[发明专利]串联电池组均衡充放电方法和电路

说明书

本发明涉及串联电池组均衡充放电领域，尤其是串联的锂离子电池组、铅酸蓄电池组、镍氢电池组的均衡充放电控制系统。方案是：在充电状态下，电容器从充电线路获得电能，然后切换连接并保存至均衡线路，最后通过一组均衡开关将储电转移给电压最低的单节电池；在只放电不充电状态下，从负载端经过二极管向充电线路馈电，以启动控制器和均衡功能。在循环检测每节电池电压的模式下，相对于电路其它部分独立的电容器和均衡线路，动态为电路中电压最低的单节电池输送电能，不与电池组本身充放电冲突，且能达到均衡效果。

技术领域

本发明涉及串联电池组均衡充放电领域，尤其是串联的锂离子电池组、铅酸蓄电池组、镍氢电池组的均衡充放电控制系统。

背景技术

各种电池，包括锂离子电池、铅酸蓄电池、镍氢电池等，均有需要串联成组使用，以获得较大的输出电压来驱动负载。

串联的电池组，由于电池单体之间存在难以消除的性能差异、状态差异及环境差异，如果直接对电池组的正负极端口进行充放电使用，这些差异会导致电池单体之间的电压差逐渐累积和扩大，并导致有的电池单体充电过度，有的电池单体充电不足；或导致有的电池单体过度放电。这些扩大的单体电压差异是电池组性能衰退或失效的重要原因。被过度充电的单体电池还可能自燃、爆炸并引发其它单体电池的燃烧和爆炸。所以人们寻求各种控制电池组充放电程度，使单体电池电量或电压适当且一致的方法，这就是该领域所探讨的电池均衡保护技术或电池管理系统(BMS)。

最普遍应用的电池均衡技术，是在充电过程中和储存过程中，将电压比较高的单节电池电量，通过电阻器释放一部分。这些释放的电量，需要消耗能源，而且，电阻器放出的能量是热能，会使附近的器件处在温度较高的不利环境中。

另外一类较新的电池均衡技术，是将电池组中电压最高的电池电量，通过电子开关阵列，转移给电压最低的电池。由于在充放电的时候，串联电池组中的单体电池之间不能直接短路连接，而且电池单体之间用来驱动能量转移的电压及电压差也不够大，所以这类技术通常将单体电池电压作感应变换后再输出转移。存在的问题是，其中的转换效率和驱动效率仍然比较低，另外附带的问题是阵列元件和电压变换元件数量较多，体积较大，而且成本较高。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种新的串联电池组均衡充放电方法和电路，使之在充放电时具有自动保护能力以及较高的均衡效率，在不充放电的时候，电路不主动消耗电池组的电能。

本发明所述的串联电池组，包括先并联再串联的电池组，以及其它与电池串联等效的电 池组合；本发明所述的二极管，与单向导电器件是同一含义。

本发明所述的电路，是指外部的电源与负载之间的组件、线路及端口，不包括外部的电源和负载本身，而且在与电池组并列表述的时候，不包括电池组本身。

本发明所述的放电，是指从电池组连接至负载端口的开关闭合连通，并不涉及负载的特性、大小以及是否与电池组匹配等问题。

本发明所述的充放电，包括只充电不放电，只放电不充电，以及同时充电并放电。

本发明所述的切换开关，特指本发明中的电容器的正极与充电线路正极、均衡线路正极之间的切换开关，以及该电容器的负极与充电线路负极、均衡线路负极之间的切换开关。这些开关的组合切换，是为了使电容器在充电线路两极与均衡线路两极交替转换连接。

本发明所述的均衡线路，特指本发明中从电容器的正极切换开关通向各节电池正极，以及从电容器负极切换开关通向各节电池负极的两条不同极性的中继线路。

本发明所述的均衡开关，特指本发明中从均衡线路正极连接各电池正极，以及从均衡线路负极连接各电池负极的开关。