CN102801191A

CN102801191A - 锂离子电池组均衡方法及系统

Info

Publication number: CN102801191A
Application number: CN201210226835XA
Authority: CN
Inventors: 王林; 许汉良
Original assignee: GREATPOWER BATTRY (ZUHAI) CO Ltd
Current assignee: GREATPOWER BATTRY (ZUHAI) CO Ltd
Priority date: 2012-06-30
Filing date: 2012-06-30
Publication date: 2012-11-28

Abstract

本发明公开一种锂离子电池组均衡方法及系统，方法主要是在电池组需要充电或放电时，将各电池单体彼此间切换到串联状态；在电池组需要均衡时，将各电池单体彼此间切换到并联状态。均衡系统包括：电池组，其中各电池单体的两极分别由导线引出；串并联转换装置，具有接线端子、连接机构及切换机构，所述各电池单体的两极的导线分别连接一个接线端子，切换机构控制所述连接机构或接线端子活动，变换接线端子间的连接关系，将所述各电池单体串联连接或并联连接。本发明方法实现起来结构简单，成本低，无能量耗散，人工控制，失效概率低，解决了其他均衡方法结构复杂成本高，电子控制不稳定和能量利用率低等问题。

Description

锂离子电池组均衡方法及系统

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池组的均衡方法及系统。

背景技术

由于锂离子电池的放电电压在2.5~4.2V之间，不能满足高电压用电器的使用需求，通常需要多组电池串联使用。而由于锂离子电池涉及工艺、制程控制和使用环境等问题，单体间自放电存在差异，电池在充放电使用时，各个电池的SOC（荷电率，计算公式为SOC=C¹/C，C¹为电池当时的荷电量，C为电池实际容量）出现严重不一致状态，导致电池组容量下降过快，使用寿命降低。因此，锂离子电池组需配备均衡模块以平衡各个电池的SOC，提高电池组容量性能发挥，增长使用寿命。

目前，锂离子电池组主要的均衡方法有以下几种：

（1）分流法：在每节电池上并联一个分流电阻和开关，当控制芯片检测到该节电池电压偏高，并闭合分流开关，分流电阻分掉一部分电流，使用该节电池的电压和其他电池基本保持一致，以达到电池组均衡的目的。但此方法缺点是结构复杂，体积大，效率较低，存在能量浪费，分流电阻产热使热量分布不均，对电池均衡发挥不利。

（2）飞度电容法：电池组与电容进行电路组合，实现能量在相邻电池的传递，直到所有电池达到基本一致的电压。此方法缺点是器件多，价格昂贵，可靠性不强和均衡时间长。

（3）能量回收法:每一节电池上并联一个变压器均衡电路，在充电时，当某一电池的充电电压超过设定值时，通过升压（如陶瓷变压器）或储能器件（如电容器），把该电池的部分能量送回充电回路，从而达到既降低该电池的充电电压，又能回收能量的目的。这种方法存在缺点明显：变压器的次级绕组很难匹配，漏感所造成的电压差很难补偿，不易于模块化，开关管内压高等。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的缺陷，提供一种结构简单、成本低、无能量耗散且失效概率低的锂离子电池组均衡方法及系统。

上述目的由以下技术方案实现：

一种锂离子电池组均衡方法，其特征在于：在电池组需要充电或放电时，将各电池单体彼此间切换到串联状态；在电池组需要均衡时，将各电池单体彼此间切换到并联状态。

作为进一步的技术方案，上述均衡方法还包括：在所述充电时采集充电信号、判断充电信号、并生成充电控制信号的步骤。

作为进一步的技术方案，上述均衡方法还包括：在所述放电时采集放电信号、判断放电信号、并生成放电控制信号的步骤。

作为进一步的技术方案，上述均衡方法还包括：在所述放电时采集各电池单体电压信号、并生成放电状态提示信号的步骤。

一种锂离子电池组均衡系统，其特征在于，包括：

电池组，其中各电池单体的两极分别由导线引出；

串并联转换装置，具有接线端子、连接机构及切换机构，所述各电池单体的两极的导线分别连接一个接线端子，切换机构控制所述连接机构或接线端子活动，变换接线端子间的连接关系，将所述各电池单体串联连接或并联连接。

