專利名稱：基本單元鋰電池組模塊、多級(jí)鋰電池組及充放電均衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰電池領(lǐng)域，特別是涉及一種基本單元鋰電池組模塊及由其組成的多級(jí)鋰電池組，以及其充放電均衡方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，特別是由多個(gè)鋰電池構(gòu)成大容量鋰電池組的應(yīng)用具有廣泛的市場，在純電動(dòng)汽車行業(yè)，在能量儲(chǔ)存領(lǐng)域里，鋰電池的應(yīng)用前景更是不可限量。但是由于鋰電池在生產(chǎn)過程中、在充放電過程中及使用環(huán)境不同情況下，即使是相同規(guī)格的鋰電池(單級(jí))，它們之間的容量也具有絕對(duì)的不一致性，表現(xiàn)出各個(gè)鋰電池的電壓、電流、充放電時(shí)間不同，在多級(jí)鋰電池成組使用的情況下，這種鋰電池容量的不一致性將縮短鋰電池組的充電時(shí)間和放電時(shí)間，從而導(dǎo)致電池組中部分鋰電池?zé)o法充滿電或部分鋰電池中的電量無法輸出，使得鋰電池組效率低下及使用壽命縮短，比如，單個(gè)鋰電池的壽命可以達(dá)到2000次，但是12個(gè)鋰電池串聯(lián)成組，則這個(gè)鋰電池組的壽命可能只有400 次。這也是無法通過增加基本鋰電池?cái)?shù)量，而達(dá)到增加鋰電池組容量及不降低電池組使用壽命的根本原因。為解決上述問題，鋰電池充電均衡技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，現(xiàn)有技術(shù)存在兩類均衡方式 能耗式均衡充電方式
在充電過程中，通過并聯(lián)的分流電阻消耗電壓過高的鋰電池的電量，實(shí)現(xiàn)放電均衡。這種方式只能在充電過程中實(shí)現(xiàn)均衡充電，缺點(diǎn)是只能實(shí)現(xiàn)單向的、在充電過程中的均衡，無法實(shí)現(xiàn)在放電過程中的均衡，而且浪費(fèi)能源，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如果散熱不暢，造成鋰電池溫度升高，內(nèi)阻增加，將會(huì)導(dǎo)致鋰電池爆炸。由于無法實(shí)現(xiàn)大電流分流，比如為了避免電阻熱量對(duì)鋰電池的影響，分流通常選擇100毫安，均衡效果不明顯，而且分流控制復(fù)雜，也無法組成多級(jí)鋰電池組，能耗式充電均衡僅在無安全性要求的領(lǐng)域應(yīng)用，如飛行航模電池組有應(yīng)用，容量一般僅限于三級(jí)串聯(lián)電池組。非能耗均衡充電方式
將鋰電池兩端連接到對(duì)應(yīng)的電感(或電容)的兩端，以電感(或電容)作為能量轉(zhuǎn)移的載體，當(dāng)某個(gè)鋰電池上有多余的能量時(shí)，啟動(dòng)開關(guān)接通電感(或電容)，將多余的能量轉(zhuǎn)移到電感(或電容)上，再將電感(或電容)上的能量向低電能的鋰電池對(duì)應(yīng)的電感(或電容)上轉(zhuǎn)移， 再由電感(或電容)儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)移到低電量的鋰電池上，實(shí)現(xiàn)鋰電池組均衡充電。其缺點(diǎn)同樣是只能實(shí)現(xiàn)單向的、在充電過程中的均衡，無法實(shí)現(xiàn)在放 電過程中的均衡，而且控制系統(tǒng)復(fù)雜，能量因?yàn)槎啻无D(zhuǎn)移而損耗，大體積的電感或電容元器件占用大量空間，因此無法實(shí)現(xiàn)大電流分流方式均衡，所以無法組成大容量、高輸出電流/電壓的多級(jí)鋰電池組。在實(shí)際應(yīng)用中，目前不帶均衡裝置的鋰電池組主要用于民用電動(dòng)助力車，電動(dòng)工具等方面，成組后的多級(jí)鋰電池組的電壓為24-36V為主；如果作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池，必須提供40-60KW (相當(dāng)于1. 3-1. 6升排氣量)的電池容量(如480V，150A)，在這個(gè)容量規(guī)模下，假如單個(gè)鋰電池的過充電壓極限值為4. 