[发明专利]一种增量式均衡充电的电池组充电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种动力电池组的充电装置，尤其适合串联构成的电池组在充电时对各单体电池之间进行均衡充电的充电装置。

背景技术

动力电池，尤其是动力锂离子电池，是电能存储的重要部件。动力电池已经广泛地应用于能源、通讯、国防、海事等诸多重要领域，尤其是近年来国家大力支持的电动汽车，更是需要依靠动力电池作为能源。在实际应用中动力电池通常由多个单体电池经串联或者并联后构成电池组。由于在生产过程中，没有办法做到每一个单体电池的特性完全一致，因此导致了电池组在充电与放电工作中各个单体电池的性能出现差异。尤其是在充电的过程中，性能差的电池已经充满电，性能好的电池却还没充满电。等到性能好的电池充满电时，性能差的电池已经过充了。这就是串联电池组的水桶效应，水桶效应导致电池组总体性能下降。过充对电池影响是致命的，直接影响到电池的使用与寿命。单体电池之间的性能差异会随着电池组充放电次数的增多而累加起来，导致电池差异越来越大，电池组总体性能也随之快速下降，以致于这个问题不得不解决。解决这个问题的办法就是电池组在每次充电时，对各个单体电池进行均衡充电，使电池组中的每一个电池都能充足电，每各单体电池都能充足电就可以使单体电池之间的差异不会随充放电次数的增加而叠加，保证了电池组的性能不会变差。因此如何在电池组充电过程中对单体电池进行均衡充电就成为一个很关键的技术问题，至今仍没有很好的解决。

电池组均衡充电的方法和策略大致可分为三大类型，能量消耗型、能量转移型、能量补充型。

能量消耗型的均衡原理是在电池组充电过程中，通过旁路器件（典型的旁路器件是电阻）将充电快的单体电池中的电量消耗掉一部分，使之降低充电速度，以此保证整体电池组充电的一致性。典型代表如已公开的发明专利（公开号：CN101162847A），该发明专利给出了一种串联电池组自动均衡充电的解决方案，利用一一对应的分流器实现自动均衡充电。能量消耗型的均衡充电方法的缺点在于无谓的能耗，不利于提高电池充电效率，发热严重，因此只能使用在小容量的电池充电场合，如手机，笔记本电脑等，但大容量（10A时以上）电池很难使用该方法。

能量转移型均衡方法其基本原理是利用储能元件（电感、电容等）将充电快的单体电池的能量转移到充电慢的单体电池上，以此实现均衡充电。能量转移型均衡方法在均衡过程中理论上不会消耗能量，适合于大容量电池。已公布的能量转移型均衡充电的专利很多，但在实际应用时，由于能量在电池间搬移需要使用到许多开关元件和储能元件，电路复杂，控制困难，目前主要停留在理论研究上，未见实用方案报道。目前用在电动汽车、电动摩托车上的大容量动力二次电池的充电，都还未能有均衡充电的措施，这对电池的使用寿命是有影响的。因此，给出种实用的大容量电池均衡充电的解决方案是必要的。

能量补充型均衡方法基本原理是利用附加充电电源对充电少的单体电池进行补充充电，使之以更快的充电速度追上其它电池的充电量。典型代表如已公开的专利CN200610061688.X、CN201080006134.4、CN200920204588.7，这三个专利分别给出了一种采用附加充电电源对充电不足的单体电池进行辅助充电的均衡充电方案。值得注意的是这类型的均衡充电方法有一个共同的问题，即为了将附加充电电源加到选定的单体电池上使之进行辅助充电，必须用一组开关列阵进行开关选通，这个开关阵列的存在就导致了一个可能出现的安全隐患：当开关阵列中的开关出现错误通断时，有可能导致电池自身或者多个电池之间的短路，导致大事故的发生。为了避免错误开关导致事故发生，专利CN200610061688.X、CN200920204588.7采用了二极管及保险丝作为保护措施，然而这些保护措施不仅降低了辅助电源充电的效果，同时也不能真正保护电池。这类均衡充电方法还有一个值得注意的问题是辅助充电电源都是采用电压源，电压源在应用实践中可能导致过电流充电，对电池不利。实验中表明，辅助充电电源如果采用电流源进行充电，其充电效果会更好。

发明内容