[实用新型]一种主动均衡充放电的智能电池模组及系统

说明书

技术领域

本实用新型属于电池充放电技术领域，尤其涉及基于智能电池模组的电池组主动均衡充放电系统，本实用新型也可以应用在电容串联或电容组串联均衡充放电系统。

背景技术

在锂离子电池的大中功率应用场合，通常，将多个锂离子电池串联起来组成电池组以获得足够的电压，在此情况下，必须考虑充放过程中的各电池单体或电池模块的失衡现象，而且，随着时间的推移，充放电次数的增加，这种失衡现象会愈加严重，影响电池的寿命和可靠性。这时，锂离子电池的特性表现为：

（1）锂离子电池对充放电的条件要求很高，当出现过充电、过放电、放电电流过大或电路短路时，会使锂电池温度升高，严重破坏电池性能，导致电池寿命缩短；

（2）锂离子电池具有相对平坦的充电曲线，必须非常准确地监视电池的电压、电流、温度以及电池剩余能量的估算；

（3）由于电池单体的内部特性不一致，在充放电过程中将出现部分电池过充或过放的现象，这不但影响整个电池组的效能，还将影响电池组的寿命，甚至出现爆炸等危险。

综上所述，锂离子电池必须采用均衡充电技术，这种观点在国内外已经得到完全认同。

在过去的电池管理系统中，被动均衡是常用的方法。该方法通过单体电池的并联分流元件电阻来进行充电分流，从而实现均衡充电，这种类型被称作能量耗散型。该方法的特点是电路结构简单，均衡过程一般在充电过程中完成。但是，该方法不能对容量相对低的单体电池补充电量，存在能量浪费的缺点，并产生发热管理的问题。因此，被动均衡模式已经不能满足动力锂电池均衡技术的不断发展的要求。

目前，作为被动均衡的替代，动力锂电池均衡采用了主动均衡型电池管理电路。主动均衡模式是指串联电池组在充放电时，电压较高的电池的电能不会被电阻消耗掉，其能量通过载体传递给电压较低的电池，实现了锂电池组的均衡充放电。所述的能量传递大多采用电容或电感等储能元件通过功率开关管控制来实现。

实用新型内容

在主动均衡型电池管理方案中，多采用了电容或电感等储能元件和功率开关管，由于存在有耗能元件，在电池均衡过程中造成能量损失，影响了效率，难以实现大容量电池组快速均衡。

本实用新型的目的克服以往技术的不足：

1、有些均衡技术只能实现单一的充电均衡或是放电均衡；

2、实现均衡的电池个数有限；

3、有的均衡技术能量损耗较大，效率低；以及

4、模块化设计不足，不能实现电池模组的智能扩展。

本实用新型提供的主动均衡充放电系统克服以往电池均衡电路的以上四点不足之处，既可以在电池充电或是放电的过程中进行动态均衡操作，也可以在电池待机的状态下完成电池的均衡操作。在电池均衡过程中的能量损失小、效率高，实现了快速电池均衡。智能电池模组模块化技术便于电池模组的智能扩展，可以实现更多的电池串联，增强了电池模组间的能量均衡和控制。本实用新型采用MCU实现智能控制，在实现电池组内的均衡充放电功能外，还实现了电池模组间的均衡充放电，包括电池的监测与保护。

本实用新型还可以应用在电容的串联均衡充放电管理。

本实用新型提供了一种主动均衡充放电的智能电池模组，包括由N节电池串联连接的电池组、开关管、多绕组变压器和电池控制单元，其中：

第n节电池通过第n次级开关管（Kn）并联连接到所述多绕组变压器的第n次级绕组；所述多绕组变压器的第一初级绕组通过第一初级开关管（Km）与所述电池组并联连接；

所述电池控制单元分别与所述电池组中各电池的正负极端电气连接，监测所述电池组中各电池的电压；所述电池控制单元还与第n次级开关管（Kn）电连接，并控制第n次级开关管（Kn）的断开和闭合；所述电池控制单元还与第一初级开关管（Km）电连接，并控制第一初级开关管（Km）的断开和闭合；

其中，N为正整数，N≥2，n为正整数，n∈[1,N]。

本实用新型还提供了一种主动均衡充放电的智能电池模组系统，由M个上述智能电池模组串联连接，其中，第m个智能电池模组的多绕组变压器的第二初级绕组的第一端（L1）通过其第二初级开关管（K_Sm）连接到本智能电池模组内的电池组的正极端（P），同时和第m+1个智能电池模组的多绕组变压器的第二初级绕组的第二端（L2）连接；

其中，M为正整数，M≥2，m为正整数，m∈[1，M]。

本实用新型具有如下优点：

1）既可以实现电池的充电均衡，也可实现放电均衡；