[实用新型]充放电自动均衡的锂离子动力电池串联电池组

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种锂离子动力电池，特别涉及一种充放电自动均衡的锂离子动力电池串联电池组，属于动力电池领域。

背景技术

目前锂离子动力电池应用十分广泛，它可应用在各种电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车等很多领域。锂离子动力电池做为供电的动力源，在实际应用中通常将若干个单体锂离子动力电池串联起来组成锂离子动力电池串联电池组后成组使用，以满足不同设备所需电压和功率的要求；同时在实际使用中基于锂离子动力电池的充放电特性以及各单体电池存在差异这一实际情况，需要对锂离子动力电池串联电池组中的个别单体锂离子动力电池实行均衡控制，解决锂离子动力电池串联电池组中电池匹配失衡，也就是解决锂离子动力电池串联电池组中各单体电池间不一致的问题，从而避免由于个别单体锂离子动力电池的过充过放所导致的电池组早期失效，使其性能尽量接近单体锂离子动力电池的平均水平，因此均衡控制对于锂离子动力电池串联电池组是十分重要的。

通常把因单体锂离子动力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制作工艺和检测手段的不完善，而不是锂离子动力电池本身的化学属性变化。即使在生产出单体锂离子动力电池后进行检测分类再进行组合，也会出现电池匹配的失衡现象，如：各单体电池的自放电率不同导致电池在搁置过程中的容量失衡，单体电池之间电阻不同导致个别单体电池在电池组充电过程中过充等。

电池匹配失衡主要表现两个方面：一方面是电池荷电状态失衡，即所有单体电池的容量相同，但在成组电池制作或搁置过程中，单体的荷电状态不同；第二方面是电池容量或能量的失衡。

为了改进锂离子动力电池串联电池组的电性能，使不匹配的单体锂离子动力电池达到同样的荷电状态，要求一些单体锂离子动力电池的充电量和放电量比其它电池多，所以要给电池组增加均衡管理系统，对电池组进行均衡控制，这种均衡管理系统是通过对容量最小或内阻较大的先充到最高电压的单体电池进行分流来实现的。通常的分流电路是有一个功率晶体管和限流电阻串联，再与单体电池并联组成，在充电过程中控制功率晶体管导通，将高电压电池的电流部分分流，从而使它的充电速度比其它电池慢，在放电过程中导通功率晶体管，增加容量稍大、电压稍高的单体电池负载，使它的放电速度比其它电池快，从而实现放电均衡。这种BMS均衡管理系统还包括有基准电路、稳压电路和温度开关，通过基准电路提供采样基准数据，通过稳压电路使输出电压稳定，通过温度开关实现温度保护控制。这种BMS均衡管理系统如果均衡电流过大功耗会很大，引起电池组升温或增加元件负担，相反，如果均衡电流过小，就需要较长时间或多个周期才能起到均衡作用，从而降低充电效率，甚至失去均衡作用的意义。

由于目前锂离子动力电池串联电池组无论是国内还是国外，基本采用的都是上述均衡管理系统进行均衡控制，这导致了现有锂离子动力电池成组后的充放循环寿命大大低于单体电池的充放循环寿命，也就是说现有的均衡控制无法解决动力锂离子电池串联成组后电池一致性的问题，解决动力锂离子电池串联成组后电池的一致性的问题目前是一个无法解决的世界难题，也是动力锂离子电池成组技术的瓶颈技术和关键技术。动力锂离子电池串联成组后电池的一致性之所以难以解决，其原因主要是：(1)各单体电池容量不一致是蓄电池技术的基本属性，即使配置得很好的电池组，经过一段时间后，又会出现不均衡；(2)规模化生产后的电动车等是不可能采用均衡化充电或被动均衡装置来实现均衡性维护的。因为现有的这种均衡管理系统始终在使某一单体电池容量最小，当过充、过放、均衡分流时，浅充、浅放，这导致这一单体电池恶化循环直至它容量早期衰减而使整个电池组早期失效，大大缩短电池组的使用寿命，例如：锰酸锂电池，单体电池循环寿命为600次，实际电池组使用300～400次。磷酸铁锂电池单体电池循环寿命为2000次，而实际成组电池使用1000～1200次。再者现有的这种均衡管理系统结构复杂、连接管线众多，如有100个单体电池串联，就有101根线与均衡管理系统相连接，任何一根线出现问题都会引起故障，因此故障率高，稳定可靠性差，价格昂贵，锂离子动力电池串联电池组小容量在几百元，大容量如电动汽车用价格上万元。

锂离子动力电池串联电池组中各单体电池间一致性的理想状态是：电池组中所有单体电池的容量和荷电状态都相同，或单体电池的容量不同，但单体电池的荷电状态相同。