專利名稱：鋰離子動力電池組的充電方法及使用該方法的鋰離子動力電池組系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子動力電池組的充電方法及使用該方法的鋰離子動力電池組系統(tǒng)，尤其涉及一種采用電磁變壓器均衡配置充電的鋰離子動力電池組的充電方法及使用該方法的鋰離子動力電池組系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在許多大功率二次電池應用技術(shù)領(lǐng)域，對于二次電池的高倍率放電性能、高倍率充電性能、高輸出電壓、高荷電容量等技術(shù)需求，單體二次電池技術(shù)是無法滿足的。因而，需要將單體電池通過串聯(lián)、并聯(lián)或混合連接構(gòu)成二次電池模組，滿足高功率電伺服應用技術(shù)領(lǐng)域?qū)Χ坞娫吹母吆呻娙萘?、高電壓和大電流輸出等技術(shù)需求。隨著鋰離子電池技術(shù)和相關(guān)配套技術(shù)的飛速發(fā)展，在現(xiàn)有二次電池技術(shù)中，鋰離子電池技術(shù)與其它二次電池技術(shù)相比較，在單體電池電壓、重量比能量、體積比能量、放電特性、充電特性、荷電保持、記憶效應、環(huán)保性、安全性、充/放循環(huán)壽命、工作溫度范圍等二次電池主要技術(shù)性能方面綜合比較，鋰離子電池技術(shù)已具有明顯優(yōu)勢。在現(xiàn)有鋰離子電池技術(shù)條件下，因其技術(shù)機理的制約，鋰離子電池對過充和過放的過載承受能力較低，且在高溫下的工作特性較差。若充放電管控失當，不但會造成單體鋰離子電池的不可逆損傷，甚至會產(chǎn)生爆炸等惡性后果。實踐證明，僅僅把單體鋰離子電池荷電容量簡單做大，不但具有較大的工藝難度，且單體鋰離子電池的輸出電壓，不能滿足幾乎所有大功率二次電池應用技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ω咻敵鲭妷旱男枨?。因而，高輸出電壓、大荷電容量的鋰離子二次電源，只能通過串聯(lián)型或混聯(lián)型鋰離子電池模組方式來實現(xiàn)。在現(xiàn)有鋰離子電池制工程技術(shù)條件下，量產(chǎn)單體鋰離子電池的荷電容量必然存在一定的一致性差異。由存在一致性差異的單體鋰離子電池串聯(lián)構(gòu)成電池組時，若充放電均衡控制管理處置不當，則會在串聯(lián)回路的充放電過程，造成部分單體電池過充電或過放電。 且隨著電池組的老化進程，過充或過放現(xiàn)象均會促使部分單體電池的材料瑕疵、制工程工藝差異所致一致性差異放大顯性，加速部分單體電池的老化和循環(huán)工作壽命條件分化，最終會因部分單體電池產(chǎn)生不可逆損傷而導致電池組快速失效。因而，單體鋰離子電池構(gòu)成電池組時，必須采取所有單體鋰離子電池獨立充電控制管理，并采取有效的超倍率放電保護、極端短路保護、電壓反極保護、超高溫度保護、素質(zhì)估測與管控策略調(diào)整等技術(shù)措施。大容量鋰離子動力電池組幾乎都要求具有較高的輸出電壓，為此，鋰離子動力電池組必須通過單體鋰離子電池串聯(lián)來滿足對動力電池組的高輸出電壓要求，而單體鋰離子電池通過串聯(lián)得到所有串聯(lián)單體電池輸出電壓的累加和后，卻產(chǎn)生了要使所有參與串聯(lián)的單體電池能有效實施充電管控，充電電壓要求高于所有串聯(lián)單體電池的充電截止電壓累加和。但在動力電池組充電截止電壓已高于市電，以及一些要求以換能方式產(chǎn)生的低電壓電能對動力電池組有效充電時，則必須將充電電壓提升至高于電池組充電截止電壓后充電。 目前動力電池組管理系統(tǒng)廣泛采用的升壓辦法是，采用大功率電力半導體器件逆變升壓
4后，以并行供電方式向所有單體電池充電控制管理系統(tǒng)提供充電電能。由此產(chǎn)生了大功率電力半導體逆變器件必須具有較高的允許工作電壓，并且所有單體電池充電控制管理單元的相關(guān)器件也必須具有較高的允許工作電壓。在現(xiàn)有半導體器件技術(shù)條件下，同一型號或同類型半導體器件的成本主要取決于其允許工作電壓，且半導體器件的成本上升比率超過其允許工作電壓的上升比率。因而，有效降低大功率電力半導體逆變器件和單體電池充電控制管理單元相關(guān)器件的工作電壓，直接關(guān)系到鋰離子動力電池組控制管理系統(tǒng)的成本。二次電源應用市場對鋰離子動力電池組的期待已經(jīng)很成熟，解決單體鋰離子電池通過串聯(lián)、并聯(lián)或混合連接構(gòu)成鋰離子動力電池組的技術(shù)問題，無疑會給鋰離子動力電池組在混合動力汽車、純電動汽車、電動摩托車和自行車、電動工具、電力系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)、通信工程系統(tǒng)等二次電源應用領(lǐng)域的引用創(chuàng)造基礎(chǔ)技術(shù)條件，而鋰離子動力電池組在這些領(lǐng)域的應用，亦會因二次電源系統(tǒng)的技術(shù)進步而提升這些領(lǐng)域的應用系統(tǒng)技術(shù)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子動力電池組的充電方法及使用該方法的鋰離子動力電池組系統(tǒng)，通過對所有單體鋰離子電池的獨立充放電管控和電池組系統(tǒng)的智能管控，實現(xiàn)電池組的充放電控制管理，并對所有單體鋰離子電池的充放電工作條件實施管控和保護；且通過電磁變壓器多級自舉充電電壓均衡配置技術(shù)，降低了基本電池組充電控制管理單元的工作電壓，由此降低了鋰離子動力電池組系統(tǒng)的成本，并為各種交直流電源的充電引用和兼容性適配提供了良好的技術(shù)途徑。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種鋰離子動力電池組的充電方法，包括步驟1，將單體鋰離子電池接入獨立充放電管控單元，構(gòu)成基本電池單元；步驟2，將若干基本電池單元串聯(lián)或混聯(lián)，構(gòu)成電池模組；步驟3，設(shè)置電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)，通過電磁變壓器的多級自舉二次繞組，將電磁感應電勢分解為電壓區(qū)段，分別給串聯(lián)電池模組的各層級基本電池單元提供均衡的充電電壓；步驟4，通過電池組控制管理系統(tǒng)與各基本電池單元的獨立充放電管控單元組網(wǎng)， 構(gòu)成電池組內(nèi)部分布式局域網(wǎng)控制管理系統(tǒng)，實現(xiàn)電池組的充放電控制管理，并對所有單體鋰離子電池的充放電工作條件進行管控和保護；步驟3中，所述電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)包括電磁變壓器、直流逆變控制系統(tǒng)、交流輸入控制系統(tǒng)、電磁感應檢測系統(tǒng)；所述電磁變壓器包括軟磁材料鐵心、一次繞組、二次繞組；所述電磁變壓器一次繞組包括直流逆變勵磁一次繞組、直接交流勵磁一次繞組；所述電磁變壓器的二次繞組包括多級自舉二次繞組、電磁感應檢測二次繞組。步驟1中，所述基本電池單元包括單體鋰離子電池、獨立充放電管控單元、安裝和散熱結(jié)構(gòu)支架；所述的獨立充放電管控單元包括單元管控MCU及其外圍電路、整流電路、充電電流和電壓控制電路、充放電電壓和充電電流監(jiān)測電路、反極強制放電保護電路、 溫度傳感電路、串聯(lián)組充電層級隔離電路、內(nèi)部局域網(wǎng)接口電路；所述單元管控MCU或配接的存儲器中灌裝有充電參數(shù)管控程序、素質(zhì)策略和數(shù)據(jù)庫管控程序、組網(wǎng)管控程序。所述步驟2包括將若干基本電池單元串聯(lián)，構(gòu)成串聯(lián)電池模組；將若干串聯(lián)電池模組并聯(lián)，構(gòu)成混聯(lián)電池模組。
