[发明专利]锂动力电池组串并联切换充电方法与充电装置

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种包括混合动力汽车在内的电动车辆领域的锂动力电池组的充电方法与充电装置。

二、背景技术

锂动力电池组由于其能量密度高、比功率大，循环寿命长，引起了包括混合动力汽车在内的电动汽车领域的密切关注。越来越多的电动汽车开始采用锂动力电池作为电源。尤其是锂离子和锂聚合物电池具有重量轻，容量大，内阻小的特点，因而广泛使用。但是它又很容易损坏，如果不按照它的充电特性，可充电次数将大打折扣，将大大降低其使用寿命，所以如何给锂动力电池组充电是当前要解决的重要课题。

锂动力电池组的单个电芯的电解液的击穿电压接近于其充满电时的电压，在充电过程中，当其电压接近结束电压值(一般为4.1-4.3V)时，必须通过细心的观察和控制来避免任何单个电芯由于过充电而导致过电压。对于单个锂动力电池的电芯来说，其通过监控保证其电压不超过其化学性能所允许的电压值较容易。串联锂动力电池组中的锂动力电芯则面临很复杂的问题，由于各个电芯电量均存在一定的不一致性，因此即使整个锂动力电池组的电压在安全电压范围内，也可能因为各单个电芯之间的电量不平衡，而导致其中某个电芯因过电压而损坏。因此，在锂动力电池组电压升到恒压充电设定值时，必须对每个电芯进行监测和控制。

一般来说，导致电芯性能异常有两个方面的原因：内阻的变化和因老化而容量不足。在任何一种情况下，如果电池组合中的一个电芯存在性能异常，在大功率充电时，这个电芯就可能首先过电压。而且个别容量不足或高内阻的电芯在充放电时容易出现大幅度电压震荡，存在着过电压的隐患。对于使用电池的设备来讲，人们希望电芯平衡并达到电池组合的最大可用容量。但在充电过程中，一个不平衡的电芯可能过早地达到结束电压值时，并触发充电器停止充电。所以如何保持每个锂动力电池电芯充电容量平衡是目前锂动力电池组要解决的主要问题。

目前，对锂动力电池组充电有并联充电和串联充电两种方法。为了降低成本，通常人们采用串联充电的方法，监测总的串联电压不超过总电池组过压值，但这种方法很容易引起个别单体锂动力电池的过电压充电和电芯充电的不均衡，大大降低锂动力电池组的使用寿命。目前，锂动力电池组串联充电过程中，一般有两种电芯容量平衡方法：转移法和消耗法。转移法的电芯平衡方法是将电荷从电量高的电芯转移到电量较低的电芯。但是对于电芯个数较多的锂动力电池组，转移法所需的电路是非常复杂和繁琐的，其可靠性非常低；消耗法则是先找出组合中电量高的电芯，然后通过一个阻抗装置放掉过剩的电荷使之与电量较低的电芯相一致。其问题也是需要大量的开关电路，且消耗能量较大。

为了尽量满足单个锂动力电池的充电特性，对锂动力电池组的每个锂电池电芯单独充电，即并联充电法为效果较好的方法。并联充电法虽然每个单体锂动力电池的充电电压较低，但由于其充电支路多，每个充电支路的电流较大，充电器的各支路总充电电流较高，充电器的体积非常大，所以成本相当高，使锂动力电池的充电装置成本非常高，很难实现。

三、发明内容

本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种锂动力电池组串并联切换充电方法与充电装置，使用该方法和装置为锂动力电池组充电，提高了锂动力电池组的安全性及循环使用寿命，充电成本低，充电装置的体积小。

为完成本发明的目的，本发明的充电方法技术解决方案是：一种锂动力电池组串并联切换充电方法，其包括以下步骤：

(1)、检测电池组与充电器的连接情况和各个电池电芯单元的电压值，如果发生连接不可靠的情况，则显示故障信号；当确认连接完好后，首先判断是否有锂动力电池电芯单元电压低于预充电电压值，如果有，则开始对该单元进行预充电；预充电的方式为串联充电，串联电流控制在预充电电流值；如果没有，直接进入步骤(2)；

(2)、当预充电结束后，检测电池电芯中有无单元电压高于电池的结束电压值；如果有，则进行并联充电；如果没有，则进行串联充电，在串联充电时，监测各个电芯的电压是否有高于结束电压值，当电池组中有一电芯电压到达结束电压值时，串联充电结束，开始进行并联充电；

(3)、在并联充电时，监测各个电池电芯单元的电压值和电流值，保证电池电芯单元电压不高于其结束电压值，且当充电电流小于涓流电流结束值时，该电池电芯单元充满。当全部电池电芯都充满时，锂动力电池组的充电完成；

在整个充电过程中，时刻检测锂动力电池的温度，一旦发现电池温度过高，则停止充电，并给出故障信号。

为实现上述所述的锂动力电池组串并联切换充电方法的充电装置：其包括以下四个部分电路：