2V，過放電壓極限值為3. 0V，鋰電池組成組使用后，經(jīng)過一定次數(shù)的充放電循環(huán)后，電化學(xué)性能最好的鋰電池和電化學(xué)性能最差的鋰電池的電壓差可能在3. 3V^3. 8V之間(即0. 5V)，充電時(shí)，最好的鋰電池很快達(dá)到過充電壓限值，結(jié)束充電過程，而放電時(shí)，最差的鋰電池很快達(dá)到過放電壓限值，結(jié)束放電過程，所以鋰電池組的充放電效率非常低，而且電池組串聯(lián)越多，容量越大，充放電次數(shù)越多，電池組的整體效率越低，而且由于過充和過放的管理，鋰電池組的整體壽命越低，所以，鋰電池的不一致性是成組困難的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基本單元鋰電池組模塊、由基本一種基本單元鋰電池組模塊組成的多級(jí)鋰電池組、以及基本單元鋰電池組模塊的充電和放電過程的動(dòng)態(tài)均衡方法。一種基本單元鋰電池組模塊，包括至少兩個(gè)串聯(lián)連接的基本鋰電池、至少一個(gè)平衡鋰電池、與所述基本鋰電池?cái)?shù)量相等的可控制開關(guān)、及可控制開關(guān)的驅(qū)動(dòng)模塊、檢測各個(gè)所述基本鋰電池兩端電壓值的電壓檢測模塊、以及單元控制器；所述平衡鋰電池分別與各個(gè)所述基本鋰電池并聯(lián)連接，所述多個(gè)可控制開關(guān)分別用于獨(dú)立控制所述平衡鋰電池與各個(gè)所述基本單元鋰電池模塊并聯(lián)連接的通斷，所述可控制開關(guān)的驅(qū)動(dòng)模塊、所述電壓檢測模塊分別與所述單元控制器連接。優(yōu)選地，所述可控制開關(guān)為無觸點(diǎn)矩陣開關(guān)。優(yōu)選地，所述無觸點(diǎn)矩陣開關(guān)包括連接在所述基本鋰電池正極與平衡鋰電池正極之間的前級(jí)矩陣開關(guān)、以及連接在所述基本鋰電池負(fù)極與平衡鋰電池負(fù)極之間的后級(jí)矩陣開關(guān)。進(jìn)一步地，所述前級(jí)矩陣開關(guān)和所述后級(jí)矩陣開關(guān)均為雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān)，所述雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān)包括第一 MOSFET管和第二 MOSFET管，所述第一 MOSFET 管的源極與所述第二 MOSFET管的源極相連，所述第一 MOSFET管的柵極和第二 MOSFET管的柵極相連后作為控制端與所述驅(qū)動(dòng)模塊連接，所述第一 MOSFET管的漏極和第二 MOSFET管的漏極分別作為雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān)的輸入端和輸出端。所述基本鋰電池組模塊還可以包括與所述基本鋰電池串聯(lián)連接的過充和過放保護(hù)開關(guān)，所述過充和過放保護(hù)開關(guān)的控制端與所述驅(qū)動(dòng)模塊連接。所述基本鋰電池組模塊還可以二次保護(hù)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，所述二次保護(hù)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲與所述基本鋰電池串聯(lián)連接。一種多級(jí)鋰電池組，包括多個(gè)所述的基本單元鋰電池組模塊，所述多個(gè)基本單元鋰電池組模塊串聯(lián)連接或并聯(lián)連接或串并聯(lián)混合連接。一種前述基本單元鋰電池組模塊的充電和放電均衡方法，包括充電均衡和放電均衡，所述充電均衡包括以下步驟1-1)檢測各個(gè)基本鋰電池兩端的電壓值；1-2 )比較各個(gè)基本鋰電池兩端的電壓值的大??；1-3)在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)，利用平衡鋰電池對(duì)兩端電壓值最高的基本鋰電池進(jìn)行分流；所述放電均衡包括以下步驟2-1)檢測各個(gè)基本鋰電池兩端的電壓值；2-2)比較各個(gè)基本鋰電池兩端的電壓值的大小；2-3)在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)，利用平衡鋰電池對(duì)兩端電壓值最低的基本鋰電池進(jìn)行分流。