本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池均衡模塊。

背景技術(shù)：

目前，大多數(shù)電動汽車企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)均采用鋰離子電池組作為其動力電池，而大功率的電動汽車所使用的鋰離子電池組是由多節(jié)單體鋰離子電池串并聯(lián)組成，以獲得較高的輸出電壓。但是，鋰離子電池組和單體鋰離子電池這二者在使用上是有很大區(qū)別的，在電池組中，各單體鋰離子電池在生產(chǎn)制造中必然存在個(gè)體差異，在使用中老化程度也不同，隨著充放電次數(shù)的增加以及時(shí)間的積累，這種差異將被累積甚至擴(kuò)大，導(dǎo)致整個(gè)電池組的性能大打折扣或電池組壽命嚴(yán)重縮短。

現(xiàn)有的充電方式一般采用對鋰離子電池組整體充電，這種充電方式結(jié)構(gòu)簡單，同時(shí)能簡化電流采樣電路，便于鋰離子電池組soc估算，但缺點(diǎn)同樣較為明顯。此充電方式不能保證所有單體電池均完全充滿電，這就造成了鋰離子電池組單體電池容量上的差異，從而導(dǎo)致整個(gè)電池組的性能大打折扣。

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，也無法組成多級鋰離子電池組，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應(yīng)的電感(或電容)上轉(zhuǎn)移，再由電感(或電容)儲存的能量轉(zhuǎn)移到低電量的鋰電池上，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池組均衡充電。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/電壓的多級鋰離子電池組。

對于不帶均衡功能的鋰電池組進(jìn)行充電時(shí)，鋰離子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，鋰離子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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池均衡模塊，通過以均衡蓄電池作為能量載體與鋰離子電池并聯(lián)，無需關(guān)聯(lián)soc估算系統(tǒng)，即可達(dá)到充放電過程中各基本電池單元之間電壓均衡的目的，不僅提高有效容量，而且增加鋰離子電池的使用壽命，降低成本。

本發(fā)明提供一種鋰離子電池均衡模塊，包括至少兩個(gè)基本電池單元；

各個(gè)所述基本電池單元串聯(lián)使用；

所述基本電池單元包括至少兩個(gè)串聯(lián)的鋰離子電池和與所述鋰離子電池并聯(lián)的均衡蓄電池；

充電時(shí)，對各個(gè)所述基本電池單元同時(shí)進(jìn)行充電，在接近預(yù)設(shè)最高電壓值時(shí)，通過所述均衡蓄電池充電末期電壓恒定特性，消耗掉多余電量，抑制所述鋰離子電池在充電末期電壓快速上降，均衡各個(gè)所述基本電池單元之間的電壓；

放電時(shí)，對所述鋰離子電池和所述均衡蓄電池同時(shí)進(jìn)行放電，在接近預(yù)設(shè)最低電壓值時(shí)，利用所述均衡蓄電池對所述鋰離子電池進(jìn)行分流，抑制所述鋰離子電池在放電末期電壓快速下降，均衡各個(gè)所述基本電池單元之間的電壓。

作為一種可實(shí)施方式，所述均衡蓄電池為水性蓄電池。

作為一種可實(shí)施方式，所述水性蓄電池為鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池、鋅鎳蓄電池中的一種。

作為一種可實(shí)施方式，所述基本電池單元中所述鋰離子電池的數(shù)量為2個(gè)、3個(gè)或者4個(gè)。

作為一種可實(shí)施方式，所述均衡蓄電池與所述鋰離子電池的容量比為1:5～1:20。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明通過以水性蓄電池作為能量載體與鋰離子電池并聯(lián)，無需關(guān)聯(lián)soc估算系統(tǒng)，即可達(dá)到充放電過程中各基本電池單元之間電壓均衡的目的；在充放電末期，鋰離子電池中電流分擔(dān)電流逐漸減小，通過水性蓄電池副反應(yīng)(析氧和氧復(fù)合反應(yīng))消耗掉多余電量，從而使得各鋰離子電池都能夠達(dá)到要求充電電壓，提高系統(tǒng)的安全性能。在充放電過程中進(jìn)行各個(gè)基本電池單元之間的電壓均衡，不斷地均衡各個(gè)基本電池單元之間的充放電量，不僅提高有效容量，而且增加鋰離子電池的使用壽命，降低成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的鋰離子電池均衡模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、基本電池單元；11、鋰離子電池；12、均衡蓄電池。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。

請參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例一提供的鋰離子電池均衡模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖，包括至少兩個(gè)基本電池單元1，各個(gè)基本電池單元1串聯(lián)使用；基本電池單元1包括至少兩個(gè)串聯(lián)的鋰離子電池11和與鋰離子電池11并聯(lián)的均衡蓄電池12；

