[发明专利]一种电池充电均衡装置及均衡方法

说明书

本发明公开了一种电池充电均衡装置及均衡方法，其中均衡装置包括BMS、充电机、DC/DC单元、多路控制开关，所述BMS通过充电控制接口与充电机连接，用于控制充电机的工作，所述充电机通过DC/DC单元与多路控制开关连接，所述多路控制开关分别连接电池组内的每一节单体电池；所述BMS分别连接DC/DC单元、多路控制开关，用于分别控制DC/DC单元、多路控制开关的工作。本发明均衡装置中的电路相对简单，均衡效果好，而且避免了能量损耗型均衡的热管理问题；BMS内置了压差—占空比—满充时间表，可以根据单体与充电截止电压的压差灵活的设置均衡充电电压，使得同时进行均衡充电的单体能达到基本一致的均衡时间。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种电池充电均衡装置及均衡方法。

背景技术

锂电池由于体积小、重量轻、无记忆效应、绿色环保等优势而得到了广泛应用：从最低电压的单体锂电池，到高压的多串锂电池组，从各种独立使用的小容量单体电芯，到多只并联使用的大容量锂电池组，可以说凡是需要使用移动、储能等电源的场合都有锂电的身影。由于单体锂电池的标称电压只有3.2-3.7V，为了适用于不同场合的多种负载，就必须用单体进行串并联组合，通过串联提高输出电压、并联提高电池组容量来组成达到负载要求的电池组。由于各单体电池之间必然存在的差异性，导致电池组的各项性能指标呈下滑趋势，如串联电池组组容量等于单体容量最小的那一节的容量，电池组的内阻大于所有单体电池内阻之和，循环次数(即使用寿命)比单体使用时明显减少等。为了保证电池组在使用时不至于因为单体的差异性而出现过充电或过放电，锂电管理系统(BMS)应针对各应用领域的特点制定合理的均衡方案，使得各锂电单体的差异在合理范围内波动，充电时单体能同时充满，放电时能同时放完，从而保证整个电池组安全高效的工作与较长的使用寿命。

充电均衡的目的是使得充电结束时所有的单体电池都能充满，是达到放电均衡的前提。具体实现方法依据能量处理方式可分为能量损耗型与非损耗型，耗散型均衡通过在电池两端并联旁路分流电阻消耗多余能量来实现均衡，即给每节电池都连接旁路分流电阻，一旦某单体电压超过门限值，则对应的分流电路开启进行放电，将其电压拉低以达到平衡。这种方法具有实现简单，成本低廉的优点，但同时存在热管理问题；而且由于各种条件限制，旁路电流一般相对于充电电流显得很小，故而充电均衡效果不理想。

能量非耗散型均衡是指能量在电池组各单体之间转移来达到均衡，这种均衡方式存在多种电路拓扑结构。一种常用的均衡方式是利用开关和电容组合实现能量在电池单体之间的传递，即将电压高的电池能量先转移到电容上，再从电容转移到电压低的电池上，最终实现所有电池的电压趋于一致。该方案不需要复杂的控制策略，能量转移速度快，效率高；缺点是单刀双掷开关较多，电路实现复杂，不适用于大容量串数多的电池组。

另一种均衡方案的基本原理是采用多输出变压器组成均衡拓扑结构，变压器原边接电池组的两侧，副边的每个输出线圈接对应的一节单体电池。这种方案可以实现电池组双向均衡，动态响应速度较快，均衡的效率较高；然而电池组的单体电池节数较多时，往往不采用这种均衡方式，因为这种情况下系统中变压器的体积和重量都比较大，成本也较高。

综上所述，现有的锂电池组充电均衡方法都存在一定的缺陷；设计均衡电流可控，发热较小以及电路稳定可靠的充电均衡方案具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电池充电均衡装置及均衡方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电池充电均衡装置，包括BMS、充电机、DC/DC单元、多路控制开关，所述BMS通过充电控制接口与充电机连接，用于控制充电的工作；所述充电机通过DC/DC单元与多路控制开关连接，所述多路控制开关分别连接电池组内的每一节单体电池；所述BMS分别连接DC/DC单元、多路控制开关，用于分别控制DC/DC单元、多路控制开关的工作。

所述DC/DC单元包括多个DC/DC充电模块，每个DC/DC模块分别通过多路控制开关对应的与一个单体电池连接。