優(yōu)選地，所述充電均衡還包括過充保護(hù)步驟判斷兩端電壓值最高的基本鋰電池的電壓值是否大于預(yù)設(shè)的過充保護(hù)電壓閾值，若是，停止充電；所述放電均衡還包括過放保護(hù)步驟判斷兩端電壓值最低的基本鋰電池的電壓值是否小于預(yù)設(shè)的過放保護(hù)電壓閾值， 若是，則停止充電。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，具有以下有益效果1)以電池作為能量載體進(jìn)行均衡，無能量損耗，不會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，安全、穩(wěn)定；2)在充電、放電過程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)均衡，以一定的時(shí)間為周期不斷地平衡各個(gè)鋰電池之間的充/放電量，相比于現(xiàn)有技術(shù)靜態(tài)的、單向的均衡，有更好的均衡效果，能夠有效地?cái)U(kuò)展鋰電池組的有效能量使用區(qū)間，提高電池的充電和放電效率；3)控制系統(tǒng)簡單。優(yōu)選方案中，采用雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān)作為控制開關(guān)，雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān)一方面具有普通MOSFET開關(guān)速度快(IOns級(jí))、高輸入阻抗、低電平驅(qū)動(dòng)、抗擊穿、導(dǎo)通電阻極小等特點(diǎn)；同時(shí)又克服了 MOSFET由于寄生二極管的存在，在組成鋰電池組(串聯(lián)) 建立開關(guān)矩陣時(shí)，容易產(chǎn)生不可確定的回路或短路，極易損壞電路的電池、元器件和MOSFET 本身的問題。相比于與現(xiàn)有的開關(guān)，不易損壞，具有更高的穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
的多級(jí)鋰電池組的電路結(jié)構(gòu)圖； 圖2是圖1中基本單元鋰電池組模塊的電路結(jié)構(gòu)圖3是圖2中的無觸點(diǎn)矩陣開關(guān)(雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān))的電路結(jié)構(gòu)；
圖4是圖3的雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān)的工作原理圖5是圖2的基本單元鋰電池組模塊的充電均衡流程圖6是圖2的基本單元鋰電池組模塊的充電均衡的特性對(duì)比圖7是圖2的基本單元鋰電池組模塊的放電均衡流程圖8是圖2的基本單元鋰電池組模塊的放電均衡的特性對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)照附圖并結(jié)合優(yōu)選具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的闡述。名詞解釋1)基本鋰電池是基本單元鋰電池組模塊的儲(chǔ)能電池；2)平衡鋰電池 是基本單元鋰電池組模塊充放電均衡的能力載體，他可以是與基本鋰電池完全相同的電池。如圖1所示，本實(shí)施例的多級(jí)鋰電池組由多個(gè)基本單元鋰電池組模塊串聯(lián)而成， 各個(gè)基本單元鋰電池組模塊的額定輸出電壓V=Il. 8伏、輸出電流1=2安培。本實(shí)施例的基本單元鋰電池組模塊包括三個(gè)依次串聯(lián)連接的基本鋰電池Bi、B2、 B3、一個(gè)平衡鋰電池B4、六個(gè)無觸點(diǎn)矩陣開關(guān)、一個(gè)二次保護(hù)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲、一個(gè)過充過放保護(hù)開關(guān)、以及電壓檢測模塊(本實(shí)施例采用一個(gè)精密采樣電阻R作為電壓檢測模塊)、所示六個(gè)無觸點(diǎn)矩陣開關(guān)的驅(qū)動(dòng)模塊和單元控制器。如圖2所示，每一個(gè)基本鋰電池的正極與平衡鋰電池B4的正極用導(dǎo)線連接，并在每一個(gè)基本鋰電池的正極與平衡鋰電池B4的正極之間連接一個(gè)前級(jí)矩陣開關(guān)，通過前級(jí)