所述步驟3包括步驟3. 1，所述直流逆變控制系統(tǒng)，將外電路提交的不同電壓幅值直流充電電能，逆變調(diào)控至設(shè)計規(guī)范的交流電能輸入電磁變壓器的直流逆變勵磁一次繞組，并通過電磁感應檢測系統(tǒng)提交的檢測數(shù)據(jù)調(diào)校逆變控制參數(shù)；所述交流輸入控制系統(tǒng)， 將輸入的交流電能接入電磁變壓器的直接交流勵磁一次繞組；步驟3. 2，所述電磁變壓器的多級自舉二次繞組，將電磁感應電勢分解為與串聯(lián)電池模組各層級相應的電壓區(qū)段，分別給串聯(lián)回路的各層級基本電池單元提供均衡的充電電壓；所述電磁變壓器的電磁感應檢測二次繞組，為電磁感應檢測系統(tǒng)提交電磁變壓器系統(tǒng)控制的電磁感應檢測電勢樣本；步驟3. 3，所述串聯(lián)電池模組各串聯(lián)層級的基本電池單元，分別從電磁變壓器的多級自舉二次繞組的對應層級繞組獲取充電電能，并按預設(shè)充電管控程序向單體鋰離子電池充電；步驟 3. 4，所述混聯(lián)電池模組電磁變壓器配置模式，采取每個串聯(lián)電池模組單獨配置一個電磁變壓器模式，或采取多個串聯(lián)電池模組共用一個電磁變壓器的模式；在采取每個串聯(lián)電池模組單獨配置一個電磁變壓器模式下，該串聯(lián)電池模組各串聯(lián)層級的基本電池單元分別從該串聯(lián)電池模組單獨配置的電磁變壓器的多級自舉二次繞組的對應層級繞組獲取充電電能， 并按預設(shè)充電管控程序向單體鋰離子電池充電；在采取多個串聯(lián)電池模組共用一個電磁變壓器的模式下，各串聯(lián)電池模組的同層級基本電池單元共同從共用的電磁變壓器的多級自舉二次繞組的對應層級繞組獲取充電電能，并分別按預設(shè)的充電管控程序向各自管控的單體鋰離子電池充電。所述步驟4包括步驟4. 1，電池組控制管理系統(tǒng)與各基本電池單元的獨立充放電管控單元組網(wǎng)，構(gòu)成電池組內(nèi)部分布式局域網(wǎng)控制管理系統(tǒng)，所述電池組控制管理系統(tǒng)包括中央處理器系統(tǒng)、電流和電壓及溫度傳感系統(tǒng)、電力電子控制系統(tǒng)、顯示與操控系統(tǒng)、 外部通訊接口系統(tǒng)，所述中央處理器系統(tǒng)或配接的存儲器件中灌裝有電池組充放電管控程序、系統(tǒng)編程信息和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫程序、組網(wǎng)策略和節(jié)點管控程序、外部調(diào)用函數(shù)和管控程序；步驟4. 2，所述電池組控制管理系統(tǒng)與各基本電池單元的獨立充放電管控單元，通過電池組內(nèi)部局域網(wǎng)建立管控指令和數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)以預設(shè)控制管理程序的管控策略對電池組的工作模式和所有單體鋰離子電池充放電工作條件進行管控和保護；步驟4. 3，所述電池組控制管理系統(tǒng)通過外部通訊接口與外部控管系統(tǒng)建立管控指令和數(shù)據(jù)通訊，外部調(diào)用接口協(xié)議可以是SBS、CAN或自定義的接口通訊協(xié)議；所述的外部通訊接口可以是SBS、CAN或自定義的外部數(shù)據(jù)通訊接口。本發(fā)明還提供一種使用上述的鋰離子動力電池組的充電方法的鋰離子動力電池組系統(tǒng)，其特征在于，所述鋰離子動力電池組系統(tǒng)包括若干基本電池單元串聯(lián)或混聯(lián)構(gòu)成的電池模組、電池組控制管理系統(tǒng)、電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)、電池組結(jié)構(gòu)支架、殼體和散熱冷卻系統(tǒng)，所述散熱冷卻系統(tǒng)及電池組控制管理系統(tǒng)安裝在電池組結(jié)構(gòu)支架上，所述電池模組和電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)可以組合為可拆卸式插件結(jié)構(gòu)安裝在所述電池組結(jié)構(gòu)支架上，也可以將電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)安裝在所述電池組結(jié)構(gòu)支架上， 將電池模組組合為可拆卸式插件結(jié)構(gòu)安裝在所述電池組結(jié)構(gòu)支架上。所述基本電池單元包括單體鋰離子電池、獨立充放電管控單元的各電子電路系統(tǒng)組成的PCB、安裝和散熱結(jié)構(gòu)支架，并在結(jié)構(gòu)上組合裝配在一起，通過結(jié)構(gòu)框架的定位支架和接口，安裝在鋰離子動力電池組內(nèi)，所述單體鋰離子電池和獨立充放電管控單元，在結(jié)構(gòu)上可封裝在一起，也可以分開。
所述直接交流勵磁一次繞組適配輸入的交流電源包括交流市電、工業(yè)動力交流電、各類交流發(fā)電機發(fā)出的交流電、各類電子系統(tǒng)發(fā)出的交流電。所述鋰離子動力電池組系統(tǒng)的電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)的配置模式，可采取每個串聯(lián)模組單獨配置一個電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)，也可以采取多個串聯(lián)模組共用一個電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)的模式。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明鋰離子動力電池組的充電方法及使用該方法的鋰離子動力電池組系統(tǒng)，采用電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)的自舉串聯(lián)層級電壓配置技術(shù)，可向串聯(lián)模組的各層級基本電池單元提供均衡的充電電壓，并且每個基本電池單元得到的充電電壓基本相等，并可以在滿足最低充電電壓的基礎(chǔ)上控制在相對較小的幅值范圍內(nèi)，由此降低了基本電池單元整流和穩(wěn)壓電路器件承受的工作電壓，從而降低了電池組控制管理系統(tǒng)成本，并為各種交直流充電電源的引用和兼容性適配提供了良好的技術(shù)途徑，尤其適合大數(shù)量單體鋰離子電池成組、大容量、高電壓輸出的鋰離子動力電池組系統(tǒng)。為了能更進一步了解本發(fā)明的特征以及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。


下面結(jié)合附圖，通過對本發(fā)明的具體實施方式
詳細描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其他有益效果顯而易見。圖1為本發(fā)明鋰離子動力電池組的充電方法流程示意圖；圖2為本發(fā)明鋰離子動力電池組系統(tǒng)的基本電池單元電原理示意框圖；圖3為圖2的實體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)電原理示意框圖；圖5為本發(fā)明第一實施例的串聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)電原理示意框圖；圖6a-6c為圖5的實體結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明第二實施例的混聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)電原理示意框圖；圖8a_8d為圖7的實體結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明第三實施例的混聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)電原理示意框圖；圖IOa-IOf為圖9的實體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明為實現(xiàn)預定目的所采取的技術(shù)手段及功效，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細說明與附圖，相信本發(fā)明的目的、特征與特點，應當可由此得到深入且具體的了解，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。如圖1-10所示，本發(fā)明鋰離子動力電池組的充電方法流程包括步驟1，將單體鋰離子電池130接入獨立充放電管控單元，構(gòu)成基本電池單元100。 所述基本電池單元100，由單體鋰離子電池130、獨立充放電管控單元、安裝和散熱結(jié)構(gòu)支架140和141構(gòu)成；所述的獨立充放電管控單元，由單元管控MCU及其外圍電路110、整流電路120、充電電流和電壓控制電路111、充放電電壓和充電電流監(jiān)測電路112、反極強制放電保護電路121、溫度傳感電路123、串聯(lián)組充電層級隔離電路122、內(nèi)部局域網(wǎng)接口電路102構(gòu)成；單體鋰離子電池130和獨立充放電管控單元各電子電路系統(tǒng)組成的PCB通過安裝和散熱結(jié)構(gòu)支架140和141組合裝配在一起，構(gòu)成基本電池單元100 ；所述單元管控MCU或配接的存儲器中灌裝有充電參數(shù)管控程序、素質(zhì)策略和數(shù)據(jù)庫管控程序、組網(wǎng)管控程序；獨立充放電管控單元按預設(shè)充放電管控程序，對單體鋰離子電池130的充放電工作條件進行管控和保護。