作为进一步的技术方案，所述连接机构为一组可控的导电片，所述切换机构控制该组导电片活动，变换接线端子间的连接关系。

作为进一步的技术方案，所述连接机构为两组固定的导电片，所述切换机构控制所有接线端子活动，所有接线端子与其中一组导电片配合时将各电池单体串联连接，所有接线端子与另一组导电片配合时将各电池单体并联连接。

作为进一步的技术方案，上述均衡系统还包括电池保护电路板，其上设置有：电池连接端子，连接各电池单体的两极；充电放电端子，连接外部供电电源或耗电装置；信号采集模块，采集充电信号、放电信号及各电池单体的电压信号，输入给信号分析模块；信号分析模块，分析判断接收的信号并生成相应控制或提示信号；及信号输出模块，将所述控制或提示信号输出。

作为进一步的技术方案，上述均衡系统还包括报警装置，该报警装置接收所述提示信号并显示。

本发明使用串并联转换装置，在电池组不充放电时，切换到并联状态，使电池组各节电池的电压自动平衡，达到电池组的均衡效果；此方法结构简单，成本低，无能量耗散，人工控制，失效概率低，解决了其他均衡方法结构复杂成本高，电子控制不稳定和能量利用率低等问题。

附图说明

图1是实施例提供的锂离子电池组均衡系统在串联状态的示意图。

图2是实施例提供的锂离子电池组均衡系统在并联状态的示意图。

图3是实施例提供的锂离子电池组均衡系统在并联状态的一具体接线示意图。

图4是实施例提供的锂离子电池组均衡系统在并联状态的一具体接线示意图。

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细描述。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供的锂离子电池组均衡系统包括：电池组1、电池保护电路板2及串并联转换装置3。

串并联转换装置3用于切换电池组1中各电池单体间的串并联关系，在电池组需要充放电使用时，切换到串联状态，在电池组需要均衡时，将各电池单体彼此间切换到并联状态。结合图1及图2所示，图1为串并联转换装置3将各电池单体串联的状态，图2为串并联转换装置3将各电池单体并联的状态。具体地，电池组中各电池单体的两极分别由导线引出；串并联转换装置3上设置有两排接线端子，分别标号为10-14及15-19（结合图3），各电池单体的两极的导线分别连接一个接线端子；串并联转换装置3上还设置有连接机构31，为一组可控的导电片，活动该组导电片可以变换其与接线端子间的连接关系，以此达到串联和并联的转换；串并联转换装置3上还设置有切换机构，用于控制所述连接机构31活动，变换其与接线端子间的连接关系，将所述各电池单体串联连接或并联连接。各电池单体呈并联状态时，可以进行充电或对外放电；各电池单体呈并联状态时，用于均衡电池组，无电流输出。

对于接线端子、连接机构及切换机构的具体结构可以有多种，在上文实施例已经公开的主旨思想下，本领域技术人员可以轻易地获取一些其他的具体实现方案。例如，除上文所揭露的方案外，还可以是以下方案：

连接机构为两组固定的导电片，一组为用于实现并联连接的导电片，另一组为用于实现串联连接的导电片；此外，各接线端子是可控活动的；此种结构下，切换机构控制所有接线端子活动，所有接线端子与其中一组导电片配合时将各电池单体串联连接，所有接线端子与另一组导电片配合时将各电池单体并联连接。

电池保护电路板2用于为电池组1提供过充、过放等保护，并监测各个电池单体的电压状态。如图1，电池保护电路板2上设置有电池连接端子20-24（参见图3、图4），充电放电端子4、5，信号采集模块，信号分析模块及信号输出模块。其中，电池连接端子20-24用于连接各电池单体的两极，本实施例图中五个电池连接端子20-24正好可以检测四节电池单体串联时各自的电压；充电放电端子4和5用于连接外部供电电源或耗电装置；信号采集模块用于通过相应电路采集充电信号、放电信号及各电池单体的电压信号，并输入给信号分析模块；信号分析模块用于分析判断接收的信号并生成相应控制或提示信号，例如控制信号包括充电暂停信号及放电暂停信号，提示信号包括电池单体工作为良好或不良的状态的信号；信号输出模块用于将所述控制或提示信号输出。

