[發明專利]一種鋰電池組分布式動態均衡充電系統及方法

在審

• 申請號: 202310556255.5
• 申請日: 2023-05-17
• 公開（公告）號: CN116505615A
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 陳艷;敖川;鄭永;王玉菡;柏科
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

本發明涉及一種鋰電池組分布式動態均衡充電系統及方法，屬于電池技術領域。該充電系統包括鋰電池組、能量轉移電路、隔離控制器、控制系統、驅動電路和充電雙向開關；所述能量轉移模塊的輸入側連接到單體電池的正負端，輸出端連接至鋰電池組的正負端；所述控制系統通過隔離控制器對每個能量轉移模塊進行控制，使得單體電池能量往鋰電池組轉移；所述鋰電池組充電回路中設置有充電雙向開關，控制系統配合驅動電路對其進行調制，控制鋰電池組的充入能量。本方法在充電結束時，每節電池處于相同的預設均衡條件下，電性能一致性相近，最大限度提高鋰電池組整體使用容量，延長電池使用壽命。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，涉及一種鋰電池組分布式動態均衡充電系統及方法。

背景技術

鋰電池在實際使用過程中通常需要將多節單體鋰電池串聯成組使用以滿足不同用電設備電壓等級和功率需求。由于電池制作工藝及外部使用環境差異，組內電池間會出現不一致性現象，串聯使用時會導致鋰電池組可用容量降低、循環壽命縮短以及存在安全隱患，因此有必要對串聯鋰電池組進行均衡管理和安全管理。

目前鋰電池組均衡方案中根據能量的處理方式不同分為被動均衡和主動均衡。被動均衡是通過在單體電池兩端并聯耗散電阻的方式耗散掉電池多余能量，其結構簡單、控制容易，但均衡電流較小，均衡速度慢，且并聯的均衡電阻會產生大量的熱量，存在熱管理安全問題。主動均衡具有能量利用率高、均衡速度快等優點，通常利用電容、電感、變壓器以及DC-DC變換器來構建能量轉移電路實現組內電池間的電量轉移。

主動均衡根據能量轉移電路結構可分為集中式均衡和分布式均衡兩大類。集中式均衡結構中整個鋰電池組公用一個能量轉移電路，對能量轉移電路的利用率較高，電路設計較為復雜，隨著電池數量的增加整體均衡時間會增加，適用于較少串數的鋰電池組，且不易擴展和維護。分布式均衡結構中每節電池對應一個能量轉移電路，可同時對多節單體電池進行能量轉移，能量轉移速率較高，控制靈活，可以方便實現各種均衡控制策略，易于擴展，是當前較為常用的均衡方法。

基于電容的分布式均衡方法是以電容作為能量轉移載體，根據組內單體電池間壓差實現電量均衡，當相鄰電池電壓差較大時，均衡電流較大，并且每次均衡過后，電容會存在剩余轉移能量，容易引起發熱問題，可靠性不高。基于電感的分布式均衡方法其均衡電流可控，但會帶來能量轉移電路體積較大的問題。基于變壓器的分布式均衡方法會隨著電池數量的增加，變壓器結構趨于復雜，體積和成本都會隨之增加。基于DC-DC變換器的分布式均衡方法可以將變換器設計為同一輸入輸出參數，從而簡單復用變換器電路，運行可靠性較高，維護方便，且多變換器可同時運行，均衡速率高，在工程應用中更為廣泛。

目前基于DC-DC變換器的分布式均衡方法中大多是在鋰電池組充電情況下均衡，將已達到均衡條件的單體電池能量轉移到鋰電池組中，但是這種方式還是有能量流入已達到均衡條件的單體電池中，造成其電壓繼續升高，存在電池過充的安全隱患，同時無法實現所有電池均充滿電，不能最大限度使用鋰電池組可用容量。另外，也有在均衡過程中實時與充電器通信實現對鋰電池組輸入能量的調節，使得充電結束時組內各單體電池電量達到一致，但與充電器實時通信增加了控制難度，同時也增加了控制成本。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種鋰電池組分布式動態均衡充電系統及方法，以實現不用控制充電器即可對鋰電池組充電能量的控制，避免了未斷開充電器長時間對鋰電池組充電的安全隱患。還能實現鋰電池組動態均衡充電，對已滿充的電池電量保持不變，未滿電的電池繼續均衡充電，充電結束時，整組電池處于滿電狀態，增加鋰電池組可用容量，延長電池壽命。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種鋰電池組分布式動態均衡充電系統，該充電系統包括鋰電池組、能量轉移電路、隔離控制器、控制系統、驅動電路和充電雙向開關；