所述基本電池單元100的充電工作過程為獨立充放電管控單元檢測到電磁變壓器220的多級自舉二次繞組224存在輸出電能，且單體鋰離子電池130技術(shù)狀態(tài)符合充電條件時，自動啟動充電電流和電壓控制電路111，根據(jù)單體鋰離子電池130的技術(shù)狀態(tài)， 以預設(shè)充電管控策略對單體鋰離子電池130進行充電，充電過程中，獨立充放電管控單元實時監(jiān)測單體鋰離子電池130的工作電壓和溫度，并估算荷電補充量、評估充電特性顯性的素質(zhì)和循環(huán)特性并更新數(shù)據(jù)庫，在各項受控參數(shù)達到管控臨界點時，通過電池組內(nèi)部局域網(wǎng)報送電池組控制管理系統(tǒng)；所述基本電池單元100放電工作過程單體鋰離子電池130 隨串聯(lián)電池模組放電，其放電電流強度等于串聯(lián)電池模組300(520)放電電流強度，放電過程中，獨立充放電管控單元實時監(jiān)測單體鋰離子電池130的工作電壓和溫度，并估算荷電釋放量、評估放電特性顯性的素質(zhì)和循環(huán)特性并更新數(shù)據(jù)庫，在各項受控參數(shù)達到管控臨界點時通過電池組內(nèi)部局域網(wǎng)報送電池組控制管理系統(tǒng)。步驟2，將若干基本電池單元100串聯(lián)或混聯(lián)，構(gòu)成電池模組。該步驟2包括將若干基本電池單元100串聯(lián)，構(gòu)成串聯(lián)電池模組；將若干串聯(lián)電池模組并聯(lián)，構(gòu)成混聯(lián)電池模組。步驟3，設(shè)置電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200，通過電磁變壓器220的多級自舉二次繞組224，將電磁感應電勢分解為電壓區(qū)段，分別給串聯(lián)電池模組的各層級基本電池單元100提供均衡的充電電壓。該步驟3中，所述電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200，由電磁變壓器220、直流逆變控制電路210、交流輸入控制系統(tǒng)211、電磁感應檢測系統(tǒng)212構(gòu)成； 所述電磁變壓器系統(tǒng)220，由軟磁材料鐵芯221、直流逆變勵磁一次繞組222、直接交流勵磁一次繞組223、多級自舉二次繞組224、電磁感應檢測二次繞組225構(gòu)成。所述步驟3進一步包括，步驟3. 1，所述直流逆變控制電路210，將外電路提交的不同電壓幅值直流充電電能， 逆變調(diào)控至設(shè)計規(guī)范的交流電能輸入電磁變壓器220的直流逆變勵磁一次繞組222勵磁， 并通過電磁感應檢測系統(tǒng)212提交的檢測數(shù)據(jù)調(diào)校逆變控制參數(shù)；所述交流輸入控制系統(tǒng) 211，將外部輸入的交流電能接入電磁變壓器220的直接交流勵磁一次繞組223勵磁；步驟 3. 2，所述電磁變壓器220的多級自舉二次繞組224，將電磁感應電勢分解為與串聯(lián)電池模組300 (520)各層級相應的電壓區(qū)段，分別給串聯(lián)回路的各層級基本電池單元100提供均衡的充電電壓；所述電磁變壓器220的電磁感應檢測二次繞組225給電磁感應檢測系統(tǒng)212 提交電磁變壓器系統(tǒng)的電磁感應檢測電勢樣本；步驟3. 3，所述串聯(lián)電池模組300(520)各串聯(lián)層級的基本電池單元，分別從電磁變壓器的多級自舉二次繞組的對應層級繞組獲取充電電能，并按預設(shè)充電管控程序向單體鋰離子電池130充電；其充電工作過程為電磁變壓器220的直流逆變勵磁一次繞組222或直接交流勵磁一次繞組223輸入充電電能勵磁后， 在多級自舉二次繞組224感生同頻電勢，多級自舉二次繞組224，將電磁感應電勢分解為與串聯(lián)電池模組300 (520)各層級相應的電壓區(qū)段，分別輸入串聯(lián)電池模組相應層級的基本電池單元100，該基本電池單元100的獨立充放電管控單元按預設(shè)充電管控程序向單體鋰離子電池130充電；步驟3. 4，所述混聯(lián)電池模組的電磁變壓器220配置模式，采取每個串
8聯(lián)電池模組單獨配置一個電磁變壓器220模式(第二實施例的混聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)400)，或采取多個串聯(lián)電池模組共用一個電磁變壓器220的模式(第三實施例的混聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)500)；在采取每個串聯(lián)電池模組單獨配置一個電磁變壓器220模式下，該串聯(lián)電池模組各串聯(lián)層級的基本電池單元100分別從該串聯(lián)電池模組單獨配置的電磁變壓器220的多級自舉二次繞組224的對應層級繞組獲取充電電能，并按預設(shè)充電管控程序向單體鋰離子電池130充電；在采取多個串聯(lián)電池模組共用一個電磁變壓器220的模式下，各串聯(lián)電池模組的同層級基本電池單元100共同從共用的電磁變壓器220的多級自舉二次繞組224的對應層級繞組獲取充電電能，并分別按預設(shè)的充電管控程序向各自管控的單體鋰離子電池130充電。步驟4，通過電池組控制管理系統(tǒng)與各基本電池單元100的獨立充放電管控單元組網(wǎng)，構(gòu)成電池組內(nèi)部分布式局域網(wǎng)控制管理系統(tǒng)，實現(xiàn)電池組的充放電控制管理，并對所有單體鋰離子電池130的充放電工作條件進行管控和保護。該步驟通過電池組控制管理系統(tǒng)和基本電池單元100的獨立充放電管控單元內(nèi)置的預設(shè)策略管控程序，實現(xiàn)對電池組各單體鋰離子電池130的充放電工作條件和過程實施獨立管控和監(jiān)測、實現(xiàn)電池組和單體離子電池130的素質(zhì)估測與管控策略調(diào)整，并對電池組超倍率放電、極端短路、單體電池電壓反極、超高溫工作等狀況實施預設(shè)策略的實時保護。鋰離子動力電池組控制管理系統(tǒng)設(shè)置外部通訊管控接口，可與外部控制管理系統(tǒng)建立指令和數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)鋰離子動力電池組系統(tǒng)的充放電管控、參數(shù)報送和模式設(shè)置等。該步驟4進一步包括步驟4. 1，電池組控制管理系統(tǒng)與各基本電池單元100的獨立充放電管控單元組網(wǎng)，構(gòu)成電池組內(nèi)部分布式局域網(wǎng)控制管理系統(tǒng)，所述電池組控制管理系統(tǒng)由中央處理器系統(tǒng)、放電電流和電壓及溫度傳感系統(tǒng)、放電電力電子控制電路、顯示與操控系統(tǒng)、外部通訊接口系統(tǒng)組成，所述電池組中央管控處理器系統(tǒng)或配接的存儲器件中灌裝有電池組充放電管控程序、系統(tǒng)編程信息和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管控程序、組網(wǎng)策略和節(jié)點管控程序、外部調(diào)用函數(shù)和管控程序；步驟4. 2，所述電池組控制管理系統(tǒng)與各基本電池單元100的獨立充放電管控單元，通過電池組內(nèi)部局域網(wǎng)建立管控指令和數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)以預設(shè)控制管理程序的管控策略對電池組的工作模式和所有單體鋰離子電池130充放電工作條件進行管控和保護；步驟4. 3，所述電池組控制管理系統(tǒng)通過外部通訊接口與外部控管系統(tǒng)建立管控指令和數(shù)據(jù)通訊，外部調(diào)用接口協(xié)議可以是 SBS、CAN等其它或自定義的接口通訊協(xié)議；所述的外部通訊接口可以是SBS、CAN等其它或自定義的外部數(shù)據(jù)通訊接口。在步驟4中，鋰離子動力電池組放電工作過程鋰離子動力電池組設(shè)置直接放電模式和管控放電模式。在直接放電模式下，電池組控制管理系統(tǒng)控制放電電力電子控制系統(tǒng)對外電路直接放電，在管控放電模式下，電池組控制管理系統(tǒng)根據(jù)操控或通訊管控指令， 控制放電電力電子控制系統(tǒng)執(zhí)行放電或關(guān)閉。無論何種放電模式，電池組放電時，放電電流強度在滿足電池組許可放電倍率、所有單體鋰離子電池130截止放電電壓、工作溫度等預設(shè)技術(shù)條件下，取決于電池組輸出電勢和外電路電阻。鋰離子動力電池組直流電能充電過程鋰離子動力電池組設(shè)置自動充電模式和管控充電模式。在自動充電模式下，電池組控制管理系統(tǒng)自動檢測外電路電壓，當電池組處于放電狀態(tài)且外電路存在高于電池組放電電壓且電池組技術(shù)狀態(tài)符合充電條件時，自動停止放電并切換至充電狀態(tài)，當電池組處于放電停止狀態(tài)，且外電路存在高于設(shè)計規(guī)范最低充電電壓且電池組技術(shù)狀態(tài)符合充電條件時，自動進入充電狀態(tài)。在管控充電模式下，電池組控制管理系統(tǒng)根據(jù)操控或通訊充電管控指令，停止放電并切換至充電狀態(tài)。無論自何種模式進入充電狀態(tài)，充電時，直流電能輸入控制和直流逆變控制電路210將外電路直流電能逆變?yōu)樵O(shè)計規(guī)范幅值的交流電能輸入電磁變壓器220的直流逆變勵磁一次繞組222，電磁變壓器220的多級自舉二次繞組224，將電磁感應電勢分解為電壓區(qū)段，分別給串聯(lián)回路的各層級基本電池單元100提供均衡的充電電壓。