CN114914977A - 一种电池模组、系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模块化电池系统及控制方法，包括有一个电池模组或多个相互串联的电池模组，每个电池模组具有由多个电芯串联构成的电池组、被动均衡模块、开关阵列与驱动电路、电池状态参数检测与充放电控制模块。其中，电池状态参数检测模块实现电池单体电压与模组电流等信号的测量、处理与存储；所述充放电控制模块运用被动均衡模块实现电池组内的电池均衡，且利用所述开关阵列实现电池模组之间的电池均衡。所述电池系统对电芯一致性要求低，模组之间完全独立，无需任何通信功能与系统总控；而且兼容性强，可跟传统铅酸蓄电池一对一替换，适用于电动轻型车等广泛领域。

Description

一种电池模组、系统及控制方法

技术领域

本发明涉及用于电池的技术方案与控制方法，具体地涉及，运用开关阵列与被动均衡以及分布式控制技术构建标准化、模块化、可扩展的电池系统，降低电芯一致性要求，并能有效控制成本，适用于电动轻型车等广泛领域。

背景技术

为了克服电池一致性问题的影响，需要使用被动均衡或主动均衡技术。被动均衡方案电路简单可靠，成本低，但是存在均衡电流小与散热等问题。主动均衡虽然可实现快速大电流均衡，然而往往需用大容量电容、电感或者变压器等功率器件，成本高，控制复杂，可靠性较差。开关阵列技术可动态调整电池之间的连接关系，正成为一个新兴解决方案。专利US6140799提供了一种电池开关阵列拓扑结构，每个电池(组合)使用3个开关，可实现电池的串联、并联与旁路等动态连接功能。专利US8330419B2提供了一种更复杂的由6个开关构成的开关阵列，可以实现串并混联等更丰富的动态电池连接方式。毫无疑问，开关数量越多，电池连接越灵活。但是开关阵列过于复杂，往往不具备经济性，不利于商业化运用推广，尤其是不适用于一些成本敏感型运用领域。在电池组层级运用开关阵列技术，可大幅度减少开关器件数量。专利CN206076425U与CN111431231A提供了一种电池系统架构，每个电池组共享一对开关，跟电芯级开关阵列相比极大减少了开关数量。然而，上述方案无法解决电池模组内的电池均衡问题，而且只公开了开关阵列的拓扑结构，尚未涉及开关阵列的具体驱动电路方案与适配的充电器控制策略。此外，当前大部分技术都属于集中式一体化方案，模组之间需有大量通信信号线，而且还需配置外部高压盒等系统总控，跟理想的标准模块化相距甚远，不利于生产、运输与售后维护。

发明内容

为了进一步解决上述问题，本发明提供一种电池模块、系统及控制方法，结合被动均衡与开关阵列技术全面解决电池均衡问题；同时充分利用开关阵列的旁路功能与分布式控制技术，实现电池系统的标准模块化，可串联扩展构建高压电池系统，便于生产与检修维护。

本发明的目的是提供一种由一个电池模组或者多个电池模组互相串联构成的电池系统，所述电池模组包括由多个电芯串联构成的电池组、被动均衡模块、开关阵列与驱动电路、电池状态参数检测与充放电控制模块。所述开关阵列包含两个功率MOSFET器件，可以使得电池组从功率主回路中接入或者脱出。所述电池状态参数检测模块实现电池状态信息的采集、处理与存储，所述电池状态参数包括电压、电流与温度等。所述充放电控制模块利用所述被动均衡模块实现电池组内的电池均衡，并且利用所述开关阵列实现电池模组之间的电池均衡。所述电池模组完全独立，模组之间无需任何通信线路，也无需额外的电池系统总控。

