[发明专利]一种串联电池组快平衡充电装置

说明书

本发明公开了一种串联电池组快平衡充电装置，包括电源输入模块、充电控制与检测保护模块、平衡充电检测控制模块、CPU模块，充电电源经电源输入模块、在CPU模块控制下由充电控制与检测保护模块为待充电电池组自动提供充电电流，CPU模块和平衡充电检测控制模块通过实时检测待充电电池组的每个单体电池电压以实现对待充电电池组的智能平衡充电。本专利的有益效果是采用级联式平衡充电和CPU模块智能控制，可有效缩短平衡时间、适应不同种类任意多个单体电池所组成电池组，缓解单体电池在制造和使用过程中产生的不一致性，提高串联电池组的整体性能和充电的安全可靠性。

技术领域

本发明属于串联电池组的充电设备，尤其是一种串联电池组快平衡充电装置。

背景技术

随着新能源产业的快速发展，无论是新能源汽车或是大规模储能应用，均需要大量单体电池串联使用，但由于串联单体电池的不一致性严重影响了动力电池组的有效容量、循环寿命、安全性和经济性，使动力池组难以达到这样的要求。单体电池的一致性决定了串联电池组的性能、寿命和安全性，即只要有一个单体电池的性能变差，整个串联电池组的性能都将变差。常见情况有：（1）其中有一个单体电池的容量偏低，结果是充电时这个单体电池首先达到充电上限截止电压，而放电时首先达到放电下限截止电压，那么这个单体电池的容量决定整个串联电池组的容量；（2）如果初始状态有一个单体电池的电压偏低，充电时这个单体电池达不到截止电压而不能充满，放电时这个单体电池首先到达放电截止，该单体电池没充满电又提前把电放完，串联电池组实际可用的电量由这个单体电池的容量决定；（3）如果一个单体电池的极化阻抗和内阻偏高，充电时电压上升快、放电时电压下降也快，就某一次测试的表现来看就是这个单体电池的容量不足，负载能力下降，充放电时的温度偏高。

电池制造过程中提高单体电池的一致性还有相当大的难度且需要较大投入并将大幅度提高电池的制造费用导致电池价格高而不利于相关产业的快速发展。目前电池制造商或电池组合工厂采用严格的筛选方法进行电池匹配来提高电池的一致性。但即使是严格匹配后的电池，在循环的初期或多次循环之后，就会表现出可见的差别，故采用电池匹配的有效性不尽人意；电池的工作条件和环境也会对一致性产生影响，随着电池循环次数的增加其一致性改变程度具有不可检测性。因此，单体电池的一致性又是相对的，过分强调制造过程中的一致性或使用过程中环境的一致性，只能以提高动力系统成本为代价。

如何保证动力电池安全、高效成组的使用成为当前亟待解决的问题。除了在电池本身的一致性方面下功夫外，电池平衡技术作为动力电池成组应用的关键技术之一，能够有效缓解制造过程和使用过程中产生的不一致性，提高电池组的整体性能。原则上平衡技术不仅能解决电池一致性的问题，而且能够使串联电池组中性能最差的那个单体电池的寿命得到延长，同时电池性能的改进也将使得电池安全性得到改善，因为电池性能变差后，安全性也随之降低。用于串联电池组的平衡电路主要有两类：一是能量消耗型，指利用并联电阻等方式将电池组中电量较多的电池的能量进行耗散，直到其荷电状态到达平均值的平衡电路；二是非能量消耗型（能量转移型），即利用电容、电感等储能元件在单体电池或电池组之间进行能量转移，使电池组电压保持一致的平衡电路。

能量消耗型平衡方案采用功率电阻作为分流元件，其结构简单、成本低，改善了串联电池组的不平衡性，但能耗比较高、浪费电能，使得能量利用率低，并且温升降低了充电设备的可靠性；另外因为电阻的分流，使得恒流充电方式无法进行，电池的充电电路中只能通过较小的电流，使得充电的效率大大降低。能量转移型单向能量变换器在监视单体电池电压的基础上，采用光耦合器控制变压器两端能量的变换，但单向平衡不适合主动平衡。能量转移型双向型能量变换器从高压单体直接把能量变换到低压单体，动态调整输入输出方向，具有最佳的平衡效率，但因为能量变换器采用变压器，结构复杂、体积较大、成本相对较高。因此，开发一种适用于串联电池组平衡充电的高效、简便、智能的充电设备是十分必要的。

发明内容

针对目前串联电池组自身的一致性问题和相应充电装置存在的不足，本发明公布了一种串联电池组快平衡充电装置。