在采取直流充電電能輸入電路與電池組輸出電路分開，而將直流充電電能直接接入直流電能輸入控制和逆變系統(tǒng)210的電路模式下，電池組系統(tǒng)可以實現(xiàn)在放電的同時進行充電。鋰離子動力電池組交流電能充電過程電池組控制管理系統(tǒng)自動檢測交流輸入端，在檢測到有符合設(shè)計規(guī)范的交流電能接入且電池組技術(shù)狀態(tài)符合充電條件時，將交流電能經(jīng)交流輸入控制系統(tǒng)211輸入電磁變壓器220的一次直接交流勵磁繞組223，電磁變壓器220的多級自舉二次繞組224，將電磁感應電勢分解為電壓區(qū)段，分別給串聯(lián)回路的各層級基本電池單元100提供均衡的充電電壓。交流電能充電模式下，與電池組系統(tǒng)可以在放電的同時進行充電。所述直接交流勵磁繞組223適配輸入的交流電源包括交流市電、工業(yè)動力交流電、各類交流發(fā)電機發(fā)出的交流電、各類電子系統(tǒng)發(fā)出的交流電。本發(fā)明還提供一種使用上述鋰離子動力電池組充電方法的鋰離子動力電池組系統(tǒng)，包括若干基本電池單元100串聯(lián)或混聯(lián)構(gòu)成的電池模組、電池組控制管理系統(tǒng)、電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200、電池組結(jié)構(gòu)支架、殼體和散熱冷卻系統(tǒng)，所述散熱冷卻系統(tǒng)及電池組控制管理系統(tǒng)安裝在殼體內(nèi)的電池組結(jié)構(gòu)支架上，所述電池模組和電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200可以組合為可拆卸式插件結(jié)構(gòu)安裝在所述電池組結(jié)構(gòu)支架上，也可以將電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200安裝在所述電池組結(jié)構(gòu)支架上，將電池模組組合為可拆卸式插件結(jié)構(gòu)安裝在所述電池組結(jié)構(gòu)支架上。由于單體鋰離子電池130的可靠性和理論工作壽命，均低于電池組其它系統(tǒng)，并出于對鋰離子動力電池組系統(tǒng)的電氣性能、機械性能、 制工程工藝性、兼容和互換性，以及應用環(huán)境、維護便捷和標準化等方面考慮，使用上述鋰離子動力電池組充電方法的鋰離子動力電池組系統(tǒng)實體結(jié)構(gòu)如下基本電池單元100系統(tǒng)實體結(jié)構(gòu)如圖3所示包括單體鋰離子電池130、獨立充放電管控單元各部分器件以及組合的PCB、安裝和散熱結(jié)構(gòu)支架140和141，并在結(jié)構(gòu)上組合裝配在一起，構(gòu)成基本電池單元100實體結(jié)構(gòu)插件，所述單體鋰離子電池和獨立充放電管控單元，在結(jié)構(gòu)上可封裝在一起，也可以分開。單組串聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)300實體結(jié)構(gòu)如圖6所示包括串聯(lián)電池模組、 電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200、電池組控制管理系統(tǒng)，串聯(lián)電池模組的所有基本電池單元100組合為可拆卸式插件結(jié)構(gòu)，并通過電池組系統(tǒng)接口安裝在電池組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)支架上， 電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200和電池組控制管理系統(tǒng)裝置在電池組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)支架上。采取每個串聯(lián)電池模組單獨配置一個電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)模式構(gòu)成的混聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)400實體結(jié)構(gòu)如圖8所示包括電池組控制管理系統(tǒng)、若干串聯(lián)電池模組與電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200組合為可拆卸式結(jié)構(gòu)插件，電池組控制管理系統(tǒng)裝置在電池組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)支架上，各串聯(lián)電池模組與電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng) 200組合的可拆卸式結(jié)構(gòu)插件，通過電池組系統(tǒng)接口安裝在電池組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)支架上。采取多個串聯(lián)模組共用一個電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)模式構(gòu)成的混聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)500實體結(jié)構(gòu)如附圖10所示包括若干串聯(lián)電池模組520、電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200、電池組控制管理系統(tǒng)，電池組控制管理系統(tǒng)和電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200裝置在電池組系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，各串聯(lián)電池模組520為可拆卸式插件結(jié)構(gòu)， 并通過電池組系統(tǒng)接口安裝在電池組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)支架上。圖2為本發(fā)明鋰離子動力電池組系統(tǒng)的基本電池單元電原理框圖，該基本電池單元100的電氣系統(tǒng)，由單體鋰離子電池130和獨立控制管理單元構(gòu)成，所述的獨立控制管理單元包括單元管控MCU及其外圍電路110、整流電路120、充電電流和電壓控制電路111、 反極強制放電保護電路121、充放電電壓和充電電流監(jiān)測電路112、溫度傳感電路123、串聯(lián)組充電層級隔離電路122、內(nèi)部局域網(wǎng)接102，在該MCU或配接的存儲器中灌裝有充電參數(shù)管控程序、素質(zhì)策略和數(shù)據(jù)庫管控程序、組網(wǎng)管控程序。基本電池單元100的放電工作原理單體鋰離子電池130放電時，放電電流經(jīng)單體鋰離子電池130、串聯(lián)組充電層級隔離電路122、單元正極輸出端101輸出、通過外部電路至單元負極端109至單體鋰離子電池130構(gòu)成放電回路。二極管電路121構(gòu)成反極強制放電保護電路，防止單體鋰離子電池130過放電狀態(tài)的強制放電產(chǎn)生反極。充放電電壓和充電電流監(jiān)測電路112監(jiān)測單體鋰離子電池130的放電電壓和充電電流狀態(tài)、溫度傳感器123 監(jiān)測鋰離子電池130的放電工作溫度?；倦姵貑卧?00充電工作原理電磁變壓器220的多級自舉二次繞組224輸出的交流充電電能從104和105端送入基本電池單元100，經(jīng)橋式整流電路120轉(zhuǎn)換為直流。 主控制管理MCU電路110檢測到有輸入充電電壓時，按預設(shè)的充電控制管理程序，控制充電流和電壓控制電路111向單體鋰離子電池130充電，并通過充放電電壓和充電電流監(jiān)測電路112檢測和校正充電電壓和電流，通過溫度傳感器123監(jiān)測鋰離子電池130的充電工作溫度，充電電流經(jīng)橋式整流電路120、充電電流和電壓控制電路111、充放電電壓和充電電流監(jiān)測電路112、單體鋰離子電池130至橋式整流電路120構(gòu)成充電回路?；倦姵貑卧?00充放電管控策略主控制管理MCU電路110內(nèi)置的充放電管控程序，獨立執(zhí)行該單元單體鋰離子電池130的各項預編程充放電技術(shù)參數(shù)，并將充放電數(shù)據(jù)換算為循環(huán)周期參數(shù)存貯。主控制管理MCU電路110預設(shè)管控參數(shù)包括單體鋰離子電池130的型號和充電規(guī)范等制造信息，已循環(huán)次數(shù)和剩余壽命等實時素質(zhì)信息。電池組中央控管系統(tǒng)均內(nèi)置預編程電池組充放電管控程序，并通過內(nèi)部局域網(wǎng)接口電路102與基本電池單元主控制管理MCU電路110建立管控指令與數(shù)據(jù)信息交互和工作模式管控。