所述电池可以是锂金属电池、锂离子电池、钠离子电池、燃料电池、镍氢电池、镍镉电池或太阳能电池等各类物理或化学蓄电池。

所述电池系统由软硬件完全一致的标准化电池模组构成，电池模组之间除了正负极电源引线之外无需其他通信线缆，跟传统铅酸蓄电池类似的串联运用方式。上述特性为产品设计、生产、现场安装与售后维护等带来了巨大的便利。例如，若电池模组标称电压为12V，那么使用不同数量的电池模组进行串联即可形成24V、36V与48V等不同电压规格的丰富产品型谱。而且，采用小模组积木堆积式搭建大型电池系统，也便于生产管理与运输搬运。尤其是对于一些电池仓分散在多个不同位置的设备车辆，常规一体化电池往往无法匹配放置，此时就凸显出本发明方案的优势。此外，所述电池模组无需对外通信，也无需产品编码，由自身供电，相关充放电控制算法只需本地电池信息，属于完全“自治”的系统。所以，售后维修时可以直接替换其中的故障模组，而不用考虑版本一致性与系统兼容性等问题。由于电池模组具有较强的均能性能，替换时甚至无需电量匹配，极其方便。

在一个优选实施方案中，所述充放电控制模块具有断电预警功能，当电池模组的电量接近放完时，令电池组短暂脱出然后恢复接入状态，使得用户感知并尽快给电池充电。

在一个优选实施方案中，所述开关阵列包含两个N型功率MOSFET器件，其中一个功率MOSFET由所述充放电控制模块的一路信号控制驱动，另一个功率MOSFET由所述充放电控制模块的两路信号经逻辑门后控制驱动，使得两个功率MOSFET器件不会同时导通。

进一步地，为了加快功率MOSFET的关断速度，与电池组负极相连的功率MOSFET开关的驱动电路使用小信号N型MOSFET或者NPN三极管作为栅极电荷的泄放通道，并由充放电控制模块输出信号直接控制。

进一步地，为了降低开关阵列驱动电路的功耗与驱动电源压降，运用小信号N型MOSFET或者NPN三极管作为功率MOSFET栅极电荷的泄放通道，并受栅极电荷自身驱动控制。

进一步地，与电池组正极相连的功率MOSFET的驱动电路的高压信号来源于电池组内电池电压的倍压电路。

在一个优选实施方案中，所述开关阵列包括一个N型功率MOSFET器件与一个P型功率MOSFET器件，其中P型功率MOSFET由所述充放电控制模块的一路信号控制驱动，N型功率MOSFET由所述充放电控制模块的两路信号经双输入或门后控制驱动。

本发明的另一目的是提供一种电池模组的充放电均衡控制方法，运用被动均衡方式实现电池模组内的电池均衡。当电池组中任一个电芯达到过充或者过放保护电压时，重新计算被动均衡模块的电压阈值参数。

在一个优选实施方案中，电池充放电均衡控制方法包括以下步骤：

①参数初始化。

②电池组接入功率主回路。

③电池状态参数持续实时监测。

④电池被动均衡模块状态更新。

⑤判断，如果出现电池过充或者过放状态，则将电池组脱出功率主回路，并进入下一步，否则返回步骤③。

⑥重新计算电池被动均衡模块的阈值电压参数。

⑦判断，当电池保护状态解除时，返回步骤②。

本发明的另一目的是提供一种电池充电器控制方法，运用恒流恒压模式进行充电，若检测到充电电池的电压下降到一定阈值，则认为电池即将充电充满。

在一个优选实施方案中，电池充电器控制方法包括以下步骤：

以恒流恒压模式进行快速充电，充电电流I₁。

实时监测所充电电池的电压数值。

判断是否电池已充满或者充电器进入低压保护状态，如果满足条件，则关断充电器输出(直至电池电压恢复正常状态)，进入下一步，否则返回步骤

以恒流恒压模式涓流充电，充电电流I₂。

实时监测所充电电池的电压数值。

判断是否电池已充满或者充电器进入低压保护状态，如果满足条件，则关断充电器输出，充电停止。

本发明提供的电池系统，具有标准化与模块化优势。同时，所需开关数量较少，成本可控，便于大规模运用推广。与已有技术方案相比，本发明主要具有以下四个优势：首先，开关阵列驱动电路开关速度快、功耗低，适合电池类大功率运用；其次，结合被动均衡与开关阵列各自优势，运用充放电循环反馈信息优化计算电压阈值参数，实现低成本、高性能电池系统级均衡；再次，充电器控制方法具有电压规格朝下兼容的优势，结合大电流快充与涓流补电的两阶段充电方式，兼具充电速度与容量利用效率；最后，电池模组之间、电池系统与充电器之间都完全独立，无需任何通信线缆，便于批量生产与现场安装施工以及售后维护，为产业化运用推广奠定基础。

