[发明专利]新型电池组、电池组连接方法及电池组充放电管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓄电池组及其管理方法，特别涉及一种新型电池组、电池组连接方法及电池组充放电管理方法。

背景技术

为了给设备提供足够的电压，电池组通常由多个电池串联而成，但是如果电池之间的容量失配便会影响整个电池组的容量。当电池组中的电池不均衡时，它的可用容量将减少，串联电池组中容量最低的电池将决定电池组的总容量。在不均衡电池包中，一个或几个电池会在其它电池尚需充电时便已达到最大容量。而在放电时，未完全充电的电池又会比其它电池先放完电，使电池组因电压不足而提前停止供电。

所以目前电池组普遍需要采用电池均衡技术，其目的在于：

1.充电均衡：在充电过程中后期，部分电池的容量很高，其单体电压已经超过设定的限制的时候(一般要比截止电压小)时，电池组管理系统(BMS)控制均衡电路开始工作，控制这些容量满的电池少充，不充甚至是转移能量，以达到在整个电池组的容量小的电池继续充电并且容量满电池不损坏的目的。

充电均衡的功能是防止电池组内的电池过充电。由于充电均衡仅仅保证了电池在充电中，容量最小的电池不过充，在放电过程中，它能释放的能量也是最小的，因此这些电池过度放电的可能性很大。如果BMS控制不好的情况下，这些容量小的电池已经处于深度放电条件下，电池组的整体仍蕴含较高的能量(表现在电池组电压较高)。往往充电均衡需要与放电均衡一起使用。

2.放电均衡：在电池组输出功率时，通过补充电能限制容量低的电池放电，使得它单体电压不低于预设值(一般要比放电终止电压高一点)。其中，预设值的设计与不同的电池种类有很大的关系，而两个重要参数充电截止电压和放电终止电压，均和电池温度，充放电流有关。

3.动态均衡：工作在浮充状态(idle)，可通过能量转换的方法实现组中单体电压的平衡，实时保持相近的荷电程度。事实上目前关于idle状态的转化可能引起额外的能量消耗，因此需要谨慎评估，不能使电池的能量在无序的转移过程中变成热量而消耗。

概括的讲，习见电池组均衡方法主要有如下类型，包括断流(disconnection circuit)型、分流(Shuntingmethod)及能耗型(Dissipative Method)和主动均衡型(亦可称为回馈型方法，ACTIVE CELL BALANCING METHODS)，其中，断流型方法是通过如下方式实现的，即：当单体电池的电压在满足一定条件时，把单体电池的回路断开，并使用另一个开关进行旁路。分流型方法是给每只电池添加一个额外的旁路补偿装置，通过外部电阻的特性来补偿电池的特性，而能耗型方法也是为单体电池提供并联电流支路，将电压过高的单体电池通过分流转移电能达到均衡目的，主动均衡型方法是通过能量变换器将单体之间的偏差能量馈送回电池组或组中某些单体而实现，其相当于一个DC/DC电源的使用。但是，前述的各类方法均或多或少存在一些缺陷，例如，对器件的性能要求较高，会加剧电池组的能量损耗等等，因此难以完全满足实际应用的需求。

近年来，还出现了一种最新的电池管理技术，表面上是断流型的一种改进，实际上由于使用了变电压充电和冗余电池切换的技术，其性能甚至优于上诉各种均衡方法，其电池连接结构可参阅图1所示。该方法的要点在于将电池组设计为由N个电池组成，N＞K，单块电池额定充电电压为ε，并假设电池组对外供电的额定电压为Kε′，单块电池的额定放电电压为ε′，N、K均为＞1的正整数。

若对其中第i个电池进行考察(显然，i亦为正整数，且N≥i≥1)：当开关S_i，1闭合同时S_i，2打开时，该第i个电池接入电路回路；当开关S_i，1打开同时S_i，2闭合时，该第i个电池旁出电路回路。所以通过调整开关S_i，1和S_i，2的通断状态，我们就可以控制该第i个电池接入或者旁出充电回路。如果M个电池被接入充电电路，那么此时蓄电池组的额定充电电压就降低为Mε显然，M亦为正整数，且N＞M≥1。

该方法的工作方式为，在实时监测每一块电池的电压和电流的同时：