[发明专利]锂离子动力电池组的充电方法及使用该方法的锂离子动力电池组系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子动力电池组的充电方法及使用该方法的锂离子动 力电池组系统，尤其涉及一种采用电磁变压器均衡配置充电的锂离子动力电 池组的充电方法及使用该方法的锂离子动力电池组系统。

背景技术

在许多大功率二次电池应用技术领域，对于二次电池的高倍率放电性 能、高倍率充电性能、高输出电压、高荷电容量等技术需求，单体二次电池 技术是无法满足的。因而，需要将单体电池通过串联、并联或混合连接构成 二次电池模组，满足高功率电伺服应用技术领域对二次电源的高荷电容量、 高电压和大电流输出等技术需求。

随着锂离子电池技术和相关配套技术的飞速发展，在现有二次电池技术 中，锂离子电池技术与其它二次电池技术相比较，在单体电池电压、重量比 能量、体积比能量、放电特性、充电特性、荷电保持、记忆效应、环保性、 安全性、充/放循环寿命、工作温度范围等二次电池主要技术性能方面综合 比较，锂离子电池技术已具有明显优势。

在现有锂离子电池技术条件下，因其技术机理的制约，锂离子电池对过 充和过放的过载承受能力较低，且在高温下的工作特性较差。若充放电管控 失当，不但会造成单体锂离子电池的不可逆损伤，甚至会产生爆炸等恶性后 果。实践证明，仅仅把单体锂离子电池荷电容量简单做大，不但具有较大的 工艺难度，且单体锂离子电池的输出电压，不能满足几乎所有大功率二次电 池应用技术领域对高输出电压的需求。因而，高输出电压、大荷电容量的锂 离子二次电源，只能通过串联型或混联型锂离子电池模组方式来实现。

在现有锂离子电池制工程技术条件下，量产单体锂离子电池的荷电容量 必然存在一定的一致性差异。由存在一致性差异的单体锂离子电池串联构成 电池组时，若充放电均衡控制管理处置不当，则会在串联回路的充放电过 程，造成部分单体电池过充电或过放电。且随着电池组的老化进程，过充或 过放现象均会促使部分单体电池的材料瑕疵、制工程工艺差异所致一致性差 异放大显性，加速部分单体电池的老化和循环工作寿命条件分化，最终会因 部分单体电池产生不可逆损伤而导致电池组快速失效。因而，单体锂离子电 池构成电池组时，必须采取所有单体锂离子电池独立充电控制管理，并采取 有效的超倍率放电保护、极端短路保护、电压反极保护、超高温度保护、素 质估测与管控策略调整等技术措施。

大容量锂离子动力电池组几乎都要求具有较高的输出电压，为此，锂离 子动力电池组必须通过单体锂离子电池串联来满足对动力电池组的高输出电 压要求，而单体锂离子电池通过串联得到所有串联单体电池输出电压的累加 和后，却产生了要使所有参与串联的单体电池能有效实施充电管控，充电电 压要求高于所有串联单体电池的充电截止电压累加和。但在动力电池组充电 截止电压已高于市电，以及一些要求以换能方式产生的低电压电能对动力电 池组有效充电时，则必须将充电电压提升至高于电池组充电截止电压后充 电。目前动力电池组管理系统广泛采用的升压办法是，采用大功率电力半导 体器件逆变升压后，以并行供电方式向所有单体电池充电控制管理系统提供 充电电能。由此产生了大功率电力半导体逆变器件必须具有较高的允许工作 电压，并且所有单体电池充电控制管理单元的相关器件也必须具有较高的允 许工作电压。在现有半导体器件技术条件下，同一型号或同类型半导体器件 的成本主要取决于其允许工作电压，且半导体器件的成本上升比率超过其允 许工作电压的上升比率。因而，有效降低大功率电力半导体逆变器件和单体 电池充电控制管理单元相关器件的工作电压，直接关系到锂离子动力电池组 控制管理系统的成本。

二次电源应用市场对锂离子动力电池组的期待已经很成熟，解决单体锂 离子电池通过串联、并联或混合连接构成锂离子动力电池组的技术问题，无 疑会给锂离子动力电池组在混合动力汽车、纯电动汽车、电动摩托车和自行 车、电动工具、电力系统、铁路系统、通信工程系统等二次电源应用领域的 引用创造基础技术条件，而锂离子动力电池组在这些领域的应用，亦会因二 次电源系统的技术进步而提升这些领域的应用系统技术性能。

发明内容