附图说明

图1示出了本发明提供的一种模块化电池系统结构示意图。

图2示出了本发明提供的一种运用两个N型功率MOSFET器件构成的电池开关阵列及驱动电路示意图。

图3示出了本发明提供的另一种运用两个N型功率MOSFET器件构成的电池开关阵列及驱动电路示意图。

图4示出了本发明提供的一种运用一个N型功率MOSFET与一个P型功率MOSFET构成的电池开关阵列及驱动电路示意图。

图5示出了本发明提供的一种充放电均衡控制方法流程图。

图6示出了本发明提供的一种充电器控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种电池模块化电池系统，由一个电池模组或多个电池模组串联扩展构成。所述电池模组可具有单独的壳体，例如标准机箱或者类似12V铅酸蓄电池的塑料外壳。不同电池模组之间只有电池正负极连接引线，无需任何通信线路。所述电池系统的电池模组数量，理论上不受限制，可根据运用需求灵活配置。所述电池系统也无需配置额外的系统总控，电池系统可直接连外部负载或者充电器进行充放电，电池充放电保护与均衡控制等功能都完全由电池模组自身独立实现。所述电池模组由n个蓄电池串联构成的电池组101与电池管理系统组成，所述电池管理系统主要功能模块包括电池状态参数检测104、被动均衡102、开关阵列与驱动电路103以及电池充放电控制模块105。其中，所述电池组101通过信号采集线与所述电池状态参数检测模块104相连。所述被动均衡模块102由每串蓄电池对应的一个小型开关与放电电阻构成。所述开关阵列103通过2个功率MOSFET器件实现电池组独立接入或者脱出功率主回路。所述电池状态参数检测模块104实现电池单体电压、温度与电池模组电流等信号的测量、处理与存储，以供所述充放电控制模块105运行相关算法。所述算法结合被动均衡与开关阵列各自优势，运用充放电循环反馈信息优化计算电压阈值参数，达到电池保护与均衡等目的。

本发明提供的电池系统，具有标准化与模块化优势，便于大规模生产与系统现场安装调试，具有传统铅酸蓄电池的易用性、兼容性与可维护性。同时，使用开关数量少，可靠性高，成本低，为大规模商用奠定了基础。

如图2所示是开关阵列与驱动电路103的一个具体的实施例，两个N型功率MOSFET器件作为开关器件。功率MOSFET Q41的源极与电池组负极相连，其漏极与电池模组的负极相连；功率MOSFET Q42的漏极与电池组正极相连，其源极与电池模组的负极相连；电池模组的正极直接从电池组正极引出。两个功率MOSFET的寄生二极管依次阴极阳极相连，但是与电池组正负极反接，避免了电池短路失控。功率MOSFET运用由NPN三极管与PNP三极管构成的推挽电路驱动。为了防止两个功率MOSFET直通导致电池短路，功率MOSFET Q42由充放电控制模块的输出信号Cntr41直接控制，功率MOSFET Q41则由充放电控制模块的两路输出信号Cntr41、Cntr42经与非门U4后控制。Cntr42默认为高电平，与非门U4的输出与Cntr41反相。当电池组状态需要改变时，例如电池组由功率主回路接入改为脱出状态，此时Cntr41为高电平，首先令Cntr42设置为低电平，使得U4输出高电平，三极管QS43导通，进而通过推挽电路关断功率MOSFET Q41。即两个功率MOSFET都不导通，开关阵列处于死区状态。等待功率MOSFET Q41彻底关断后，令Cntr41变为低电平，断开三极管QS44，使得功率MOSFET Q42逐渐导通。之后，Cntr42恢复默认值高电平，电池组进入脱出状态，状态转换完成。

图2中的Q42驱动电源VDD2，需要比电池组电压更高。本发明提供一种高压电源生成电路，选择靠近电池组正极的部分电池作为倍压电路的输入电源，并以所选部分电池组的负极作为倍压电路的电源地，这样就可输出一个相对电池模块系统地浮地的高压电源。电荷泵控制器可以选用常见的7660系列。相比其它DCDC方案，倍压电路具有静态功耗低、无需电感、所占面积小等优势，非常适合电池开关阵列驱动电路。

