[發明專利]組合脈沖快速均衡充電控制系統及方法

有效

• 申請號: 201810165950.8
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108183534B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 盧浩義
• 申請（專利權）人: 盧浩義
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種組合脈沖快速均衡充電控制系統及方法，包括直流電源(1)、組合脈沖快速均衡充電控制裝置(13)和串聯電池(4)，適合各類可充電電池的充電控制，特別是適合選用耗能式獨立均衡模塊的磷酸鐵鋰電池、鈦酸鋰電池和超級電容，或無均衡模塊的鉛酸蓄電池；組合脈沖的產生方法是，通過在一個低頻脈沖充電波形的停充段，附加一個高頻充放電脈沖，在串聯電池(4)正極端產生在每一段直流充電后緊接一個鋸齒狀兆赫級高頻充放電脈沖的組合脈沖；借此優化電池極板微觀結構、提高充電速度，并結合獨立配置的均衡模塊(12)，促使各單格電池電壓均衡一致。

技術領域

本發明屬于電池或串聯電池的快速均衡充電技術領域，適合各類可充電電池的充電控制，特別是適合選用耗能式獨立均衡模塊的磷酸鐵鋰電池、鈦酸鋰電池和超級電容，或無均衡模塊的鉛酸蓄電池。

背景技術

串聯電池的快速均衡充電技術一直是非常熱門的研究課題。電池是否適合快速充電，與電池的種類和其內部結構有關；一般情況下高比功率電池既能夠大電流放電也可以大電流充電。對串聯電池進行快速或大電流充電時，電池內部單格電池的均衡問題是必須考慮的重要因素。

人們對傳統鉛酸電池，即平板式鉛酸電池，及其充電技術進行過廣泛深入的研究。在鉛酸電池充電技術領域，曾經流行的正負脈沖快速充電技術因其約3C的超大瞬間負脈沖放電電流，超出了電池的承受能力，影響了電池的使用壽命，結果這種充電方式及相關的產品未獲得市場的認可。使用鉛酸電池的車輛，一般沒有均衡充電控制模塊，其結果是各單格電池的電解液高度在一段時間后開始出現差異，單格電池的均衡性越來越差；曾經有過的采用過壓充電，如12V蓄電池采用16.2V的過壓充電，以部分單格電池析氣來達到其它單格電池充足電的均衡方式，最終也因導致蓄電池使用壽命的縮短而未推廣應用。

針對鋰電池和超級電容，市場上常見的均衡充電方案包括能量耗散式和能量轉移式兩大類，其中采用旁通電阻的能量耗散式均衡充電方案一般用于超級電容；能量轉移式均衡充電方案，比如飛渡電容式或高速開關電容式，則常見于鋰離子電池。盡管在電動汽車或電動自行車中，使用鋰離子串聯電池都有均衡控制模塊，但實際均衡效果參差不齊。在路行駛的許多電動自行車、共享型電動小汽車或公交車，在正常充電運行期間許多汽車每年都需要單獨進行一到兩次電池再均衡操作。

在對串聯電池充電過程中，各單格電池從最初的同一電壓慢慢變的不一致；在同樣充電電流的作用下，充電一段時間后有的單格電池電壓不再變化或增長很慢，而有的卻不斷增加，當串聯電池的總電壓達到充電器的限壓值后，如果串聯電池不帶均衡模塊，比如汽車用鉛酸蓄電池，這種高低電壓差將始終存在；而帶均衡模塊的串聯電池在一段比較長的時間后各單格電池的電壓才逐步達到一致。現有的部分電池均衡模塊，比如能量耗散式均衡模塊，當單格電池電壓未達到設定電壓限值時是不會對各單格電池進行均衡控制的，均衡作用都是在單格電池電壓達到某一設定值以后才開始進行，因此均衡時間較長且均衡電阻發熱量很大；而部分能量轉移式均衡充電方案也因均衡電流小均衡時間很長。

觀察串聯電池按常規直流充電方式的充電過程發現，某一單格電池一旦出現電壓超常增大，那么以后每次充電時該單格電池電壓都會首先達到限壓值；而在放電時，該單格電池電壓下降幅度也最大；這說明該單格電池內部微觀結構出現異常。