圖3為本發(fā)明鋰離子動力電池組系統(tǒng)的基本電池單元插件實體結(jié)構(gòu)示意圖，基本電池單元100實體結(jié)構(gòu)包括單體鋰離子電池130、獨立充放電管控單元器件構(gòu)成的PCB、安裝和散熱結(jié)構(gòu)支架140和141，并在結(jié)構(gòu)上組合裝配在一起，構(gòu)成基本電池單元插件?；倦姵貑卧寮ㄟ^PCB印版的外部充電交流電能輸入接口 104和105、電池組控制內(nèi)部局域網(wǎng)接口 102、單元零電平接口 109、單元正極輸出接口 101接入電池組系統(tǒng)。圖4為本發(fā)明鋰離子動力電池組系統(tǒng)的電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)電原理示意框圖，電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200，由電磁變壓器220、直流逆變控制電路210、交流電能接入控制電路211、電磁感應檢測電路212、管控接口 202和203、檢測數(shù)據(jù)接口 206 組成；所述電磁變壓器220，由軟磁材料鐵心221、直流逆變勵磁一次繞組222、直接交流勵磁一次繞組223、多級自舉二次繞組224、電磁感應檢測二次繞組225構(gòu)成。在由多個基本電池單元100串聯(lián)構(gòu)成的電池組串聯(lián)回路中，采用電磁變壓器220將一次勵磁繞組輸入的充電電能通過多級自舉二次繞組224配置為設(shè)計規(guī)范的電壓區(qū)段，分別給串聯(lián)回路各層級的基本電池單元100提供均衡的充電電壓。所述直接交流勵磁一次繞組223可根據(jù)電池組應用需求和交流電源技術(shù)條件，設(shè)計相應的接入相數(shù)、變比和接法等，適配輸入包括交流市電、工業(yè)動力交流電、各類交流發(fā)電機發(fā)出的交流電、各類電子系統(tǒng)發(fā)出的交流電等交流電源。在輸入直流電能充電時，輸入的直流電能經(jīng)直流逆變電路210轉(zhuǎn)換為設(shè)計規(guī)范的交流電能輸入電磁變壓器220的直流逆變勵磁一次繞組222勵磁，在多級自舉二次繞組 224感生同頻交流電能，經(jīng)多級自舉二次繞組224分解配置，向串聯(lián)模組各層級的基本電池單元提供均衡的充電電壓。在不計損耗條件下，多級自舉二次繞組224的感應電勢Ua = U1+U2+U3…+Un，取決于直流逆變勵磁一次繞組222的勵磁電勢Uid和電磁變壓器的多級自舉二次繞組224與直流逆變勵磁一次繞組222的繞組匝數(shù)比N224/N222。在輸入交流電能充電時，輸入的交流電能經(jīng)交流電能接入控制電路211接入直接交流勵磁一次繞組223勵磁，在多級自舉二次繞組224感生同頻交流電能，經(jīng)多級自舉二次繞組224分解配置，向串聯(lián)模組各層級的基本電池單元提供均衡的充電電壓。在不計損耗條件下，多級自舉二次繞組224的感應電勢Ua = Ul+U2+U3"*+Un，取決于直接交流勵磁一次繞組223的勵磁電勢Uia和電磁變壓器的多級自舉二次繞組224與直接交流勵磁一次繞組223的繞組匝數(shù)比Ν224/Ν223。無論何種充電電源模式，Ul、U2、U3、…、Un分別為串聯(lián)模組第一層、第二層、第三層、…、第η層的基本電池單元充電電勢。由于多級自舉二次繞組224設(shè)計為Ν224 = m+N2+N3...+Nn，且附=Ν2 = Ν3 =…=Νη，因而多級自舉二次繞組224為串聯(lián)模組各層級基本電池單元提供的充電電壓基本相等，即Ul = U2 = U3 =…=Un。對于單體鋰離子電池 130的充電管控而言，5V彡Ul = U2 = U3 =…=Un彡IOV已完全可滿足單體鋰離子電池充電管控技術(shù)需求。因而，大幅降低了各基本電池單元整流和穩(wěn)壓電路電子器件承受的工作電壓，從而降低了電池組控制管理系統(tǒng)的成本，尤其是構(gòu)成電池模組的單體鋰離子電池130 數(shù)量越多、串聯(lián)模組層級越多，電池組系統(tǒng)的低成本優(yōu)點就越顯著。圖5為本發(fā)明第一實施例的串聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)電原理框圖，串聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)300，由電池組控制管理系統(tǒng)、電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200和串聯(lián)型電池模組構(gòu)成。電池組控制管理系統(tǒng)，由電池組中央處理器系統(tǒng)310、電池組放電電流和電壓及溫度傳感系統(tǒng)311、放電電力電子控制系統(tǒng)312、反向阻斷電路314、顯示與操控系統(tǒng)319、內(nèi)部局域網(wǎng)接口電路302組成。串聯(lián)型電池模組，由若干基本電池單元100串聯(lián)組成。電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200，由電磁變壓器220、直流逆變控制電路210、交流電能接入控制電路211、電磁感應檢測電路212組成。電磁變壓器220，由軟磁材料鐵心221、 直流逆變勵磁一次繞組222、直接交流勵磁一次繞組223、多級自舉二次繞組224、電磁感應檢測二次繞組225組成。串聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)300的放電工作原理串聯(lián)電池組系統(tǒng)300內(nèi)串聯(lián)的各基本電池單元100電勢累加形成串聯(lián)電勢，在串聯(lián)電池組正極輸出端301和零電平端 309間接入負載構(gòu)成放電回路，放電電流取決于正極輸出端301和零電平端309間的電勢差和外電路電阻。串聯(lián)電池組系統(tǒng)300放電時，放電電流經(jīng)各層級基本電池單元100、放電電
12流和電壓及溫度傳感系統(tǒng)311、放電電力電子控制電路312、反向阻斷電路314、模組正極輸出端301輸出、通過外部電路至串聯(lián)模組系統(tǒng)零電平端309構(gòu)成放電回路。放電過程中，各層級基本電池單元100的強制放電保護二極管121防止單體鋰離子電池過放電狀態(tài)的強制放電產(chǎn)生反極性，放電電壓監(jiān)測電路112監(jiān)測單體鋰離子電池130的放電電壓狀態(tài)、溫度傳感器123監(jiān)測單體鋰離子電池130的放電工作溫度。串聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)300的直流充電工作原理在電池組中央處理器系統(tǒng)310檢測到存在外電路直流充電電能，或電池組中央處理器系統(tǒng)310通過外部管控通訊接302收到充電管控指令時，中央處理器系統(tǒng)310控制放電電力電子控制系統(tǒng)312停止放電，通過端301接受外部直流充電電能。外部直流充電電能通過端301，送入直流逆變控制電路210，直流逆變控制電路210在電池組中央處理器系統(tǒng)310控制下，根據(jù)輸入的直流充電電流和電壓值決定逆變控制參數(shù)，將輸入的不同電壓幅值的直流電能逆變?yōu)樵O(shè)計規(guī)范的交流電能送入電磁變壓器220的直流逆變勵磁一次繞組222勵磁，電磁變壓器220的多級自舉二次繞組224將電磁感應電勢分解為電壓區(qū)段，分別給串聯(lián)回路的各層級基本電池單元100提供充電電能。串聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)300的外插交流充電工作原理采取外插交流電能向串聯(lián)電池組系統(tǒng)300充電時，外插交流電能通過輸入端304和305、交流電能輸入控制電路211、送入電磁變壓器220的直接交流勵磁一次繞組223勵磁，電磁變壓器220的多級自舉二次繞組224將電磁感應電勢分解為電壓區(qū)段，分別給串聯(lián)回路的各層級基本電池單元 100提供充電電能。在采取外插交流電能向串聯(lián)電池組系統(tǒng)300充電時，串聯(lián)電池組系統(tǒng) 300可以在充電的同時進行放電。圖6a_6c為圖5的實體結(jié)構(gòu)示意圖，圖6a為圖5的實體結(jié)構(gòu)外部特征示意圖，電池組系統(tǒng)工作且需要冷卻時，冷卻空氣經(jīng)濾清進氣320吸入電池組，在與內(nèi)部散熱結(jié)構(gòu)熱交換后，經(jīng)排氣321排出。串聯(lián)鋰離子動力電池組系統(tǒng)300的顯示和操控系統(tǒng)319可顯示電池組工作狀態(tài)等參數(shù)，并可查詢電池組剩余電量、剩余循環(huán)壽命、電池溫度、各單元硬件檢測結(jié)論等預設(shè)和實時信息。圖6b為圖5的實體結(jié)構(gòu)外部接口特征示意圖，所有接口采取自鎖裝置插入鎖緊。