图2中的功率MOSFET Q42由NPN三极管QS45与PNP三极管QS46构成的推挽电路驱动。虽然这可有效规避两个三极管直通的问题，但是NPN三极管的集电极发射极压差较大。驱动电源VDD2相对功率MOSFET源极来说往往电源电压较低。此时，推挽电路中NPN三极管的CE压降损失，可能导致功率MOSFET导通不充分。如图3所示是开关阵列与驱动电路103的另一个具体的实施例，以PNP三极管作为电源驱动级，NPN三极管作为功率MOSFET栅源电荷泄放通道。当Cntr21为低电平时，QS24关断，继而导致QS25关断。之后功率MOSFET的栅极电荷通过R35与D23驱动三极管QS26导通，加速栅极电荷泄放。当Cntr21为高电平时，由QS24、QS25构成的电平转移电路启动工作，驱动电源VDD2到达功率MOSFET Q22的栅极，使其导通。此时，QS24导通，使得D24的阴极下拉到地，继而使QS26断开，所以不影响Q22的导通。这个驱动方案，功率开关的栅极电荷泄放通道受栅极电荷自身驱动控制，实现自然而然地加速关断过程。而且功率MOSFET关断期间，驱动电路功耗为0。该方案一方面降低了驱动电源压降损失，另一方面也具有低功耗的优势。非常适合对电池系统低功耗要求较高的运用领域，例如产品需要长期搁置储存。

本发明所述的开关阵列，其开关要求跟电源领域的功率开关有较大差异，更类似于直流负载开关，无需考虑太多PWM高频特性。对于一些大功率电池系统运用，开关阵列的功率MOSFET需要长期承受很大的工作电流，功率MOSFET的导通电阻必须非常低，往往远低于1毫欧。此类功率MOSFET的栅源寄生电容较大，对驱动电路有独特要求。此外，对于大多数运用场合来说，电池系统往往放电功率大，而充电功率较小。所以，开关阵列的两个功率MOSFET的开关速度具有非对称特性。为了应对上述问题，本发明提供了另一种驱动电路方案，进一步提高功率MOSFET的关断速度，以小信号N型MOSFET或者NPN三极管作为与电池组负极相连的功率MOSFET栅极电荷的泄放通道，并由充放电控制模块输出信号直接控制。如图3所示，三极管QS22、QS23与R25-R28构成了一个电平转移电路，驱动功率MOSFET Q21的导通。当或非门U2输出低电平时，QS23断开，继而QS22也断开，此时功率MOSFET Q21开始关断过程。此时，充放电控制模块输出信号Cntr22输出高电平，使得三极管QS21导通，形成功率MOSFET Q21栅源电荷的低阻泄放通道。该方案与图2相比，栅源电荷泄放通道的驱动电路减少了一级，极大提高了响应速度，加快了功率MOSFET的关断速度。

如图4所示是开关阵列与驱动电路103的又一个具体的实施例，运用一个N型功率MOSFET与一个P型功率MOSFET作为开关器件。N型功率MOSFET Q61的源极与电池组负极相连，P型功率MOSFET Q62的漏极与电池组正极相连。电池模组的负极跟Q61的漏极与Q62的源极相连，电池模组的正极直接从电池组的正极引出。该方案的最大优势在于省去了高压驱动电源，当Cntr61输出高电平时，三极管QS64导通，即可使得P型功率MOSFET Q62导通。电阻R69、R70可以取值较大，形成一个参考电压。PNP三极管QS65可以加快P型功率MOSFET Q62导通速度，而NPN三极管QS66可通过栅极电荷自驱动方式加快P型功率MOSFET Q62的关断速度。N型功率MOSFET Q61驱动方式与死区控制电路与图2类似，此处不再赘述。

