[发明专利]一种可充电电池组的保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可充电电池组的保护装置，属于电池保护技术领域。

背景技术

目前，每个独立封装成型的可充电电池(以下简称电池单体)在容量、电压、内阻等方面的差异总是客观的存在。当电池单体在单独使用时候，这些差异对其使用寿命并不会造成太大影响。但电池组有区别于电池单体的额外特性，因而在电池组的使用过程中，电池组中的电池单体在电压、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。经过多个充、放电周期后，电池单体之间的这些差异会使电池组更容易被过度充电(以下简称过充)和被过度放电(以下简称过放)。一旦电池组中某一电池单体被过充或过放，该电池单体将很快报废。业界通常认为电池组的寿命取决于寿命最短的那个电池单体。个别电池单体提前报废将直接导致整个电池组寿命缩短。为了延长电池组的使用寿命就必须为电池组配备相应的保护装置来防止电池组被过充和被过放，并且要在可实现的前提下尽可能的降低成本。

为了解决电池组被过充和被过放的问题，曾经出现过很多方法。

首先对于由不同的类型电池组成的电池组，采取保护的方法差异很大，保护装置也不通用。

对于铅酸蓄电池而言，其电池单体往往就是由多节蓄电池串联而成，这种情形下的电池单体实际上就是一个小型的电池组。对铅酸蓄电池组的保护比较成熟的做法一般是以小电流浮充和避免深度放电，相应的保护装置也大多也是围绕着这种思路去施行的。但这样虽然在一定程度上避免了过充和过放，但也造成了容量利用率低、极板容易失活老化等其它问题，且自动化程度低，效果也不理想。

由于对锂电池单体的保护，一般是为锂电池单体配接一个专用的保护电路，这种锂电池单体的保护电路已经比较完善。对于锂电池组而言，现有的集成电路一般也只能保护由四节锂电串联而成的电池组。对于串联数更多的锂电池组的保护就比较困难了。

授权公告号为CN100397741C，名称为《多节锂电池串联电池组保护方法及其电路》的发明专利中，公开了一种锂电池组的保护方法和电路。该方法为锂电池组中每个锂电池单体配接一个电压监测模块及相应的电路来实现保护。从理论上来说，这种方法在一定程度上可以解决锂电池组过充过放的问题，但这种方法在实施上有很大的局限性，主要体现在下列几条：

首先，保护电路中的电压监测模块一般都采用被保护的电池单体自体供电的方法，需要采用在用电池单体标称电压下能工作的微功耗元器件，电路成本较高。对于铅蓄电池组，成本太高将失去实用意义。由于镍氢、镍镉等镍系列的可充电电池单体的标称电压为1.2V，在现有的技术条件下，即使那些可以在低电压下工作的电压监测模块其工作电压也高出1.2V很多，所以对于镍氢、镍镉等镍系列的可充电电池，在电路的实现上较为困难。这就不仅是成本问题了，更主要的问题是如何实现。

其次，为了节省电池电能，市售的电压监测模块大多是以周期采样的方式工作，因而对电池电压监测的实时性较差。以此构成电路来保护锂电池组，一般只适用于小电流使用的情况，不适用于大电流使用的情况，否则极易造成电池组被过充或被过放。为了节约成本，电压监测模块大多是封装成整体，不能调节参数。为了对不同批次的电池实现较好的保护效果，往往需要订货。

而至关重要的一点，在CN100397741C所述的方法与电路中，与每个锂电池单体连接的电压监测模块的基准电压都不同，它们的电平转换与隔离是通过一种特殊转换电路来完成的，通过分析其具体实施方式便可发现，其电平转换电路存在技术缺陷。以该保护电路对锂电池组施行保护很可能导致电池组中某些锂电池单体被过充和被过放。由于锂电池对过充和过放非常敏感，一旦被过充或被过放，轻则损毁电池组，重则引发电池组的失火和爆炸。

公开号为CN200990506，名称为《以单元管理实现多节串联二次电池组保护的电路》的实用新型专利，公开了一种通用电池组保护电路。该电路在保护效果上较以前的方法已有很大改善。虽然保护电路在电池组使用前期起到了很好的保护效果，电池组中的电池衰退迹象比较缓慢。由于这种衰退是一种不可避免客观规律，随着充放电次数的增加，衰退逐渐地积累。到了电池组使用的后期，该保护电路的保护效果下降比较明显。但是通过实验发现，当电池组充放电次数超过750次后，电池组内个别电池的性能出现了较为明显的衰退，电池组的寿命还是短于电池单体的1000次的寿命。

对于由几十节、上百节可充电电池单体经串连构成的电池组，以现有的保护技术在电路实现上较为复杂，在效果上还不够理想，从而限制可充电电池组的应用。

发明内容