[发明专利]串联电池组充电平衡系统及其充电平衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及串联电池组充电技术，尤其涉及串联电池组充电平衡系统及其充电平衡方法，适用于纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车、电动船舶、后备式通信电源、NB电池和电动工具等所使用的多电池串联的电池组。

背景技术

对于包含有多节电池串联的电池组，由于单体电池老化程度以及受温度影响不同，每节单体电池的状态就不一致；随着充放电次数的增加，电池间的电压差会逐渐增加，形成电池间的不平衡，从而造成电池组寿命缩短。当电池组用较大电流进行一段时间的放电，如果电池之间的不平衡达到一定程度，容量最小的单体电池上产生的极化反应会对该电池组造成永久性的损坏，因此单体电池之间平衡是否对于电池组的使用寿命及效果起着至关重要的作用。

目前市场上对于串联电池组的充电平衡管理，普遍采用以下方式：

1.采用末端平衡管理方式

当电池组中任意一节单体电池电压达到电芯要求的恒压充电电压Uch时，对达到Uch的电池两端并入小电流放电支路，当电池组中任意一节单体电池电压达到电芯要求的过充保护电压Uov时，需立即切断充电回路，防止电池由于过充而引起安全问题。由于电池间的不平衡，电池整组电压未达到相应的充电电压，这造成充电电流远大于并入的放电支路电流，在大电流的作用下，电池从Uov到电芯要求的过充保护电压Uov的时间t很短(见图1)，这表明了电池所能平衡的容量很少，在实际应用中这很难解决电池之间的容量差异问题。

2.采用中期平衡管理方式

这种管理方式是在单体电池达到某一值Uba1(Uba1为平衡启动点，Uba1《Uch)就开始进行小电流放电，延长了电池平衡时间，但电池的充电曲线是不一致的。图2所示为电池组里A、B电池的充电曲线，正常充电情况下，电池A的电压比电池B的电压先到达Uba1点，因此系统将对A电池进行小电流放电，而从充电曲线可以看出，本来A电池的充电时间就要比B电池的充电时间长(t2＞t1)，但由于A电池先进行小电流放电，减少了实际流入A电池的电流，延长了A电池充满所需要的充电时间，最终造成A、B电池容量差异比平衡前A、B电池的容量差异还要大。通过这种方案，不但没有拉近电池之间的电压差，反而加剧了电池之间的电压差，从而造成容量上的进一步差异。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种串联电池组充电平衡系统及其充电平衡方法，以在串联电池组的充电过程中解决电池组中的单体电池之间的容量差异问题。

本发明提供的串联电池组充电平衡系统包括串联电池组和充电电源，串联电池组包括多个串联的电池，该系统还包括：电池电压监测模块，其包括与电池数量相等的电池电压监测子模块，每个电池电压检测子模块单独与一个电池连接，用于监测与其连接的电池的电压；能量溢出模块，其包括数量与电池数量相等的能量溢出子模块，每个能量溢出子模块单独与一个电池连接，能量溢出子模块包括串联连接的电子开关一(SW)和分流负载；充电能量限入控制模块，其与串联电池组的一端和充电电源接连，用于对充电回路的电流进行控制；主控模块，其分别与电池电压监测模块、能量溢出模块和充电能量限入控制模块电连接，根据电池电压监测子模块检测到的电压情况来控制能量溢出子模块和充电能量限入控制模块。

本发明提供的充电平衡方法，包括：在主控模块中设定平衡启动电压；单个电池电压检测子模块一对一地对串联电池组中的单个电池电压进行检测，若单个电池电压低于平衡启动电压，充电能量限入控制模块把串联电池组和充电电源接通，充电电源对串联电池组进行正常充电，一旦电池电压检测子模块检测到单个电池电压达到平衡启动电压，串联电池组进入限流充电状态，主控模块将与该电池连接的能量溢出子模块中的电子开关一闭合，主控模块同时启动充电能量限入控制模块对充电电流进行控制。

相对现有的技术，本发明具有如下技术效果：

1.可平衡度大，可以实现最恶劣平衡状态下的电池组平衡(即电池组中至少有一节充满电池和一节放空电池)；

2.由于平衡启动后，回路对电池组进行小电流充电，保证了所有的单体电池完全充满，提高了电池利用效率；

3.通过对充电电流的控制和对达到预定的充电电压的单体电池充电电流进行旁路分流来实现电池间的平衡，极大地方便了电路的实现，提高了系统的稳定性，降低了电路成本；

4.由于采用末端平衡控制，避免了充电曲线不一致状态下造成的影响，有利于电池分容配阻，使电池组的生产成本大幅度下降。

附图说明

图1为现有的末端平衡管理方式的充电曲线图；

图2为现有的中期平衡管理方式的充电曲线图；