此外，上述均衡系统还可以包括报警装置（图中未示），用于接收上述提示信号并显示。例如，电池保护电路板2监测到各电池单体的工作状态不是很好（各个电池的SOC出现严重不一致状态），则生成一警示信号发送给报警装置，报警装置以光信号或声信号的方式告知用户。

下面以四节电池单体构成的电池组为例，做一详细的示例说明：

通过导线将电池组1和池串并联转换装置3连接，如图3所示，电池6的正极和接线端子10连接，负极和接线端子18连接；电池7的正极和接线端子11连接，负极和接线端子17连接；电池8的正极和接线端子12连接，负极和接线端子16连接，电池9的正极和接线端子13连接，负极和接线端子15连接；通过导线将串并联转换装置3和电池保护电路板2连接，接线端子19和接线端子24连接，接线端子18和接线端子23连接，接线端子17和接线端子22连接，接线端子16和接线端子21连接，接线端子14和接线端子20连接。电池组在充电和放电使用时，串并联转换装置3处于串联档位，如图3，接线端子10和接线端子19连接，接线端子11和接线端子18连接，接线端子12和接线端子17连接，接线端子13和接线端子16连接，接线端子14和接线端子15连接，电池组内各节电池出于串联状态，充电放电端子4和5可以串联输出和输入，同时电池保护电路板2为电池6、7、8和9提供防过充、过放和过流保护。当电池组使用性能变差，或者电池组使用一段时间后，在电池组暂停使用时，可以将串并联转换装置3切换到并联档，如图4，接线端子10、11、12、13和14连接接通，接线端子15、16、17、18和19连接接通，电池6、7、8和9的正极和负极分别呈相互连接状态，其中电压相对高的电池将给电压相对低的电池充电，5小时内电池6、7、8和9的电压基本一致，各个电池的SOC基本平衡，电池组1得以均衡，串并联转换装置3切换回串联连接后，电池组可以继续串联充电和放电，并提高了电池组性能发挥和使用寿命。

本发明的有益效果在于：发明达到的有益效果：可以手动操作，机械连接，性能可靠，可以满足电池组在间断式使用时均衡要求；结构简单，经济实用；无能量耗散损失；基本无放热，避免电池组内部温度不均现象，增强电池一致性。

Claims

1.一种锂离子电池组均衡方法，其特征在于：在电池组需要充电或放电时，将各电池单体彼此间切换到串联状态；在电池组需要均衡时，将各电池单体彼此间切换到并联状态。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池组均衡方法，其特征在于：还包括在所述充电时采集充电信号、判断充电信号、并生成充电控制信号的步骤。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池组均衡方法，其特征在于：还包括在所述放电时采集放电信号、判断放电信号、并生成放电控制信号的步骤。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池组均衡方法，其特征在于：还包括在所述放电时采集各电池单体电压信号、并生成放电状态提示信号的步骤。

5.一种锂离子电池组均衡系统，其特征在于，包括：

电池组，其中各电池单体的两极分别由导线引出；

6.根据权利要求5所述的锂离子电池组均衡系统，其特征在于：所述连接机构为一组可控的导电片，所述切换机构控制该组导电片活动，变换接线端子间的连接关系。

7.根据权利要求5所述的锂离子电池组均衡系统，其特征在于：所述连接机构为两组固定的导电片，所述切换机构控制所有接线端子活动，所有接线端子与其中一组导电片配合时将各电池单体串联连接，所有接线端子与另一组导电片配合时将各电池单体并联连接。

8.根据权利要求5至7任意一项所述的锂离子电池组均衡系统，其特征在于：还包括电池保护电路板，其上设置有：电池连接端子，连接各电池单体的两极；充电放电端子，连接外部供电电源或耗电装置；信号采集模块，采集充电信号、放电信号及各电池单体的电压信号，输入给信号分析模块；信号分析模块，分析判断接收的信号并生成相应控制或提示信号；及信号输出模块，将所述控制或提示信号输出。

9.根据权利要求8所述的锂离子电池组均衡系统，其特征在于：还包括报警装置，该报警装置接收所述提示信号并显示。