如上所述，本发明提供的各种驱动电路与开关阵列死区控制方案可以组合运用，以满足不同运用场景的技术性能与成本控制等个性化需求，皆属于本发明的保护范围。

本发明提供一种电池断电预警功能，当电池模组放电过程中检测到电量接近放完时，令电池组短暂脱出功率主回路，然后恢复接入状态。电池用户或者负载设备会发现电源瞬间掉电的情形，于是得到充电提醒。每个电池模组都具有独立的断电提醒功能，因此电池系统会出现多次预警信息，可有效避免电池突然断电而宕机的情形。例如，电动自行车使用48V电池系统，需要4个12V电池模组串联，每个电池模组电量即将耗尽时(可根据电芯电压或者电量来判断)都会产生一次断电预警。此时，该模组的电压下降为0，整个电池系统的电压也相应降至36V左右，因此用户能明显感受到电动车突然失速，也就意识到要尽快返程给电池充电。这种断电预警方法无需使用专用电子显示屏或者无线通信APP功能，不会额外增加任何成本，适用范围广。

如图5所示，本发明提供一种充放电均衡控制方法，具体包括以下步骤：

①参数初始化，包括电芯过充过放保护电压、过热保护温度、过流保护与被动均衡启动电压阈值等。

②电池组接入功率主回路，即令开关W2导通，开关W1断开。电池组默认为接入工作状态，可以进行正常充放电。

③电池状态参数持续实时监测，包括电芯电压、温度与电池模组电流等信息。运用巡检方式按照一定频率实时测量各类电池状态参数，以供系统决策使用。

④电池被动均衡模块状态更新，电池组中所有电芯依次判断，如果电池电压跟电池组最低电压相比超出其阈值，那么就开启该电池的被动均衡功能，否则关闭被动均衡功能。

⑤判断，如果电池组中出现电池过充或者过放保护状态，则将电池组脱出功率主回路，即令开关W2断开，开关W1导通，并进入下一步，否则返回步骤③循环运行。

⑥重新计算电池被动均衡模块的阈值电压参数。此时，电池组处于过充或者过放保护状态，如果电池电压与电池组最低电压相比，差异超过一定阈值，则调低被动均衡的阈值参数，使得该电池的被动均衡功能之后更早开启，并且增加最低电压电池的被动均衡阈值参数。

⑦判断，当电池保护状态解除时，返回步骤②。通过电池模组的电流方向，判断电池系统的实时状态。如果电池模块处于过放保护，且电池系统已连接充电器进行充电，则解除过放保护，进入充电过程；如果电池模块处于过充保护，且检测到充电器已拔除或者停止输出，则解除过充保护，恢复默认放电过程。

被动均衡的均衡电流往往较小，需要通过更长的均衡时间达到电量均衡效果，所以均衡控制策略非常关键。上述均衡方法利用电池电压信息作为被动均衡的开启判断条件，通过充放电保护状态时的反馈信息来优化计算被动均衡开启的阈值参数，可大幅度降低电池电压测量的精度要求，尤其适用于成本敏感的两轮、三轮电动轻型车等领域。

下面举一示例来说明该充放电均衡控制方法的具体运行过程，假设电池模组为4串磷酸铁锂电池，容量一致，电芯依次标记为1-4号，其中4号电池的电量最多为60％，1号电池电量最低为50％，2-3号电池电量为55％。具体如下：

步骤(1)、电池的过充保护电压设置为3.65V，过放保护电压2.3V，4个电池的被动均衡启动电压初始阈值为50mV。

步骤(2)、开关阵列令电池组接入功率主回路开始充电。

步骤(3)、实时检测电池单体电压和电池模组电流。

步骤(4)、充电后期，4号电池由于电量更多，电压较高，所以被动均衡功能最早开启。

步骤(5)、4号电池达到过充保护电压，电池组进入充电保护状态。

步骤(6)、假设此时4号电池的电压最高为3.65V，1号电池电压为3.45V，2-3号电池电压为3.55V。4号电池的电压最高，跟电池组最低电压3.45V相比超出0.2V，因此令4号电池的被动均衡开启阈值调低10mV变为40mV，而1号电池电压最低，其被动均衡开启阈值调增至60mV，2-3号电池保持不变(依然为50mV)。通过降低被动均衡阈值参数，使得4号电池接下来有更多时间开启被动均衡功能，有利于实现电池电量均衡。

