[发明专利]一种单电池电芯补偿多电芯的电量均衡系统及均衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池，更具体地涉及一种单电池电芯补偿多电芯的电量电量均衡系统及均衡方法。

背景技术

锂离子电池在应用过程中供电电源通常由多个单体电池串联组成，以满足设备所需电压和功率要求。在实际使用中，由于单体电池之间的差异，电池组的容量只能达到最弱的电池的容量。在串联电池组中，虽然通过单体电池的电流相同，但是由于其容量不同，电池的放电深度也会不同，容量大的总会欠充欠放，而容量小的总会过充过放，这就造成容量大的衰减缓慢、寿命延长；容量小的衰减加快、寿命缩短，两者之间的差异会越来越大，最终小容量电池的失效会导致电池组的提前失效。

通常我们把因单体电池的性能差异而导致的电池组性能降低的现象称为电池匹配失衡。大多数情况下，引起匹配失衡的原因是电池的制作工艺和检测手段的不完善，而不是锂离子电池本身的化学属性变化。即使在生产出电池后进行检测分类再进行组合，也会出现电池匹配失衡的现象。比如：各单体的自放电量不同导致电池组在搁置过程中的容量失衡、单体之间电阻不同导致个别单体在电池组充电过程中过充等。

电池匹配失衡主要表现在两个方面：电池荷电状态失衡（即：所有单体的容量相同，但在电池组制作或搁置过程中，单体的荷电状态不同）和电池容量或能量的失衡。采用电池均衡处理技术便可解决以上两种失衡问题，从而改进串联电池组的电性能。电池荷电态失衡需在电池组初次充、放电时进行均衡调整电池,此后只需在充电期间进行均衡即可，而容量或能量失衡则必须在充、放电过程都进行均衡。

在理想状态下，锂离子电池组中的单体电池满足以下条件，便认为实现了均衡保护管理：电池组中所有单体电池的容量和荷电状态都相同；电池组中所有单体的容量不同，但单体电池的荷电状态相同。其中电池的荷电状态是指电池的现有容量与电池的实际容量之比。

从上可以看出：电池组均衡是指在电池组的使用过程中，保证各单体电池的荷电状态相同。为了改进串联电池组的电性能，使不匹配的单体电池达到同样的荷电状态，要求一些电池的充电或放电量比其它电池多，所以要给电池组增加额外的元件和电路，现有的技术采用几个串联电池电芯进行相互之间的补偿对串联单体进行均衡管理。这种均衡是通过对电压最高的单体电池分流来实现的。通过数据采集电路，检测每只串联电池的电压，进而判断其在整个电池组中所处的状态，当它的电压超出总平均电压一定幅度后，控制与该只电池并联的分流电路导通，对其进行分流。但此种均衡方法实现上无法安全可靠的运行，同时也会影响电池的使用寿命，因此需要一种新的电池电量均衡系统及均衡方法。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供一种基于补偿电池方式的电池电芯电量均衡系统及均衡方法。

本发明的技术方案如下：

一种多电池电芯电量均衡系统包括：

补偿电池，用于对电池回路中的单体电池进行充放电；

开关选择通道电路，一端与所述补偿电池连接，一端分别与所述单体单池连接，根据单体电池的电量，选择对补偿电池进行充电或者对单体电池放电；

第一电池电压采样电路，与所述补偿电池连接，用于采集补偿电池的电量信息；

第二电池电压采样电路，与所述单体电池连接，用于采集每个单体电池的电量信息；

电池短路保护电路，与所述第二电池电压采样电路连接，用于保证补偿电池在一段时间内与一个单体电池并联。

进一步，所述开关选择通道电路包括依次连接的单片机、驱动保护电路、驱动光耦和双向开关，所述单片机通过驱动保护电路输出驱动信号至光耦驱动，经光耦驱动进行放大和增强驱动能力，光耦输出信号驱动双向开关,使双向开估对应的电流支路导通。

进一步，所述电池短路保护电路采用四个输入非门和四个四输入与门实现。

一种单电池电芯补偿多电芯的电量均衡方法包括如下步骤：

1）第一和第二电池电压采样电路分别采集补偿电池和每个单体电池的电量信息；

2）对单体电池的电量进行判断，确定是否对其充电或者放电。

进一步，所述步骤2中对单体电池的电量进行判断时，

采用轮流检测串联电池电芯方式，并对所有电芯电压进行电量大小排序，当被测某个单体电池的电量低于设定值时，开关选择通道电路选择一个补偿电池对单体电池充电；如果有多个单体电池电量低于设定值，则选取电量最小的进行充电。