[发明专利]一种串联锂电池组电源均衡管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及电源领域，特别涉及一种串联锂电池组电源均衡管理系统。

背景技术

锂电池由于其能量密度高、自放电小、无记忆效应、绿色环保、使用寿命长及单节电池电压高等诸多优点得到了广泛的应用，作为移动设备主流电池产品，逐渐往大功率、大电流高电压供电设备方向发展。锂电池的电压无法满足中大功率设备的需求，需串联多节电池才能达到所供电设备或其电源适配电路要求的输入电压，或避免低压大电流输入以降低输入线路和整流的损耗。锂电池串联使用时，由于电池制造过程中的初始性能（如自放电率、容量等）不一致以及使用过程中由于电池内外环境（如温度）的不均匀造成老化速度不同，使得电池的容量各不相同，且它们之间的差异也会随着使用时间的增加而变大，这将造成工作过程中各串电池充放电状态不一致。为防止其中容量低的电池过充过放，一般锂电池都加有保护电路，在电池电压高于额定上限值或低于额定下限值的时候断开，整串锂电池组则从中切断而停止工作，其整体容量取决于容量最低的那一串电池。因此，为了避免锂电池的不一致性所造成对整体性能的影响，需要对串联锂电池组的放电和充电进行均衡管理。

目前，电池组的均衡方式主要有分流损耗均衡和电量转移均衡。前者是在各单串电池并联分流旁路对容量高的电池串放电损耗来进行均衡。这种方式其电路结构简单，但对于容量低的电池不能补充电量，存在功率损耗大和发热严重的问题，均衡过程一般在充电过程中进行。后者是对电压较低的一串电池进行电量转移，在放电过程中将其它电池的电量补充给它，充电过程中转移给其它串电池，但是电路结构相对较为复杂，需要隔离耦合。可以分为多对一和一对一转移的方式。多对一是在整串电池组和电压较低一串之间转移，只需要输出隔离，但均衡过程会影响到整串电池组，使所有电池都重复地作自我相互充放电，增加各串电池的无功负担并消耗其循环寿命，一对一转移则需要双隔离，对应每一串电池要有一个输入和输出隔离的DC/DC电路，在电压最高和最低的两串电池之间进行电量转移，电路结构比较繁复累赘。无论采用哪种方式，由于均衡输出都是对单串电池充电，输出电压一般在4V以下，整流损耗很大，通常均衡DC/DC电路的输出/输入效率低于80%。其它的均衡方案中，比较典型的还有一种电量搬迁的方法，把超级容量电容或另外一个电池作为中间载体，反复与电量高、低的两串电池之间进行充放电切换实现均衡，但这种无源被动式充放电需要电池与中间载体电压差要在0.1V、也就是两串电池之间电压差在0.2V以上才能进行有效的电量搬迁，在电池电压3.7V左右，0.2V的电压差相当于容量40%左右的载荷差异，这种方式均衡偏差大速度慢，很难跟上充电放电速度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电路结构复杂、增加电池组内部充放电循环、能量损耗较大的缺陷，提供一种电路结构简单、避免电池组内部充放电循环、能量损耗较小的串联锂电池组电源均衡管理系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种串联锂电池组电源均衡管理系统，包括电池组电源模块和充电电源模块，所述电池组电源模块与所述充电电源模块之间通过DC电源线连接；所述电池组电源模块包括串联锂电池组、电压检测控制电路和分断串接切换电路，所述电压检测控制电路检测到所述串联锂电池组在放电时其各单串电池之间的最高电压和最低电压的差值超过预先设定的阈值时，则控制所述分断串接切换电路将电压最低的单串电池从所述串联锂电池组中分断，所述电压检测控制电路如果检测到充电时某单串电池预先达到饱和，则控制所述分断串接切换电路将预先达到饱和的单串电池从所述串联锂电池组中分断，并将所述串联锂电池组串接数目改变的信息传送到所述充电电源模块，所述充电电源模块依据所述串联锂电池组的串接数目来调节其充电电压。

在本发明所述的串联锂电池组电源均衡管理系统中，所述分断串接切换电路包括其数目与所述串联锂电池组串接数目一致、分别与所述串联锂电池组中各单串电池连接的单刀双掷继电器。

在本发明所述的串联锂电池组电源均衡管理系统中，所述串联锂电池组还包括其数目与所述串联锂电池组串接数目一致、分别与所述串联锂电池组中各单串电池并联的肖特基二极管。

在本发明所述的串联锂电池组电源均衡管理系统中，所述电池组电源模块还包括与所述电压检测控制电路连接、用于产生一定频率脉冲电流信号的电流脉冲信号调制电路，所述电流脉冲信号调制电路将产生的脉冲电流信号通过所述DC电源线传送到所述充电电源模块。