公司
• 主分類號: H02H7/18
• 分類號: H02H7/18;H02J7/00;H01M10/44
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 朱圣榮

技術領域

本發明涉及電力安全技術領域，尤其涉及一種電池組均衡保護系統及方法。

背景技術

電池組中各單體電池之間存在不一致性,連續的充放電循環導致的差異,將使某些單體電池的容量加速衰減,串聯電池組的容量由單體電池的最小容量決定,因此這些差異將使電池組的使用壽命縮短。造成這種不平衡的主要原因有：電池制作過程中,由于工藝等原因,同批次電池的容量、內阻等存在差異；電池自放電率的不同,長時間的積累,造成電池容量的差異；電池使用過程中,使用環境如溫度、電路板的差異,導致電池容量的不平衡；電池組合前,由于篩選原則的不完善,導致的電池單體之間的不平衡。常用的均衡充放電技術有恒定分流電阻均衡充放電、通斷分流電阻均衡充放電、平均電池電壓均衡充放電、開關電容均衡充放電、降壓型變換器均衡充放電、電感均衡充放電等。而現有的單節鋰電池保護芯片均不含均衡充放電控制功能；多節鋰電池保護芯片均衡充電控制功能需要外接CPU,通過和保護芯片的串行通訊(如I2C總線)來實現，加大了保護電路的復雜程度和設計難度、降低了系統的效率和可靠性、增加了功耗。

發明內容

針對相關技術領域文獻和以上現有技術的不足，在大量現有文獻研究和長期在相關領域研發實踐的基礎上，本發明提出“一種電池組均衡保護系統及方法”，克服了現有技術中“針對三元鋰電池成組使用，各節鋰電池均要求充電過電壓、放電欠電壓、過流、短路的保護，充放電過程中要實現整組電池均衡充放電的問題”等技術難題，設計了采用單節鋰電池保護芯片對任意串聯數的成組鋰電池進行保護的含均衡充放電功能的電池組保護電路，實現“有效的避免了因電池組之間的性能差異導致對單體電池過度充電或過度放電的現象，最大限度的提高了系統的可靠度與能源轉換效率”的有益效果。

為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：一種電池組均衡保護系統，該系統鋰電池組、控制電路、主電路和分流放電支路，所述主電路通過充電控制開關器件和放電控制開關器件與控制電路連接，分流放電支路連接到控制電路，鋰電池組的單節鋰電池串聯連接。所述分流放電支路包括充電過電壓分流放電支路電阻和與其串聯的分流放電支路控制用開關器件。所述控制電路包括過流檢測保護電阻、鋰電池保護芯片、充電控制用MOS管和放電控制用MOS管，所述鋰電池組的各鋰電池保護芯片的CO管腳分別連接到充電控制用MOS管，各鋰電池保護芯片的DO管腳分別連接到放電控制用MOS管，各電池保護芯片的VM管腳串聯過流檢測保護電阻后連接到主電路上，各鋰電池的分流放電支路串聯到對應的鋰電池保護芯片的VDD管腳和VSS管腳之間。所述鋰電池保護芯片通過總線串聯連接，分別對所對應的單節鋰電池的充放電、過流、短路狀態進行保護。所述鋰電池保護芯片控制分流放電支路開關器件的通斷。所述單節鋰電池保護芯片的充電電壓保護控制信號經光耦隔離后并聯輸出，為主電路的充電開關器件導通提供柵級電壓。所述單節鋰電池保護芯片的放電電壓保護控制信號經光耦隔離后并聯輸出，為主電路的放電開關器件導通提供柵級電壓。

一種電池組均衡保護方法包括以下步驟：步驟一、當部分單節鋰電池在充電過程中，達到過電壓保護狀態，通過過電壓保護信號控制并聯在單節鋰電池電池正負極兩端的分流放電支路放電，同時將串聯在充電回路中的對應單節鋰電池斷離出充電回路；當所有單節鋰電池均充電進入過電壓保護狀態時，全部單節鋰電池電壓大小在誤差范圍內完全相等，各節鋰電池保護芯片充電保護控制信號均變低，無法為主電路中的充電控制開關器件提供柵極偏壓，使其關斷，主回路斷開，即實現均衡充電，充電過程完成；步驟二、當部分單節鋰電池欠電壓或者過流和短路時，對應的單節鋰電池放電保護控制信號變低，無法為主電路中的放電控制開關器件提供柵極偏壓，使其關斷，主回路斷開，即結束放電使用過程。

本發明的有益效果是：單節鋰電池保護芯片依據三元鋰電池組電池數目串聯使用，分別對所對應的單節鋰電池的充放電、過流、短路狀態進行保護，同時通過保護芯片控制分流放電支路開關器件的通斷，進而實現BMS鋰電智能管理單元的均衡充放電，此種均衡保護電路有效的避免了因電池組之間的性能差異導致對單體電池過度充電或過度放電的現象，最大限度的提高了系統的可靠度與能源轉換效率。

附圖說明

圖1為本發明具體實施例的具備均衡保護的鋰電池組保護板示意圖；

圖2為本發明具體實施例的充電過程示意圖；

圖3為本發明具體實施例的分流均衡過示意圖；

圖4為本發明具體實施例的放電過程示意圖。

具體實施方式