電池組正極輸出端301和電池組負極端309用于與外部電路連接，并采取防錯接搭極機械結(jié)構(gòu)防止電極錯接。外插交流電能輸入接口 304和305用于外插交流電充電接入。外部管控通訊接口 302用于與外部控制管理系統(tǒng)信息交互。圖6c為圖5的實體結(jié)構(gòu)內(nèi)部特征示意圖，各基本電池單元插件100通過安裝和散熱結(jié)構(gòu)支架140和141 安裝在電池組基座上，并通過PCB印版的外部充電交流電能輸入接口 104和105、電池組內(nèi)部局域網(wǎng)接口 102、基本電池單元100的零電平接口 109、基本電池單元100的正極輸出接口 101接入電池組系統(tǒng)。圖7為本發(fā)明第二實施例混聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)電原理框圖，本實施例為采用每個串聯(lián)電池模組單獨配置一個電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200，構(gòu)成混聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)400方案?；炻?lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)400，由電池組控制管理系統(tǒng)和混聯(lián)型電池模組構(gòu)成。電池組控制管理系統(tǒng)，由電池組中央處理器系統(tǒng)410、電池組放電電流和電壓及溫度傳感系統(tǒng)411、放電電力電子控制系統(tǒng)412、反向阻斷電路414、顯示與操控系統(tǒng)419、外部管控接口電路402組成?；炻?lián)型電池模組，由若干個包含獨立配置電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200的串聯(lián)電池模組300并聯(lián)構(gòu)成?；炻?lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)400的放電工作原理混聯(lián)電池組系統(tǒng)400內(nèi)并聯(lián)的各串聯(lián)電池組300，在混聯(lián)電池組正極輸出端401和零電平端409間形成串聯(lián)電勢，忽略串聯(lián)電池模組不均勻性和管控器件壓降條件下，混聯(lián)電池組系統(tǒng)400的輸出電勢等于各串聯(lián)電池組300的輸出電勢。在混聯(lián)電池組正極輸出端401和零電平端409間接入負載構(gòu)成放電回路，放電電流取決于正極輸出端401和零電平端409間的電勢差和外電路電阻。混聯(lián)電池組系統(tǒng)400放電時，各串聯(lián)電池組300的輸出電流并聯(lián)匯集，總電流等于各串聯(lián)電池組300的輸出電流之和?；炻?lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)400的直流充電工作原理在電池組中央處理器系統(tǒng)410檢測到存在外電路直流充電電能，或電池組中央處理器系統(tǒng)410通過外部管控通訊接口 402收到充電指令時，中央處理器系統(tǒng)410控制放電電力電子控制系統(tǒng)412停止放電， 通過端口 401接受外部直流充電電能。外部直流充電電能通過端口 401、充電引導電路415， 傳輸至各串聯(lián)電池模組300，經(jīng)端口 301送入直流逆變控制電路210，直流逆變控制電路210 在電池組中央處理器系統(tǒng)310控制下，根據(jù)輸入的直流充電電流和電壓值決定逆變控制參數(shù)，將輸入的不同電壓幅值的直流電能逆變?yōu)樵O(shè)計規(guī)范的交流電能送入電磁變壓器220的直流逆變勵磁一次繞組222勵磁，電磁變壓器220的多級自舉二次繞組224將電磁感應電勢分解為電壓區(qū)段，分別給串聯(lián)回路的各層級基本電池單元100提供均衡的充電電壓?；炻?lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)400的交流充電工作原理采取外插交流電能向混聯(lián)電池組系統(tǒng)400充電時，外插交流電能經(jīng)混聯(lián)電池組系統(tǒng)400的交流輸入端口 404和 405，輸入并行連接的各串聯(lián)電池組300交流輸入端口 304和305，通過各串聯(lián)電池組300的交流電能輸入控制電路211、送入各串聯(lián)電池組300的電磁變壓器220的直接交流勵磁一次繞組223勵磁，電磁變壓器220的多級自舉二次繞組224將電磁感應電勢分解為電壓區(qū)段， 分別給串聯(lián)回路的各層級基本電池單元100提供均衡的充電電壓。在采取外插交流電能向混聯(lián)電池組系統(tǒng)400充電時，混聯(lián)電池組系統(tǒng)400可以在充電的同時進行放電。圖8為圖7的實體結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖8a為圖7的實體結(jié)構(gòu)外部特征示意圖，電池組系統(tǒng)400正極輸出端401和電池組負極端409用于向外部負載電路輸出電能，并采取防錯接搭極結(jié)構(gòu)防止電極錯接。外插交流電能輸入接口 404和405用于外插交流電充電接入。外部管控通訊接口 402用于與外部控制管理系統(tǒng)信息交互，所有接口系統(tǒng)采取自鎖裝置插入鎖緊。電池組系統(tǒng)在400充放電工作且需要冷卻時，控制管理系統(tǒng)冷卻通道為冷卻空氣經(jīng)濾清進氣口 430和431吸入電池組，在與內(nèi)部散熱結(jié)構(gòu)熱交換后，經(jīng)后部排氣口 433 排出(未圖示)。串聯(lián)電池模組系統(tǒng)冷卻通道為冷卻空氣經(jīng)濾清進氣口 432吸入電池組， 在與內(nèi)部散熱結(jié)構(gòu)熱交換后，經(jīng)后部排氣口 433排出(未圖示)?；炻?lián)電池組系統(tǒng)400的顯示和操控系統(tǒng)419可顯示電池組工作狀態(tài)等參數(shù)，并可查詢電池組剩余電量、剩余壽命、 電池組溫度、單元硬件檢測結(jié)論等預設(shè)和實時信息。圖8b為圖7的實體結(jié)構(gòu)內(nèi)部特征示意圖，各串聯(lián)電池組系統(tǒng)300與配套的電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200組合為獨立可插拔結(jié)構(gòu)，通過安裝和散熱結(jié)構(gòu)支架安裝在電池組系統(tǒng)400結(jié)構(gòu)基座上，并通過外部充電交流電能輸入接口 304和305、內(nèi)部局域網(wǎng)接口 302、零電平接口 304、正極輸出接口 301接入電池組系統(tǒng)400。圖Sc、圖8d為圖7的串聯(lián)電池模組系統(tǒng)300的組合插件實體結(jié)構(gòu)示意圖， 若干基本電池單元100插件結(jié)構(gòu)，通過接口和緊固裝置安裝在串聯(lián)電池模組系統(tǒng)300的組合插件實體結(jié)構(gòu)上，串聯(lián)電池模組系統(tǒng)300的中央處理器系統(tǒng)310、放電電力電子控制系統(tǒng) 312、電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200裝置在串聯(lián)電池模組系統(tǒng)300的組合插件實體結(jié)構(gòu)上，串聯(lián)電池模組系統(tǒng)300的組合插件的正極輸出端301、零電平端309、交流輸入端304和 305、管控通訊接302，通過接插件接入混聯(lián)電池組系統(tǒng)400。將電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200分散布置在各串聯(lián)電池組系統(tǒng)300內(nèi)，利于電池組系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)散熱和制工程測試。在某個串聯(lián)電池組系統(tǒng)300出現(xiàn)故障時，可關(guān)閉故障串聯(lián)電池組系統(tǒng)后應急充放電使用，且電池組系統(tǒng)輸出電壓不變，但荷電容量相應減小。圖9為本發(fā)明第三實施例混聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)電原理框圖，本實施例為全部串聯(lián)模組共用一個電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200，構(gòu)成混聯(lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)500方案?；炻?lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)500，由電池組控制管理系統(tǒng)、電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200和混聯(lián)型電池模組構(gòu)成。