该充放电均衡控制方法需要设置两个阈值参数，其中被动均衡启动电压阈值主要由测量系统的精度来决定。例如，若使用LTC6804等国外领先车规级物料，电池组电池单体电压测量误差可控制在1-5mV，此时被动均衡启动电压阈值可设置为10mV，即有充足余量避免被动均衡误启动。但是对于一些成本敏感的运用领域，例如两轮、三轮电动轻型车，往往电池单体测量误差普遍大于50mV,这时被动均衡启动电压阈值不得不设置为100mV以上，方可避免误启动。然而，对于电压平台非常平坦的磷酸铁锂电池来说，如此大的阈值参数意味着只有在充放电的末期电池才会开启被动均衡功能，效果大打折扣。本发明提供的充放电均衡控制方法，可以有效解决上述问题，每个电池的被动均衡启动阈值参数可自适应调整，运用每次充放电末期的电池状态作为反馈信息优化计算。在上述步骤(6)中，另一个阈值参数用来判断是否应该降低被动均衡的启动阈值参数。不过，此时电池组处于充放电保护状态，电池电压远离平台电压，变化陡峭，压差显著。所以，这个阈值更容易选取，可设置相对大一些，例如100-200mV。

常规充电过程，首先恒流充电电池电压逐渐增加至最高电压，然后保持恒压充电电流逐渐减小。本发明提供的电池系统，充电过程与此不同。随着电池组中某个电芯达到过充保护电压，整个电池模组即从功率主回路中脱出，导致电池系统的电压逐渐减小。在理想条件下，最后电池系统中所有电池模组都进入过充保护状态，即电池系统电压降为0，此时即说明电池系统已基本充电充满。一般充电器往往不支持输出0V低压，例如常见的电动自行车60V充电器最低一般只能输出35V左右，否则会进入短路保护状态。因此充电器必须在即将达到自身的低压保护范围前切断输出。如图5所示，本发明提供一种充电器控制方法，具体包括以下步骤：

首先以恒流恒压模式进行快速充电，假设充电电流为I₁。充电电流一般由电池倍率特性与充电器功率来决定。对于绝大部分两轮、三轮电动车来说，习惯在晚上进行充电，充电时间长，充电电流较小。

实时监测所充电电池的电压数值。电池电压是充电器的核心判断依据，所以必须确保电压测量可靠性与刷新频率。

判断，是否电池已充满或者充电器进入低压保护状态。如果条件满足，则关断充电器输出(直至电池电压恢复至正常状态)，进入下一步，否则返回步骤

循环运行。

以恒流恒压模式涓流充电，充电电流I₂。涓流充电比快速充电的电流小很多，主要起到电池劣化后的维护效果。如果涓流充电的电流数值与电池模组被动均衡电流大小接近，那么电池被动均衡开启的时间会更长，均衡效果也就更好。

实时监测所充电电池的电压数值。

判断是否电池已充满或者充电器进入低压保护状态。如果满足条件，则关断充电器输出，充电停止。此时认为电池已完全充电充满。

上述充电器控制方法只需运用所充电电池的电压信息进行判断，也无需与电池系统进行通信交互。而且，充电器采用所充电电池的低压阈值作为充电充满的特征量，可实现充电器电压规格的朝下兼容，扩大了适用范围。例如，60V规格充电器，除了适配60V蓄电池外，还可给48V蓄电池进行正常充电，不会发生电池过充现象，极大降低了充电器误用风险。

下面举一示例来说明该充电器控制方法的具体运行过程，假设电池模组为4串磷酸铁锂电池，电池模组标称电压12V，电池系统由5个电池模组串联构成，标称电压60V，电池模组依次标记为1-5号。具体如下：

步骤(a)、假设电池系统初始电压为55V，快充充电电流为5A。

步骤(b)、充电过程初始阶段电池系统电压逐渐增加，假设从55V提高至70V。

步骤(c)、之后陆续有电池模组触发电芯过充保护而脱出充电功率回路，假设此时每个电池模组的电压皆为14V，电池系统电压逐渐由最高70V依次降低至56V、42V、28V与14V。当充电器检测到电池电压低于15V时(假定充电器支持的最低输出电压为14V)，即关断输出，暂停充电，完成第一阶段快充过程。因为此时充电器电流为0，电池模组恢复至正常放电状态，电池系统电压恢复至70V左右，准备进入下一阶段的涓流补电过程。

