[发明专利]一种串联锂离子电池组能量无损均衡充电装置

说明书

技术领域

本发明涉及串联锂离子电池组均衡充电的领域，具体是一种串联锂离子电池组能量无损均衡充电的方法及装置。本发明提出的方法适用于6-220只锂离子串联电池组的能量无损均衡充电。

背景技术

电动车辆、储能系统等动力电池组一般是由多个单体电池或电池模块串联组成。由于电池组中众多单体电池之间存在制造工艺、材质、使用环境、接线方式等差异，单个电池之间存在容量、端电压和内阻的不一致在所难免；由于各个单体动力电池的安放位置不同，导致温度等使用环境不同，使电池组各单体电池之间的老化和衰减出现差导；在电池组的应用中容量少的单体电池可能会使整个电池组提前终止放电，而容量多的单体电池可能会使整个电池组提前终止充电，上述三种情况，在不断的充放电循环中，使电池组各单体电池之间容量不一致性的状况不断积累和恶化。如使用一般充电方式直接为电池组进行整体充电，必然导致单个电池之间容量不一致性的加剧，降低电池组的整体使用效率，甚至出现个别电池的过电压充放电，严重影响电池组的安全和使用寿命。在锂离子串联电池组使用过程中，一般要求在充电过程中对电池组进行均衡充电，电池串联数量越多，均衡充电的要求越高，难度也越大。目前针对串联锂离子电池组的充电均衡方法主要有以下几种：

（1）能量耗散式均衡方法。在串联电池组的各单体电池上并联一个均衡电阻，以达到能量分流的作用。当某个单体电池首先充满时，均衡装置通过均衡电阻释放热能，中止该单体电池的充电，继续对尚未充满的电池充电。该方法简单容易实现，但会带来能量的损耗，能效低，并且产生热量，对应用环境提出了很高的要求。

（2）能量转移式均衡方法。常用的有电容法和电感法，利用电容或电感等储能元件将能量进行传递，实现电池之间的电量转移，达到均衡的目的。优点是结构简单、体积可以做的很小，缺点是需要大量的开关器件、需要的时间也较长，该方法主要用在电池数量较少的场合，目前这种方法的技术和产品未见有在电动车辆及储能装置上的应用。同时由于锂离子电池充放电曲线斜率太小，在电压平台区能量转移式均衡几乎没有什么作用，又因电池之间不停地实行能量转移，势必影响电池循环寿命。

（3）能量转换式均衡方法。常用的有线圈能量转换法，利用变压器实现高压电池与低压电池之间或单体电池与电池组之间的能量转换，具有较佳的均衡效率，结构复杂，体积较大，成本相对较高，目前这种方法的技术和产品未见有实际应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有充电均衡方法的不足，提供一种串联锂离子电池组的无损均衡充电的装置，适用于6-220只串联锂离子电池组的充电均衡。该均衡方法充电均衡过程无能量损耗，均衡效率高。

本发明通过如下技术方案实现：

一种串联锂离子电池组能量无损均衡充电装置，包括充电机、多个均衡充电模块和电池管理系统；串联电池组中每个单体锂电池都分别与一均衡充电模块连接，各个均衡充电模块分别通过通信总线与电池管理系统信号连接；充电机输出端与串联电池组的正负极相连，充电机与电池管理系统之间采用通信总线信号连接。

进一步地，所述均衡充电模块包括电池接口负端、电池接口正端、220V交流电源输入端、整流电路、DC/DC变换单元、控制单元、输出滤波电路和电压电流采集电路；220V交流电源输入端一端与整流电路连接，另一端与交流电相连；整流电路、DC/DC变换单元、输出滤波电路和电压电流采集电路依次连接，电压电流采集电路上设有电池接口负端和电池接口正端；电池接口负端和电池接口正端分别与对应的串联电池组中单体锂电池的负极和正极连接；控制单元分别与DC/DC变换单元和电压电流采集电路连接，控制单元还通过通讯总线与电池管理系统连接。

所述通信总线为CAN或485总线。

所述主充电机选用具有CAN或RS485接口，由车载电池管理系统通过CAN或RS485总线进行控制的智能充电机。

所述电池管理系统根据电池组类型设定充电电压、电流参数，并提供开放的CAN和RS485接口。

本发明提供的另一种串联锂离子电池组能量无损均衡充电装置，包括集中式均衡充电机、多个均衡充电模块和电池管理系统；串联电池组中每个单体锂电池都分别与一均衡充电模块连接，各个均衡充电模块分别通过通信总线与电池管理系统信号连接；通信总线为CAN总线和RS485总线。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

（1）无能量损耗：充电均衡过程中，已充满电的单体电池可直接切断其充电回路，对于尚未充满电的单体电池则继续充电，均衡过程中没有能力损失；