6矩陣開關(guān)控制其通斷；每一個(gè)基本鋰電池的負(fù)極與平衡鋰電池B4的負(fù)極用導(dǎo)線連接，并在每一個(gè)基本鋰電池的負(fù)極與平衡鋰電池B4的負(fù)極之間連接一個(gè)后級(jí)矩陣開關(guān)，通過后級(jí)矩陣開關(guān)控制其通斷，與同一個(gè)基本鋰電池連接的前級(jí)矩陣開關(guān)和后級(jí)矩陣開關(guān)的控制端相連后與驅(qū)動(dòng)模塊連接，即與同一個(gè)基本鋰電池連接的前級(jí)矩陣開關(guān)和后級(jí)矩陣開關(guān)同時(shí)開或關(guān)。精密采樣電阻R與平衡鋰電池B4并聯(lián)，其控制端與單元控制器連接，精密采樣電阻R用于采集各個(gè)基本鋰電池兩端的電壓信號(hào)，并傳送給單元控制器。過充過放保護(hù)開關(guān)與二次保護(hù)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲串聯(lián)后，與基本鋰電池B3的負(fù)極連接，過充過放保護(hù)開關(guān)的控制端與驅(qū)動(dòng)模塊連接。驅(qū)動(dòng)模塊也與單元控制器連接。本實(shí)施例的前級(jí)矩陣開關(guān)、后級(jí)矩陣開關(guān)和過充過放保護(hù)開關(guān)均采用雙MOSFET 雙向?qū)ㄩ_關(guān)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān)包括性能參數(shù)相同的第一 MOSFET管和第二 MOSFET管，第一 MOSFET管的源極Sl與第二 MOSFET管的源極S2相連，第一 MOSFET管的柵極Gl和MOSFET管的柵極G2相連后作為雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān)的控制端，第一 MOSFET管的漏極Dl和第二 MOSFET管的漏極D2分別作為雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān)的輸入端和輸出端。如圖4所示，雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān)的工作原理是，當(dāng)在控制端施加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，兩個(gè)MOSFET同時(shí)導(dǎo)通，電流流向可隨雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān)輸入端和輸出端(即D1、D2端)電壓的高低而改變，實(shí)現(xiàn)雙向?qū)?。即閉合K1、K2后，如果電池Β6的輸出電壓大于Β7的輸出電壓，則電流由Dl端流向D2端；反之，則電流流向也相反。本實(shí)施例的單元控制器還設(shè)有通信接口，方便可視化地監(jiān)控多級(jí)鋰電池組及組內(nèi)基本鋰電池的工作狀態(tài)。下面對(duì)上述基本單元鋰電池組模塊的充電均衡流程和放電均衡流程進(jìn)行詳細(xì)描述
充電均衡流程圖如圖5所示，包括以下步驟1)上電后電壓檢測模塊檢測基本鋰電池 B1、Β2、Β3兩端的電壓值V1、V2、V3，并傳送給單元控制器；2 )單元控制器讀取V1、V2、V3的值后，比較V1、V2、V3的大??