步骤(d)、恒流恒压涓流充电，充电电流1A。

步骤(e)、电池系统电压又开始逐渐增加。

步骤(f)、之后电池系统电压再次逐渐由最高降低至14V左右，充电器关断输出，充电停止。此时电池完全充满。

Claims (10)

1.一种电池模组，其特征在于，所述电池模组包括由多个电芯串联构成的电池组、被动均衡模块、开关阵列与驱动电路、电池状态参数检测与充放电控制模块；所述开关阵列包含两个功率MOSFET器件，可以使得电池组从功率主回路中接入与脱出；所述电池状态参数检测模块实现电池状态信息的采集、处理与存储；所述电池状态参数包括电压、电流与温度；所述充放电控制模块利用所述被动均衡模块实现电池组内的电池均衡，且利用所述开关阵列实现电池模组之间的电池均衡；所述电池模组完全独立，电池充放电保护与均衡功能都完全由电池模组自身独立实现。

2.根据权利要求1所述的一种电池模组，其特征在于，所述开关阵列包括两个N型功率MOSFET器件，其中一个功率MOSFET由所述充放电控制模块的一路信号控制驱动，另一个功率MOSFET由所述充放电控制模块的两路信号经逻辑门后控制驱动，使得两个功率MOSFET不会同时导通。

3.根据权利要求2所述的一种电池模组，其特征在于，与电池组负极相连的功率MOSFET开关的驱动电路使用小信号N型MOSFET或者NPN三极管作为其栅极电荷的泄放通道，并由充放电控制模块输出信号直接控制或者由栅极电荷自身驱动控制。

4.根据权利要求2所述的一种电池模组，其特征在于，所述开关阵列驱动电路的高压电源来自于电池组内电池电压的倍压电路。

5.根据权利要求1所述的一种电池模组，其特征在于，所述开关阵列包括一个N型功率MOSFET器件与一个P型功率MOSFET器件，其中一个功率MOSFET由所述充放电控制模块的一路信号控制驱动，另一个功率MOSFET由所述充放电控制模块的两路信号经双输入或门后控制驱动。

6.根据权利要求1所述的一种电池模组，其特征在于，具有断电预警功能，当电池组电量接近耗完时，电池组短暂脱出后恢复接入状态，使得用户感知并尽快给电池充电。

7.一种电池模组的充放电均衡控制方法，用于实现上述权利要求1至6任意一项所述电池模组，其特征在于，当电池组进入过充或过放保护状态时，电池模组脱出功率主回路，并重新计算被动均衡模块的电压阈值参数。

8.根据权利要求7所述的充放电均衡控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤(1)、参数初始化；

步骤(2)、电池组接入功率主回路；

步骤(3)、电池状态参数持续实时监测；

步骤(4)、电池被动均衡模块状态更新；

步骤(5)、判断，如果出现电池过充或者过放状态时，则将电池组脱出功率主回路，并进入下一步，否则返回步骤(3)；

步骤(6)、重新计算电池被动均衡模块的阈值电压参数；

步骤(7)、判断，当电池保护状态解除时，返回步骤(2)。

9.一种充电器控制方法，用于给由上述权利要求1至6任意一项所述电池模组构成的电池系统进行充电，其特征在于，运用恒流恒压模式，若充电电池的电压下降到一定阈值，则认为电池即将充电充满。

10.根据权利要求9所述的一种充电器控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)、以恒流恒压模式进行快速充电，充电电流I1；

步骤(2)、实时监测所充电电池的电压数值；

步骤(3)、判断是否电池已充满或者充电器进入低压保护状态，如果满足条件，则关断充电器输出，并当电池电压恢复正常状态后进入下一步，否则返回步骤(2)；

步骤(4)、以恒流恒压模式涓流充电，充电电流I2；

步骤(5)、实时监测所充电电池的电压数值；

步骤(6)、判断是否电池已充满或者充电器进入低压保护状态，如果满足条件，则关断充电器输出，充电停止。

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