[发明专利]多级充电均衡控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信电源领域，具体涉及一种多级充电均衡控制装置及方法。

背景技术

锂离子电池因其各种优点，如工作电压高、体积小、质量轻等，被视为一种理想电源。在实际使用中，为了获得更高的放电电压，一般将至少两只单体锂离子电池串联组成锂离子电池组使用。目前，锂离子电池组已经广泛应用于笔记本电脑、电动自行车和备用电源等多种领域。因此，如何在充电时使锂离子电池组较好的使用显得尤为关键，现将锂离子电池组常用的几种充电方法简述如下：

1.普通的串联充电

目前锂离子电池组的充电一般都采用串联充电，但由于单体锂离子电池之间在容量、内阻、衰减特性、自放电等性能方面的差异，在对锂离子电池组串联充电时，电池组中容量最小的那只单体锂离子电池将最先充满电，而此时，其他电池还没有充满电；如果继续串联充电，则已充满电的单体锂离子电池就可能会被过充电；而锂离子电池过充电会严重损害电池的性能，甚至可能会导致爆炸造成人员伤害，因此，为了防止出现单体锂离子电池过充电，锂离子电池组使用时一般配有电池管理系统(Battery ManagementSystem，简称BMS)，通过电池管理系统对每一只单体锂离子电池进行过充电等保护；具体如：串联充电时，若某只单体锂离子电池的电压达到过充保护电压，电池管理系统会将整个串联充电电路切断，停止充电，以防止这只单体电池被过充电，而这样会造成其他锂离子电池无法充满电；其中，由于电池本身特性，磷酸铁锂电池组中某些电池充不满电的现象相对锰酸锂电池组而言会更为明显；

2.电池管理系统和充电机协调配合串联充电

电池管理系统是对电池的性能和状态了解最为全面的设备，所以将电池管理系统和充电机之间建立联系，就能使充电机实时地了解电池的信息，从而更有效地解决电池的充电时的问题；电池管理系统和充电机协调配合充电模式的原理为：电池管理系统通过对电池的当前状态(如温度、单体电池电压、电池工作电流、一致性以及温升等)进行监控，并利用这些参数对当前电池的最大允许充电电流进行估算；充电过程中，通过通信线将电池管理系统和充电机联系起来，实现数据的共享；电池管理系统将总电压、最高单体电池电压、最高温度、温升、最大允许充电电压、最高允许单体电池电压以及最大允许充电电流等参数实时地传送到充电机，充电机就能根据电池管理系统提供的信息改变自己的充电策略和输出电流；具体如：

当电池管理系统提供的最大允许充电电流比充电机设计的电流容量高时，充电机按照设计的最大输出电流充电；当电池的电压、温度超限时，电池管理系统能实时检测到并及时通知充电机改变电流输出；当充电电流大于最大允许充电电流时，充电机开始跟随最大允许充电电流，这样就有效地防止了电池过充电，达到延长电池寿命的目的。充电过程中一旦出现故障，电池管理系统可以将最大允许充电电流设为0，迫使充电机停机，避免发生事故，保障充电的安全；

3.并联充电

为了解决电池组中某些单体电池过充和充不满电的问题，又发展出了并联充电的办法，但是并联充电方法需要采用多个低电压、大电流的充电电源为每一只单体电池充电，存在充电电源成本高、可靠性低、充电效率低、连接线径粗等缺陷，因此目前没有大范围使用这种充电方法；

综上，现有的充电方法均无法在任何时候(如电池的运行环境不符合所需的条件下)保证每个单节电池都不发生过充电和过放电。

发明内容

本发明的第一目的是提出一种高效的多级充电均衡控制装置。

本发明的第二目的是提出一种高效的多级充电均衡控制方法。

为实现上述第一目的，本发明提供了一种多级充电均衡控制装置，包括：

包括偶数个级联的串联用电池保护IC的第一级控制电路；其中，每一串联用电池保护IC对应连接串联组成一个电池组的多个单体电池；包括串联用电池保护IC的数量的半数个级联的电流模式PWM的电池充电IC的第二级控制电路；其中，每一电流模式PWM的电池充电IC对应连接第一级控制电路中的两个串联用电池保护IC；第一级控制电路中的每个串联用电池保护IC根据预设的第一电压阈值及检测得到的每一单体电池的电压值，控制对应单体电池的充放电电路的导通与断开，以及每一电池充电IC根据对应连接的两个串联用电池保护IC上报的两个电池组的电压值、第二预设电压阈值，控制两个电池组中任一组的充放电电路的导通与断开，其中两个电池组为两个串联用电池保护IC对应连接的电池组。