電池組控制管理系統(tǒng)，由電池組中央處理器系統(tǒng)510、電池組放電電流和電壓及溫度傳感系統(tǒng)511、放電電力電子控制系統(tǒng)512、反向阻斷電路514、顯示與操控系統(tǒng)519、外部管控接口電路502組成。電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200，由電磁變壓器220、直流逆變控制電路210、交流電能接入控制電路211、電磁感應檢測電路212組成。電磁變壓器220，由軟磁材料鐵心221、直流逆變勵磁一次繞組222、 直接交流勵磁一次繞組223、多級自舉二次繞組224、電磁感應檢測二次繞組225組成。混聯(lián)型電池模組，由若干個包含相同數(shù)量的基本電池單元100串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)電池模組520 并聯(lián)組成?；炻?lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)500放電工作原理混聯(lián)電池組系統(tǒng)500內(nèi)各串聯(lián)電池組520的正極輸出端521并聯(lián)，在混聯(lián)電池組系統(tǒng)500的正極輸出端501和零電平端 509間形成串聯(lián)電勢，忽略串聯(lián)電池模組不均勻性和管控器件壓降條件下，混聯(lián)電池組系統(tǒng) 500的輸出電勢等于各串聯(lián)電池組520輸出電勢。在混聯(lián)電池組系統(tǒng)500的正極輸出端501 和零電平端509間接入負載構(gòu)成放電回路，放電電流取決于正極輸出端501和零電平端509 間的電勢差和外電路電阻。混聯(lián)電池組系統(tǒng)500放電時，各串聯(lián)電池組520的輸出電流并聯(lián)匯集，總電流等于各串聯(lián)電池組520的輸出電流之和?；炻?lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)500的直流充電工作原理在電池組中央處理器系統(tǒng)510通過正極輸出端501檢測到存在外電路直流充電電能，或電池組中央處理器系統(tǒng)510 通過外部管控通訊接口 502收到充電指令時，中央處理器系統(tǒng)510控制放電電力電子控制系統(tǒng)512停止放電，通過正極輸出端501接受外部直流充電電能。外部直流充電電能通過正極輸出端501送入直流逆變控制電路210，直流逆變控制電路210在電池組中央處理器系統(tǒng)510控制下，根據(jù)輸入的直流充電電流和電壓值決定逆變控制參數(shù)，將輸入的不同電壓幅值的直流電能逆變?yōu)樵O(shè)計規(guī)范的交流電能送入電磁變壓器220的直流逆變勵磁一次繞組222，電磁變壓器220的多級自舉二次繞組224將電磁感應電勢分解為電壓區(qū)段，分別給各串聯(lián)電池組520相應層級的基本電池單元100提供均衡的充電電能?；炻?lián)型鋰離子動力電池組系統(tǒng)500的交流充電工作原理采取外插交流電能向混聯(lián)電池組系統(tǒng)500充電時，外插交流電能經(jīng)混聯(lián)電池組系統(tǒng)500的交流輸入端口 504和 505，經(jīng)電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200的交流電能輸入控制電路211，輸入電磁變壓器直接交流勵磁一次繞組223勵磁，電磁變壓器的多級自舉二次繞組224將電磁感應電勢分解為電壓區(qū)段，分別給各串聯(lián)電池組520相應層級的基本電池單元100提供均衡的充電電能。在采取外插交流電能向混聯(lián)電池組系統(tǒng)500充電時，混聯(lián)電池組系統(tǒng)500可以在充電的同時進行放電。圖IOa-IOf為圖9的實體結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖IOa為圖9的實體結(jié)構(gòu)外部特征示意圖，電池組系統(tǒng)500在充放電工作且需要冷卻時，電池組控制管理系統(tǒng)和電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200的冷卻通道為冷卻空氣經(jīng)濾清進氣口 530和531吸入電池組，在與內(nèi)部散熱結(jié)構(gòu)熱交換后，經(jīng)后部排氣口 533排出(未圖示)。串聯(lián)電池模組系統(tǒng)冷卻通道為 冷卻空氣經(jīng)濾清進氣口 532吸入電池組，在與內(nèi)部散熱結(jié)構(gòu)熱交換后，經(jīng)后部排氣口 533排出(未圖示)。混聯(lián)電池組系統(tǒng)500的顯示和操控系統(tǒng)519可顯示電池組工作狀態(tài)等參數(shù)， 并可查詢電池組剩余電量、剩余循環(huán)壽命、電池組溫度、各單元硬件檢測結(jié)論等預設(shè)和實時信息。圖IObUOc為圖9的實體結(jié)構(gòu)內(nèi)部特征示意圖，電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200、 各串聯(lián)電池組520，通過結(jié)構(gòu)導向和散熱支架安裝在電池組系統(tǒng)500結(jié)構(gòu)基座上。各串聯(lián)電池組520為獨立可插拔結(jié)構(gòu)，各接口通過接插件接入混聯(lián)電池組系統(tǒng)500。電磁變壓器220 的多級自舉二次繞組224輸出的各級交流充電電能，通過接插件接入各串聯(lián)電池組520的相應層級基本電池單元100。圖IOd為圖9的外部接口實體結(jié)構(gòu)特征示意圖，電池組系統(tǒng) 500的正極輸出端501和零電平端509，用于向外部負載電路輸出電能，并采取防錯接搭極結(jié)構(gòu)防止電極錯接。外插交流電能輸入接口 504和505用于外插交流電充電接入。外部管控通訊接口 502用于與外部控制管理系統(tǒng)信息交互，所有接口系統(tǒng)采取螺紋鎖緊裝置，通過鎖緊機構(gòu)540將插入接口的接插件鎖緊。圖10e、圖IOf為圖9的串聯(lián)電池模組520的實體結(jié)構(gòu)示意圖，串聯(lián)電池模組520由若干基本電池單元100串聯(lián)組成的電池模組和結(jié)構(gòu)支架組裝成插件結(jié)構(gòu)，串聯(lián)電池模組520的正極輸出端521、零電平端509、管控總線接口 522、 各層級基本電池單元100充電輸入接口 52η，通過接插件接入混聯(lián)電池組系統(tǒng)500。采用全部串聯(lián)模組共用一個電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200，可以簡化串聯(lián)模組系統(tǒng)、減小串聯(lián)模組的體積和重量。且由于電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200的理論工作壽命高于鋰離子電池，因而將電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)200共用，有利于電池組系統(tǒng)的生產(chǎn)和維護。綜上所述，本發(fā)明提供的鋰離子動力電池組系統(tǒng)，可向串聯(lián)模組的各層級基本電池單元提供均衡的充電電壓，并且每個基本電池單元100得到的充電電壓基本相等，并可以在滿足最低充電電壓的基礎(chǔ)上控制在相對較小的幅值范圍內(nèi)，由此降低了基本電池單元 100的整流和穩(wěn)壓電路器件承受的工作電壓，從而降低了電池組系統(tǒng)的成本，并為各種交直流充電電源的引用和兼容性適配提供了良好的技術(shù)途徑，尤其適合多單體電池組合、大容量、高電壓輸出的鋰離子動力電池組系統(tǒng)。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本方面的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應的改變和變形，而所有這些改變和變形都應屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。
1權(quán)利要求