；3)對(duì)兩端電壓值最大的基本鋰電池進(jìn)行分流，具體步驟如下 假設(shè)V3最大，則單元控制器發(fā)送控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)模塊，由驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)連接在基本鋰電池 B3和平衡鋰電池B4之間的前級(jí)矩陣開關(guān)和后級(jí)矩陣開關(guān)，使其在預(yù)定的時(shí)間t內(nèi)雙向?qū)ǎ瑢?dǎo)通后平衡鋰電池B4與基本鋰電池B3形成并聯(lián)，即平衡鋰電池B4對(duì)基本鋰電池B3 進(jìn)行分流，此時(shí)，由于平衡鋰電池B4的分流作用，基本鋰電池B3的充電速度將慢于基本鋰電池B1、B2的充電速度，從而能夠防止基本鋰電池B3迅速達(dá)到過充保護(hù)電壓閾值導(dǎo)致充電停止；在所述預(yù)定的時(shí)間t結(jié)束后，單元控制器再次發(fā)送控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)模塊，斷開前級(jí)矩陣開關(guān)和后級(jí)矩陣開關(guān)，停止對(duì)基本鋰電池B3的分流；并重復(fù)前述的所有步驟。為了避免鋰電池過充，本實(shí)施例的充電均衡控制方法還包括下述步驟判斷兩端電壓值最高的基本鋰電池的電壓值是否大于預(yù)設(shè)的過充保護(hù)電壓閾值，若是，則斷開過充過放保護(hù)開關(guān)。該步驟可以在每次檢測出VI、V2、V3后均執(zhí)行，也可設(shè)置獨(dú)立的執(zhí)行周期。如圖6所示，為本實(shí)施例的基本單元鋰電池組模塊在有充電均衡時(shí)和無充電均衡時(shí)的充電特性對(duì)比圖(為更好的闡述均衡原理和均衡效果，圖中僅僅示出平衡鋰電池B4、基本鋰電池B2和基本鋰電池B3的電壓)。在無均衡控制時(shí)，基本鋰電池B3在tl時(shí)刻達(dá)到過充保護(hù)電壓，過充過放保護(hù)開關(guān)斷開，充電終止，而此時(shí)基本鋰電池B2仍然沒有達(dá)到飽和，充電不完全；在有均衡控制時(shí)，上電后，由于基本鋰電池B2的初始電壓高于基本鋰電池B3 的初始電壓，平衡鋰電池B4對(duì)基本鋰電池B2進(jìn)行均衡，均衡后基本鋰電池B2兩端的電壓 V= (VB4+V B2) /2，由于平衡鋰電池B4的分流作用，基本鋰電池B2的充電速度下降，經(jīng)過一段時(shí)間后，基本鋰電池B3兩端的電壓會(huì)高于基本鋰電池B2兩端的電壓，此時(shí)停止對(duì)基本鋰電池B2的分流，重新開始新的均衡；在這種動(dòng)態(tài)均衡的作用下，各個(gè)基本鋰電池電壓達(dá)到過充保護(hù)電壓閾值的時(shí)間趨于一致，在其中一個(gè)基本鋰電池的電壓達(dá)到過充保護(hù)電壓閾值時(shí)，其他基本鋰電池也接近飽和狀態(tài)。放電均衡流程如圖7所示，包括以下步驟1)接入負(fù)載后電壓檢測模塊檢測基本鋰電池Bi、B2、B3兩端的電壓值VI、V2、V3，并傳送給單元控制器；2)單元控制器讀取VI、 V2、V3的值后，比較V1、V2、V3的大??；3)對(duì)兩端電壓值最小的的基本鋰電池進(jìn)行分流，具體步驟如下假設(shè)V3最小，則單元控制器發(fā)送控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)模塊，由驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)連接在基本鋰電池B3和平衡鋰電池B4之間的前級(jí)矩陣開關(guān)和后級(jí)矩陣開關(guān)，使其在預(yù)定的時(shí)間t 內(nèi)雙向?qū)?，?dǎo)通后平衡鋰電池B4與基本鋰電池B3形成并聯(lián)，即平衡鋰電池B4對(duì)基本鋰電池B3進(jìn)行分流，此時(shí)，由于平衡鋰電池B4的分流作用，基本鋰電池B3的放電速度將慢于基本鋰電池B1、B2的放電速度，從而能夠防止基本鋰電池B3迅速達(dá)到過放保護(hù)電壓閾值導(dǎo)致放電停止；在所述預(yù)定的時(shí)間t結(jié)束后，單元控制器再次發(fā)送控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)模塊，斷開前級(jí)矩陣開關(guān)和后級(jí)矩陣開關(guān)，停止對(duì)基本鋰電池B3的分流；重復(fù)步驟1)、2)和3)。為了避免鋰電池過放，本實(shí)施例的放電均衡控制方法還包括下述步驟判斷兩端電壓值最低的基本鋰電池的電壓值是否小于預(yù)設(shè)的過充保護(hù)電壓閾值，若是，則斷開過充過放保護(hù)開關(guān)。 該步驟可以在每次檢測出VI、V2、V3后均執(zhí)行，也可設(shè)置獨(dú)立的執(zhí)行周期。