[发明专利]以单元管理实现多节串联二次电池组保护的方法及电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种二次电池组保护的方法及电路，特别涉及一种以单元管理实现多节串联二次电池组保护的方法及电路。

背景技术

以电池单体为供电源的电源管理技术已经比较完善，但电池组有区别于二次电池单体的额外特性。鉴于目前设计与制造技术水平，二次电池单体之间的性能差异总是客观的存在。在电池组的整个使用期中，二次电池组中的个体在电压、容量、内阻等方面的差异不但不会趋于消失，反而会趋向变大。以二次电池容量为例，在串联电池组中，一样大小的充、放电电流，容量较大的电池个体总是处于较小倍率电流充电或放电，其容量衰减较缓慢，寿命较长。而容量相对小者的个体总是处于较大倍率电流充电或放电，容量衰减较快、寿命较短，经过多个充、放电周期后，电池组中的各电池在性能参数上差异越来越大，形成正反馈特性。这些差异的加剧容易导致电池组中个别电池过充和过放，一旦个别电池发生过充和过放，该节电池将很快报废。而小容量的电池个体提前失效直接导致电池组寿命缩短。根据木桶原理，通常认为电池组的寿命是各单体电池寿命的最小者。

为了解决电池组过充、过放的问题，一般都是通过保护电池组中的单体电池以达到保护电池组的目的。

公开号为CN1655416A，名称为《多节锂电池串联电池组保护方法及其电路》的发明专利申请，公开了一种在锂离子电池组中为每节电池配接一个电压检测模块和保护电路。这种方法源自于单节锂离子电池(简称锂电)保护方法，这在一定程度上解决了电池组过充过放的问题，但这种方法有很大的局限性：

采用这种方法的保护电路，一般都采用被保护的电池单体自体供电的方法。目前仅锂电池单体的端电压超过3.3V。而单节镍氢、镍镉电压只有1.2V左右，铅蓄电池也只有2V。即便是锂离子电池，电池单体在其放电终结时，电压会低于3V，如果要使电压检测模块和保护电路能正常工作，就必须采用能在低电压下工作的微功耗元器件，这样以来电压检测模块和保护电路的成本就很高。

目前能在低电压下工作的元器件的工作电压也高出1.2V很多，所以对于镍系列的二次电池，电路实现相对较困难，就不仅是成本问题了。

对于铅蓄电池组，电压检测模块和保护电路成本太高将失去实用意义。目前很多铅蓄电池多节串联做成整体，没有单节的形式，为每节电池配接压检测模块和保护电路不能应用到这些铅蓄电池组上。

以这种保护方法的电池组，当电池组的电压越高，串联的电池也越多，保护电路的成本也迅速增加，而保护的效果却急剧下降。

单节电池的保护电路通常是串接在电路中，多个保护电路串接增加了电池组输出阻抗。由于保护电路是串联在一起，只要个别电路失效，就会影响到整体的使用。串联的数目较多时，保护电路也相应地增加，电路出故障的可能性也在增加。正是因为这样，以现有的技术要对电池组实现较好保护，电池组内串联的电池数目不能太多。

对于可充锂电池而言，充电管理电路中仅有电压检测模块是不够的。实验表明：单节锂电池在充电至安全电压上限时，只充入了70％左右的电能。在充电末期，采取恒压充电，在充满之后如果不将充电回路断开，即使是充电电流很小也会造成锂电池过充，损害锂电池的使用寿命。如果要将锂电池组充满并防止过充，除了检测、控制充电电压外，必须能检测、控制充电电流。

因此为每一节电池配接一个电压检测模块和保护电路有很大局限性。

对于由几十只、上百只二次电池单体经串连构成的电池组，由于二次电池个体的差异总是客观存在，以目前现有的技术在一定的成本内很难有效地防止其过充与过放，这就限制了二次电池组的应用。

发明内容

为了解决在一定的成本内很难有效地防止电池组过充与过放，使电池组寿命很快降低的问题，本发明提出一种以单元管理的方法对串联电池组实现保护，由于各个单元都是相互独立的，保护的效果并不会随串联电池数目的增加而显著变坏，即使是电池组内串联的电池数目较多(数百节，甚至上千节)，也能较好的实现保护。

本发明通过以下方案实现：一种以单元管理实现多节串联二次电池组保护的方法，包括如下步骤：

(1)划分电池单元；

(2)为每个电池单元配接一个电池状态监测模块；在电池组充电阶段，电池状态监测模块对电池单元的电压、温度、电流进行监测；在电池组放电阶段，电池状态监测模块对电池单元的电压、温度、电流进行监测，产生一组与电池单元充、放电的状态相关的信号：