1.一種鋰離子動力電池組的充電方法，其特征在于，包括步驟1，將單體鋰離子電池接入獨立充放電管控單元，構(gòu)成基本電池單元；步驟2，將若干基本電池單元串聯(lián)或混聯(lián)，構(gòu)成電池模組；步驟3，設(shè)置電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)，通過電磁變壓器的多級自舉二次繞組，將電磁感應電勢分解為電壓區(qū)段，分別給串聯(lián)電池模組的各層級基本電池單元提供均衡的充電電壓；步驟4，通過電池組控制管理系統(tǒng)與各基本電池單元的獨立充放電管控單元組網(wǎng)，構(gòu)成電池組內(nèi)部分布式局域網(wǎng)控制管理系統(tǒng)，實現(xiàn)電池組的充放電控制管理，并對所有單體鋰離子電池的充放電工作條件進行管控和保護；步驟3中，所述電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)包括電磁變壓器、直流逆變控制系統(tǒng)、 交流輸入控制系統(tǒng)、電磁感應檢測系統(tǒng)；所述電磁變壓器包括軟磁材料鐵心、一次繞組、 二次繞組；所述電磁變壓器一次繞組包括直流逆變勵磁一次繞組、直接交流勵磁一次繞組；所述電磁變壓器的二次繞組包括多級自舉二次繞組、電磁感應檢測二次繞組。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子動力電池組的充電方法，其特征在于，步驟1中，所述基本電池單元包括單體鋰離子電池、獨立充放電管控單元、安裝和散熱結(jié)構(gòu)支架；所述的獨立充放電管控單元包括單元管控MCU及其外圍電路、整流電路、充電電流和電壓控制電路、充放電電壓和充電電流監(jiān)測電路、反極強制放電保護電路、溫度傳感電路、串聯(lián)組充電層級隔離電路、內(nèi)部局域網(wǎng)接口電路；所述單元管控MCU或配接的存儲器中灌裝有充電參數(shù)管控程序、素質(zhì)策略和數(shù)據(jù)庫管控程序、組網(wǎng)管控程序。
3.如權(quán)利要求1所述的鋰離子動力電池組的充電方法，其特征在于，所述步驟2包括 將若干基本電池單元串聯(lián)，構(gòu)成串聯(lián)電池模組；將若干串聯(lián)電池模組并聯(lián)，構(gòu)成混聯(lián)電池模組。
4.如權(quán)利要求1所述的鋰離子動力電池組的充電方法，其特征在于，所述步驟3包括 步驟3. 1，所述直流逆變控制系統(tǒng)，將外電路提交的不同電壓幅值直流充電電能，逆變調(diào)控至設(shè)計規(guī)范的交流電能輸入電磁變壓器的直流逆變勵磁一次繞組，并通過電磁感應檢測系統(tǒng)提交的檢測數(shù)據(jù)調(diào)校逆變控制參數(shù)；所述交流輸入控制系統(tǒng)，將輸入的交流電能接入電磁變壓器的直接交流勵磁一次繞組；步驟3. 2，所述電磁變壓器的多級自舉二次繞組，將電磁感應電勢分解為與串聯(lián)電池模組各層級相應的電壓區(qū)段，分別給串聯(lián)回路的各層級基本電池單元提供均衡的充電電壓；所述電磁變壓器的電磁感應檢測二次繞組，為電磁感應檢測系統(tǒng)提交電磁變壓器系統(tǒng)控制的電磁感應檢測電勢樣本；步驟3. 3，所述串聯(lián)電池模組各串聯(lián)層級的基本電池單元，分別從電磁變壓器的多級自舉二次繞組的對應層級繞組獲取充電電能，并按預設(shè)充電管控程序向單體鋰離子電池充電；步驟3. 4，所述混聯(lián)電池模組電磁變壓器配置模式，采取每個串聯(lián)電池模組單獨配置一個電磁變壓器模式，或采取多個串聯(lián)電池模組共用一個電磁變壓器的模式；在采取每個串聯(lián)電池模組單獨配置一個電磁變壓器模式下，該串聯(lián)電池模組各串聯(lián)層級的基本電池單元分別從該串聯(lián)電池模組單獨配置的電磁變壓器的多級自舉二次繞組的對應層級繞組獲取充電電能，并按預設(shè)充電管控程序向單體鋰離子電池充電；在采取多個串聯(lián)電池模組共用一個電磁變壓器的模式下，各串聯(lián)電池模組的同層級基本電池單元共同從共用的電磁變壓器的多級自舉二次繞組的對應層級繞組獲取充電電能，并分別按預設(shè)的充電管控程序向各自管控的單體鋰離子電池充電。
5.如權(quán)利要求1所述的鋰離子動力電池組的充電方法，其特征在于，所述步驟4包括 步驟4. 1，電池組控制管理系統(tǒng)與各基本電池單元的獨立充放電管控單元組網(wǎng)，構(gòu)成電池組內(nèi)部分布式局域網(wǎng)控制管理系統(tǒng)，所述電池組控制管理系統(tǒng)包括中央處理器系統(tǒng)、電流和電壓及溫度傳感系統(tǒng)、電力電子控制系統(tǒng)、顯示與操控系統(tǒng)、外部通訊接口系統(tǒng)，所述中央處理器系統(tǒng)或配接的存儲器件中灌裝有電池組充放電管控程序、系統(tǒng)編程信息和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫程序、組網(wǎng)策略和節(jié)點管控程序、外部調(diào)用函數(shù)和管控程序；步驟4. 2，所述電池組控制管理系統(tǒng)與各基本電池單元的獨立充放電管控單元，通過電池組內(nèi)部局域網(wǎng)建立管控指令和數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)以預設(shè)控制管理程序的管控策略對電池組的工作模式和所有單體鋰離子電池充放電工作條件進行管控和保護；步驟4. 3，所述電池組控制管理系統(tǒng)通過外部通訊接口與外部控管系統(tǒng)建立管控指令和數(shù)據(jù)通訊，外部調(diào)用接口協(xié)議可以是SBS、CAN或自定義的接口通訊協(xié)議；所述的外部通訊接口可以是SBS、CAN或自定義的外部數(shù)據(jù)通訊接口。
6.一種使用權(quán)利要求1所述的鋰離子動力電池組的充電方法的鋰離子動力電池組系統(tǒng)，其特征在于，所述鋰離子動力電池組系統(tǒng)包括若干基本電池單元串聯(lián)或混聯(lián)構(gòu)成的電池模組、電池組控制管理系統(tǒng)、電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)、電池組結(jié)構(gòu)支架、殼體和散熱冷卻系統(tǒng)，所述散熱冷卻系統(tǒng)及電池組控制管理系統(tǒng)安裝在電池組結(jié)構(gòu)支架上，所述電池模組和電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)可以組合為可拆卸式插件結(jié)構(gòu)安裝在所述電池組結(jié)構(gòu)支架上，也可以將電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)安裝在所述電池組結(jié)構(gòu)支架上，將電池模組組合為可拆卸式插件結(jié)構(gòu)安裝在所述電池組結(jié)構(gòu)支架上。
7.如權(quán)利要求6所述的鋰離子動力電池組系統(tǒng)，其特征在于，所述基本電池單元包括 單體鋰離子電池、獨立充放電管控單元的各電子電路系統(tǒng)組成的PCB、安裝和散熱結(jié)構(gòu)支架，并在結(jié)構(gòu)上組合裝配在一起，通過結(jié)構(gòu)框架的定位支架和接口，安裝在鋰離子動力電池組內(nèi)，所述單體鋰離子電池和獨立充放電管控單元，在結(jié)構(gòu)上可封裝在一起，也可以分開。
8.如權(quán)利要求6所述的鋰離子動力電池組系統(tǒng)，其特征在于，所述直接交流勵磁一次繞組適配輸入的交流電源包括交流市電、工業(yè)動力交流電、各類交流發(fā)電機發(fā)出的交流電、各類電子系統(tǒng)發(fā)出的交流電。
9.如權(quán)利要求6所述的鋰離子動力電池組系統(tǒng)，其特征在于，所述鋰離子動力電池組系統(tǒng)的電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)的配置模式，可采取每個串聯(lián)模組單獨配置一個電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)，也可以采取多個串聯(lián)模組共用一個電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)的模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子動力電池組的充電方法及使用該方法的鋰離子動力電池組系統(tǒng)，該方法包括步驟1，構(gòu)成基本電池單元；步驟2，構(gòu)成電池模組；步驟3，設(shè)置電磁變壓器充電電能配置系統(tǒng)，分別給電池模組各層級基本電池單元提供均衡的充電電壓；步驟4，通過電池組控制管理系統(tǒng)與各基本電池單元的獨立充放電管控單元組網(wǎng)，實現(xiàn)電池組的充放電控制管理，并對所有單體鋰離子電池的充放電工作條件進行管控和保護。本發(fā)明鋰離子動力電池組系統(tǒng)，降低了基本電池單元整流和穩(wěn)壓電路器件承受的工作電壓，從而降低了電池組系統(tǒng)的成本，并為各種交直流充電電源的引用和兼容性適配提供良好的技術(shù)途徑，尤其適合大數(shù)量單體鋰離子電池成組、大容量、高電壓輸出的鋰離子動力電池組系統(tǒng)。
文檔編號H01M10/058GK102364745SQ201110338008
公開日2012年2月29日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者李松, 李鶴 申請人:李松, 李鶴