[發明專利]一種增量式均衡充電的電池組充電裝置

無效

• 申請號: 201510022322.0
• 申請日: 2015-01-16
• 公開（公告）號: CN104505920A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 陳林
• 申請（專利權）人: 陳林
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種動力電池組的充電裝置，尤其適合串聯構成的電池組在充電時對各單體電池之間進行均衡充電的充電裝置。

背景技術

動力電池，尤其是動力鋰離子電池，是電能存儲的重要部件。動力電池已經廣泛地應用于能源、通訊、國防、海事等諸多重要領域，尤其是近年來國家大力支持的電動汽車，更是需要依靠動力電池作為能源。在實際應用中動力電池通常由多個單體電池經串聯或者并聯后構成電池組。由于在生產過程中，沒有辦法做到每一個單體電池的特性完全一致，因此導致了電池組在充電與放電工作中各個單體電池的性能出現差異。尤其是在充電的過程中，性能差的電池已經充滿電，性能好的電池卻還沒充滿電。等到性能好的電池充滿電時，性能差的電池已經過充了。這就是串聯電池組的水桶效應，水桶效應導致電池組總體性能下降。過充對電池影響是致命的，直接影響到電池的使用與壽命。單體電池之間的性能差異會隨著電池組充放電次數的增多而累加起來，導致電池差異越來越大，電池組總體性能也隨之快速下降，以致于這個問題不得不解決。解決這個問題的辦法就是電池組在每次充電時，對各個單體電池進行均衡充電，使電池組中的每一個電池都能充足電，每各單體電池都能充足電就可以使單體電池之間的差異不會隨充放電次數的增加而疊加，保證了電池組的性能不會變差。因此如何在電池組充電過程中對單體電池進行均衡充電就成為一個很關鍵的技術問題，至今仍沒有很好的解決。

電池組均衡充電的方法和策略大致可分為三大類型，能量消耗型、能量轉移型、能量補充型。

能量消耗型的均衡原理是在電池組充電過程中，通過旁路器件（典型的旁路器件是電阻）將充電快的單體電池中的電量消耗掉一部分，使之降低充電速度，以此保證整體電池組充電的一致性。典型代表如已公開的發明專利（公開號：CN101162847A），該發明專利給出了一種串聯電池組自動均衡充電的解決方案，利用一一對應的分流器實現自動均衡充電。能量消耗型的均衡充電方法的缺點在于無謂的能耗，不利于提高電池充電效率，發熱嚴重，因此只能使用在小容量的電池充電場合，如手機，筆記本電腦等，但大容量（10A時以上）電池很難使用該方法。

能量轉移型均衡方法其基本原理是利用儲能元件（電感、電容等）將充電快的單體電池的能量轉移到充電慢的單體電池上，以此實現均衡充電。能量轉移型均衡方法在均衡過程中理論上不會消耗能量，適合于大容量電池。已公布的能量轉移型均衡充電的專利很多，但在實際應用時，由于能量在電池間搬移需要使用到許多開關元件和儲能元件，電路復雜，控制困難，目前主要停留在理論研究上，未見實用方案報道。目前用在電動汽車、電動摩托車上的大容量動力二次電池的充電，都還未能有均衡充電的措施，這對電池的使用壽命是有影響的。因此，給出種實用的大容量電池均衡充電的解決方案是必要的。

能量補充型均衡方法基本原理是利用附加充電電源對充電少的單體電池進行補充充電，使之以更快的充電速度追上其它電池的充電量。典型代表如已公開的專利CN200610061688.X、CN201080006134.4、CN200920204588.7，這三個專利分別給出了一種采用附加充電電源對充電不足的單體電池進行輔助充電的均衡充電方案。值得注意的是這類型的均衡充電方法有一個共同的問題，即為了將附加充電電源加到選定的單體電池上使之進行輔助充電，必須用一組開關列陣進行開關選通，這個開關陣列的存在就導致了一個可能出現的安全隱患：當開關陣列中的開關出現錯誤通斷時，有可能導致電池自身或者多個電池之間的短路，導致大事故的發生。為了避免錯誤開關導致事故發生，專利CN200610061688.X、CN200920204588.7采用了二極管及保險絲作為保護措施，然而這些保護措施不僅降低了輔助電源充電的效果，同時也不能真正保護電池。這類均衡充電方法還有一個值得注意的問題是輔助充電電源都是采用電壓源，電壓源在應用實踐中可能導致過電流充電，對電池不利。實驗中表明，輔助充電電源如果采用電流源進行充電，其充電效果會更好。

發明內容