[发明专利]极寒环境锂离子电池组快速充电装置及方法

权利要求书

1.一种极寒环境锂离子电池组快速充电装置，其特征在于，包括：内置均衡模块和充电接口的复合隔热装置以及与之相连的温度管理模块、数据采集模块与充电控制模块，其中：锂离子电池组设置于复合隔热装置内部并分别与均衡模块和充电接口相连，均衡模块与锂离子电池组相连并实现电流反激均衡和被动均衡，数据采集模块与锂离子电池组相连并采集实时充电状态经分析后分别向温度管理模块和充电控制模块输出温度数字信息和电压数字信息，温度管理模块与复合隔热装置相连并基于采集的温度数字信息进行温度控制，输出调温电压以控制复合隔热装置内部温度，充电控制模块与充电接口相连并基于采集的电压数字信息和电流数字信息，输出充电电压；

所述的复合隔热装置还包括：充电接口、基于石墨烯加热片的电池加热装置、用于放置电池组的箱体骨架、由隔热材料铺设的电池箱外板，其中：充电接口与充电控制模块相连并对锂离子电池组进行充电，电池加热装置与温度管理模块相连对锂离子电池组进行预热；

所述的箱体骨架采用abs工程塑料材料制成，隔热材料采用石棉隔热板并在外部铺设EVA泡棉层；

所述的石墨烯加热片采用导电的石墨烯材料取代传统的电热丝，该石墨烯材料铺设在两片透明的聚乙烯薄膜之间，通电时碳原子发出大量的热辐射实现加热功能；

所述的数据采集模块包括：用于采集实时充电状态的电压采集单元、电流采集单元和温度采集单元，分别采集电池的端电压、充电电流、电池表面温度；

所述的电压采集单元通过内置的12通道16位ADC芯片与锂离子电池组中的各个单体电池的极耳相连以测量各单体电池的端电压模拟信息并转化成电压数字信息；所述的电流采集单元通过霍尔传感器测量电池组电流模拟信息并转化成电流数字信息；所述的温度采集单元通过热敏电阻测量电池表面温度模拟信息并转化成温度数字信息；

所述的均衡模块包括：反激式均衡单元和被动均衡单元，其中：

所述的被动均衡单元中设有12路额定电流3A的N-MOSFET、用于在均衡电路内起到分流电流与耗散电流能量的耗散电阻、用于控制12路N-MOSFET的通断来达到控制各单体电池被动均衡单元通断的被动式均衡控制芯片；

所述的反激式均衡单元包括：12路均衡电路和与之相连用于控制通断的反激式均衡控制芯片，每一路上包含一个额定电流为10A的N-MOSFET、变压器、肖基特二极管、滤波电容、用于测量均衡电流大小的精密电阻，其中：反激式均衡控制芯片控制变压器初级感应线圈上产生交变电流，引起次级感应线圈产生感应电动势从而导通次级均衡电路为电池充电；

所述的充电控制模块采用具有MCU的IGBT充电电路，其中：MCU输出PWM信号控制IGBT通断频率，MCU实时读取数据采集模块输出的电压数字信息、温度数字信息和充电电流数据，计算电池组中各单体电池实时的SOC，基于预先设计的充电电流控制策略控制充电电流大小以及均衡模块的启停，实现电池组在低温下的快速充电及防止电池组出现过流与过充；

所述的快速充电是指：首先通过对锂离子电池组进行预热，当预热温度到达设定温度时依次以1C、0.7C、0.5C、0.3C和0.1C倍率恒流充电；最后再对电池组进行恒压充电。