[发明专利]一种动力锂离子电池组自保护方法与电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高动力锂离子电池组可用容量和寿命的自保护方法与电路，其特征是单节电池通过自动参与或者退出电池组的充放电来进行自保护。

背景技术

目前，锂离子电池组正在逐渐应用于电动工具、电动车等，这种动力电池组由多块单节电池串联而成。但是由于单节电池制造工艺的不稳定，单节电池容量有差别，在充放电时容量最小的单节电池限制了电池组的实际容量与寿命。首先，充放电过程中，电极材料因过充过放而反复过度膨胀和缩小，从而更快地松动甚至脱落，降低了电化学活性和电池的可逆容量，且容量小的电池更容易累积容量损失。其次，当一节电池容量耗尽时，电池组就停止使用，降低了电池组的实际使用性能。再次，单节电池放电完后，负极的可逆锂离子全部脱嵌，继续放电则引起电解液中锂离子嵌入正极材料或者在正极材料表面析出，此时锂盐和SEI膜开始分解。尤其是后期载流子耗尽，电池电阻大大增加，电压在该节电池上迅速累积，电解液开始分解，同时温度也升高，使单节电池面临气胀爆炸的危险。另外，充放电大电流通过电池组时，锂离子不能及时嵌入电极材料，在电极材料界面析出，并形成枝晶，降低了电池容量，并有短路危险。高温下电解液气化，也会使单节电池面临气胀爆炸的危险。因此需要电池组保护电路的保护。

湖北工业大学吴芬2012年的硕士论文公开了：

目前的保护电路一般包含一个保护IC以及两个功率场效应管。其中保护IC用以检测电池状态，当发生异常情况时，通过关断相应的功率场效应管来切断电池充放电回路以保护电池。

中科院蒋新华2005年的硕士论文公开了：

保护电路要实现5项功能：过充电、过放电、过电流控制、短路保护和过温度保护。其中，过充保护是电池电压超过上限电压时进入过压保护，切断电池充电回路以保障系统的安全。过放保护是当电池处于欠压状态时，由电压检测模块输出一个欠压信号，关断电池的放电回路以保障系统的安全。

专利201010613992.7公开了：

目前的电池组充放电结果显示，锂离子电池组的单节电池可以循环3000次，但电池组只能循环500次，不均衡性是降低电池寿命的主要因素。传统方法是通过严格选择容量相近的单体电池来组成电池组。

现有的电池保护电路的缺点是：一是电池组的可用容量取决于容量最小的单节电池，电池组的检测是对单节电池进行检测，但是，对电池组的控制是通过对总电流进行控制，一旦某单节电池出现电压过充或者过放，就切断整个电池组的电流回路，从而不能对电池组其他单节电池进行继续充放电，电池组的容量不能充分利用，降低了电池组的实际可用容量。二是电池组的寿命取决于容量最小的单节电池，容量最小的单节电池由于充放电深度大，容量降低速度快，当该单节电池容量降低到可用下限时，电池组就不能继续使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有锂离子动力电池组保护电路单节电池不能从电池组充放电中退出来进行自保护之不足，提供了在电池组持续充放电情况下的单节电池自保护功能的实现方法与电路，降低了电池组对单节电池一致性的要求，增加了电池组的可用容量和寿命。

本发明解决上述问题所采取的技术方案是：

一种动力锂离子电池组自保护方法，其步骤为：

(1)电池组开始充放电时，一定时间内，启动模块使所有的单节电池启动强制非保护模式，之后转为自保护模式。

(2)升压模块对单节电池进行DC/DC变换，输出稳定的高电平，对基准电压模块和电压比较模块进行供电；

基准电压模块输出电池正常工作电压的上下限：

电压比较模块对电池电压与上下限基准电压相比较，输出逻辑电平，进而控制功能模块对单节电池进行自保护。

(3)功能模块收到电压正常的逻辑电平时，单节电池参与电池组的充放电；当收到电压反常的逻辑电平时，则单节电池退出电池组的充放电，电流被旁路，电池组继续充放电。

所述的启动模块由光电耦合器和时间控制电路构成，在由时间控制电路确定的一定时间内，光电耦合器的输出端强制控制每个单节电池的逻辑电平，从而进入强制非保护模式。

所述的功能模块，至少由单节电池分别串联和并联一个功率场效应管，功率场效应管的通断受逻辑电平控制，两个回路的的功率场效应管的通断状态是相反的，从而控制单节电池参与或者脱出电池组的充放电。

每个单节电池都至少包含了功能模块、升压模块、基准电压模块、电压比较模块和启动模块的电路。