[发明专利]基本单元锂电池组模块、多级锂电池组及充放电均衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池领域，特别是涉及一种基本单元锂电池组模块及由其组成的多级锂电池组，以及其充放电均衡方法。

背景技术

随着科技的发展，锂电池的应用领域迅速扩大，特别是由多个锂电池构成大容量锂电池组的应用具有广泛的市场，在纯电动汽车行业，在能量储存领域里，锂电池的应用前景更是不可限量。

但是由于锂电池在生产过程中、在充放电过程中及使用环境不同情况下，即使是相同规格的锂电池（单级），它们之间的容量也具有绝对的不一致性，表现出各个锂电池的电压、电流、充放电时间不同，在多级锂电池成组使用的情况下，这种锂电池容量的不一致性将缩短锂电池组的充电时间和放电时间，从而导致电池组中部分锂电池无法充满电或部分锂电池中的电量无法输出，使得锂电池组效率低下及使用寿命缩短，比如，单个锂电池的寿命可以达到2000次，但是12个锂电池串联成组，则这个锂电池组的寿命可能只有400次。这也是无法通过增加基本锂电池数量，而达到增加锂电池组容量及不降低电池组使用寿命的根本原因。

为解决上述问题，锂电池充电均衡技术应运而生，现有技术存在两类均衡方式：

能耗式均衡充电方式

在充电过程中，通过并联的分流电阻消耗电压过高的锂电池的电量，实现放电均衡。这种方式只能在充电过程中实现均衡充电，缺点是只能实现单向的、在充电过程中的均衡，无法实现在放电过程中的均衡，而且浪费能源，同时会产生大量的热量，如果散热不畅，造成锂电池温度升高，内阻增加，将会导致锂电池爆炸。由于无法实现大电流分流，比如：为了避免电阻热量对锂电池的影响，分流通常选择100毫安，均衡效果不明显，而且分流控制复杂，也无法组成多级锂电池组，能耗式充电均衡仅在无安全性要求的领域应用，如：飞行航模电池组有应用，容量一般仅限于三级串联电池组。

非能耗均衡充电方式

将锂电池两端连接到对应的电感（或电容）的两端，以电感（或电容）作为能量转移的载体，当某个锂电池上有多余的能量时，启动开关接通电感（或电容），将多余的能量转移到电感（或电容）上，再将电感（或电容）上的能量向低电能的锂电池对应的电感（或电容）上转移，再由电感（或电容）储存的能量转移到低电量的锂电池上，实现锂电池组均衡充电。

其缺点同样是只能实现单向的、在充电过程中的均衡，无法实现在放电过程中的均衡，而且控制系统复杂，能量因为多次转移而损耗，大体积的电感或电容元器件占用大量空间，因此无法实现大电流分流方式均衡，所以无法组成大容量、高输出电流/电压的多级锂电池组。

在实际应用中，目前不带均衡装置的锂电池组主要用于民用电动助力车，电动工具等方面，成组后的多级锂电池组的电压为24-36V为主；如果作为电动汽车的动力电池，必须提供40-60KW（相当于1.3-1.6升排气量）的电池容量（如：480V，150A），在这个容量规模下，假如单个锂电池的过充电压极限值为4.2V，过放电压极限值为3.0V，锂电池组成组使用后，经过一定次数的充放电循环后，电化学性能最好的锂电池和电化学性能最差的锂电池的电压差可能在3.3V~3.8V之间（即0.5V），充电时，最好的锂电池很快达到过充电压限值，结束充电过程，而放电时，最差的锂电池很快达到过放电压限值，结束放电过程，所以锂电池组的充放电效率非常低，而且电池组串联越多，容量越大，充放电次数越多，电池组的整体效率越低，而且由于过充和过放的管理，锂电池组的整体寿命越低，所以，锂电池的不一致性是成组困难的原因。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基本单元锂电池组模块、由基本一种基本单元锂电池组模块组成的多级锂电池组、以及基本单元锂电池组模块的充电和放电过程的动态均衡方法。

一种基本单元锂电池组模块，包括至少两个串联连接的基本锂电池、至少一个平衡锂电池、与所述基本锂电池数量相等的可控制开关、及可控制开关的驱动模块、检测各个所述基本锂电池两端电压值的电压检测模块、以及单元控制器；所述平衡锂电池分别与各个所述基本锂电池并联连接，所述多个可控制开关分别用于独立控制所述平衡锂电池与各个所述基本单元锂电池模块并联连接的通断，所述可控制开关的驱动模块、所述电压检测模块分别与所述单元控制器连接。

优选地，所述可控制开关为无触点矩阵开关。

优选地，所述无触点矩阵开关包括连接在所述基本锂电池正极与平衡锂电池正极之间的前级矩阵开关、以及连接在所述基本锂电池负极与平衡锂电池负极之间的后级矩阵开关。