如圖8所示，為本實(shí)施例的基本單元鋰電池組模塊在有放電均衡時(shí)和無放電均衡時(shí)的放電特性對(duì)比圖(為更好的闡述均衡原理和均衡效果，圖中僅僅示出平衡鋰電池B4、基本鋰電池B2和基本鋰電池B3的電壓)。在無均衡控制時(shí)，基本鋰電池B3達(dá)到過放保護(hù)電壓時(shí)，過充過放保護(hù)開關(guān)斷開，放電終止，而此時(shí)基本鋰電池B2仍然有大量的電能沒有充分釋放，放電不完全；在有均衡控制時(shí)，上電后，由于基本鋰電池B2的初始電壓高于基本鋰電池B3的初始電壓，平衡鋰電池B4對(duì)基本鋰電池B3進(jìn)行均衡，均衡后基本鋰電池B3兩端的電壓V=(VB4+VB3)/2，由于平衡鋰電池B4的分流作用，基本鋰電池B3的放電速度下降，經(jīng)過一段時(shí)間后，基本鋰電池B2兩端的電壓會(huì)低于基本鋰電池B3兩端的電壓，此時(shí)停止對(duì)基本鋰電池B3的分流，重新開始新的均衡；在這種動(dòng)態(tài)均衡的作用下，各個(gè)基本鋰電池電壓達(dá)到過放保護(hù)電壓閾值的時(shí)間趨于一致，在其中一個(gè)基本鋰電池的電壓達(dá)到過放保護(hù)電壓閾值時(shí)，其他基本鋰電池也基本放電完全。經(jīng)測試，在基本鋰電池的過充電壓極限值為4. 2V，過放電壓極限值為3. OV的情況下，本實(shí)施例的基本鋰電池的電壓使用區(qū)間可達(dá)到3. 1(T4. 15V。在具體的實(shí)踐中，基本單元鋰電池組模塊中的基本鋰電池串聯(lián)數(shù)量可以是兩個(gè)或多個(gè)，但基本鋰電池串聯(lián)數(shù)量過少會(huì)使成本過高，平衡鋰電池得不到充分的利用，而如果數(shù)量過多則會(huì)導(dǎo)致平衡能力下降，經(jīng)測試基本鋰電池的數(shù)量優(yōu)選3個(gè)、4個(gè)、或5個(gè)，相應(yīng)的均衡能力分別為基本鋰電池容量的33%、25%、20%。對(duì)于平衡鋰電池，最優(yōu)采用與基本鋰電池規(guī)格參數(shù)完全相同的鋰電池。一個(gè)基本單元鋰電池組模塊中也可以根據(jù)基本鋰電池的數(shù)量或其他實(shí)際需求配置兩個(gè)或多個(gè)平衡鋰電池，其連接關(guān)系原理與本實(shí)施例是相同。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基本單元鋰電池組模塊，其特征在于包括至少兩個(gè)串聯(lián)連接的基本鋰電池、 至少一個(gè)平衡鋰電池、與所述基本鋰電池?cái)?shù)量相等的可控制開關(guān)、及可控制開關(guān)的驅(qū)動(dòng)模塊、檢測各個(gè)所述基本鋰電池兩端電壓值的電壓檢測模塊、以及單元控制器；所述平衡鋰電池分別與各個(gè)所述基本鋰電池并聯(lián)連接，所述多個(gè)可控制開關(guān)分別用于獨(dú)立控制所述平衡鋰電池與各個(gè)所述基本單元鋰電池模塊并聯(lián)連接的通斷，所述可控制開關(guān)的驅(qū)動(dòng)模塊、所述電壓檢測模塊分別與所述單元控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基本單元鋰電池組模塊，其特征在于所述可控制開關(guān)為無觸點(diǎn)矩陣開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基本單元鋰電池組模塊，其特征在于所述無觸點(diǎn)矩陣開關(guān)包括連接在所述基本鋰電池正極與平衡鋰電池正極之間的前級(jí)矩陣開關(guān)、以及連接在所述基本鋰電池負(fù)極與平衡鋰電池負(fù)極之間的后級(jí)矩陣開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基本單元鋰電池組模塊，其特征在于所述前級(jí)矩陣開關(guān)和所述后級(jí)矩陣開關(guān)均為雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān)，所述雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān)包括第一 MOSFET管和第二 MOSFET管，所述第一 MOSFET管的源極與所述第二 MOSFET管的源極相連，所述第一 MOSFET管的柵極和第二 MOSFET管的柵極相連后作為控制端與所述驅(qū)動(dòng)模塊連接，所述第一 MOSFET管的漏極和第二 MOSFET管的漏極分別作為雙MOSFET管雙向?qū)ㄩ_關(guān)的輸入端和輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基本單元鋰電池組模塊，其特征在于所述基本鋰電池的數(shù)量為3個(gè)、4個(gè)或者5個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的基本單元鋰電池組模塊，其特征在于還包括與所述基本鋰電池串聯(lián)連接的過充過放保護(hù)開關(guān)，所述過充過放保護(hù)開關(guān)的控制端與所述驅(qū)動(dòng)模塊連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的基本單元鋰電池組模塊，其特征在于還包括二次保護(hù)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，所述二次保護(hù)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲與所述基本鋰電池串聯(lián)連接。
8.一種多級(jí)鋰電池組，其特征在于包括多個(gè)如權(quán)利要求廣7任意一項(xiàng)所述的基本單元鋰電池組模塊，所述多個(gè)基本單元鋰電池組模塊串聯(lián)連接或并聯(lián)連接或串并聯(lián)混合連接。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基本單元鋰電池組模塊的充放電均衡方法，包括充電均衡和放電均衡，其特征在于所述充電均衡包括以下步驟1-1)檢測各個(gè)基本鋰電池兩端的電壓值；1-2)比較各個(gè)基本鋰電池兩端的電壓值的大??；1-3)在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)，利用平衡鋰電池對(duì)兩端電壓值最高的基本鋰電池進(jìn)行分流；所述放電均衡包括以下步驟2-1)檢測各個(gè)基本鋰電池兩端的電壓值；2-2)比較各個(gè)基本鋰電池兩端的電壓值的大??；2-3)在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)，利用平衡鋰電池對(duì)兩端電壓值最低的基本鋰電池進(jìn)行分流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的充放電均衡方法，其特征在于所述充電均衡還包括過充保護(hù)步驟判斷兩端電壓值最高的基本鋰電池的電壓值是否大于預(yù)設(shè)的過充保護(hù)電壓閾值， 若是，停止充電；所述放電均衡還包括過放保護(hù)步驟判斷兩端電壓值最低的基本鋰電池的電壓值是否小于預(yù)設(shè)的過放保護(hù)電壓閾值，若是，則停止充 電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基本單元鋰電池組模塊及由其組成的多級(jí)鋰電池組，以及其充放電均衡方法。該基本單元鋰電池組模塊，包括至少兩個(gè)串聯(lián)連接的基本鋰電池、至少一個(gè)平衡鋰電池、與所述基本鋰電池?cái)?shù)量相等的可控制開關(guān)、及可控制開關(guān)的驅(qū)動(dòng)模塊、檢測各個(gè)所述基本鋰電池兩端電壓值的電壓檢測模塊、以及單元控制器；所述平衡鋰電池分別與各個(gè)所述基本鋰電池并聯(lián)連接，所述多個(gè)可控制開關(guān)分別用于獨(dú)立控制所述平衡鋰電池與各個(gè)所述基本單元鋰電池模塊并聯(lián)連接的通斷，所述可控制開關(guān)的驅(qū)動(dòng)模塊、所述電壓檢測模塊分別與所述單元控制器連接。所述方法為其充放電均衡方法，所述多級(jí)鋰電池組由所述基本單元鋰電池模塊組成。本發(fā)明能提高鋰電池充放電效率。
文檔編號(hào)H01M10/058GK102185159SQ20111009805
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者吳粵濱 申請(qǐng)人:吳粵濱