在這里需要說明的是均衡蓄電池12為水性蓄電池?？梢允倾U酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池、鋅鎳蓄電池等水性蓄電池中的任意一種。利用水性蓄電池在充放電末端電壓恒定的特性，把水性蓄電池并聯(lián)于鋰離子電池11兩端。

充電時(shí)，對各個(gè)基本電池單元1同時(shí)進(jìn)行充電，在接近預(yù)設(shè)最高電壓值時(shí)，通過均衡蓄電池12充電末期電壓恒定特性，消耗掉多余電量，抑制鋰離子電池11在充電末期電壓快速上降，均衡各個(gè)基本電池單元1之間的電壓；

放電時(shí)，對鋰離子電池11和均衡蓄電池12同時(shí)進(jìn)行放電，在接近預(yù)設(shè)最低電壓值時(shí)，利用均衡蓄電池12對鋰離子電池11進(jìn)行分流，抑制鋰離子電池11在放電末期電壓快速下降，均衡各個(gè)基本電池單元1之間的電壓。

下面來詳細(xì)說明均衡蓄電池12在充放電中的均衡作用：

由于鋰離子電池11在充放電末期，電池電壓急劇升高或降低，如果在基本電池單元1中的各鋰離子電池11的一致性差，容易導(dǎo)致單個(gè)鋰離子電池11達(dá)到保護(hù)電壓值即達(dá)到預(yù)設(shè)電壓值，引起整個(gè)模塊停止工作；在鋰離子電池11兩端并聯(lián)均衡蓄電池12后，由于水性蓄電池充放電末期電壓恒定，并聯(lián)后會使鋰離子電池11的充放電末期電壓趨于恒定，不會存在單個(gè)鋰離子電池11電壓驟升或降低的問題。在充電末期，鋰離子電池11的電流分擔(dān)電流逐漸減小，通過水性蓄電池副反應(yīng)(析氧和氧復(fù)合反應(yīng))消耗掉多余電量。在放電末期，鋰離子電池11的電流分擔(dān)電流逐漸減小，利用均衡蓄電池12對鋰離子電池11進(jìn)行分流，抑制鋰離子電池11在放電末期電壓快速下降，均衡各個(gè)基本電池單元1之間的電壓。

綜上所述，通過以水性蓄電池作為能量載體與鋰離子電池11并聯(lián)，無需關(guān)聯(lián)soc估算系統(tǒng)，即可達(dá)到充放電過程中各基本電池單元1之間電壓均衡的目的，提高系統(tǒng)的安全性能。在充放電過程中進(jìn)行各個(gè)基本電池單元1之間的電壓均衡，不斷地均衡各個(gè)基本電池單元1之間的充放電量，有更好的均衡效果，而且增加鋰離子電池11的使用壽命，降低成本。

基本電池單元中鋰離子電池11的數(shù)量為2個(gè)、3個(gè)或者4個(gè)組成最小的鋰離子電池11；均衡蓄電池12與鋰離子電池11的容量比為1:5～1:20。例如，鋰離子電池11是容量為160ah均衡蓄電池12的選擇范圍就為8ah和32ah之間。這樣的比例選擇，能有效簡化鋰離子電池11均衡模塊的。

下面舉兩個(gè)具體實(shí)施例用以說明本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用效果：

實(shí)施例二：

本實(shí)施例二由8個(gè)基本電池單元1串聯(lián)構(gòu)成的一個(gè)48v鋰離子電池11均衡模塊，每個(gè)基本電池單元1包括鋰離子電池11和與鋰離子電池11并聯(lián)的均衡蓄電池12；鋰離子電池11為兩只額定容量為80ah磷酸鐵鋰電芯串聯(lián)而成，均衡蓄電池12為3只2v10ah閥控式鉛酸蓄電池串聯(lián)而成。

以0.25c電流對鋰離子電池11均衡模塊進(jìn)行充電至58.4v(預(yù)設(shè)最高電壓值)，恒壓58.4v至電流小于0.05c截止(各鋰離子電池11電壓大于3.75v截止充電)，以1c電流放電至40v((預(yù)設(shè)最低電壓值，各鋰離子電池11電壓小于2.4v截止放電)，進(jìn)行充放電循環(huán)10次，循環(huán)結(jié)果如下表所示。下表中還包含本實(shí)施例二中去除均衡蓄電池12后進(jìn)行充放電循環(huán)的結(jié)果。

從上表可以看到，實(shí)施例二在充放電末期各基本電池單元1之間的最大電壓差分別為10mv和5mv，較于去除均衡蓄電池12的電池組模塊減小了50％和72％；同時(shí)，充入容量也從82.4ah提高到了84.5ah；

實(shí)施例三：

本實(shí)施例三由2個(gè)基本電池單元1串聯(lián)構(gòu)成的一個(gè)12v鋰離子電池11均衡模塊，每個(gè)基本電池單元1包括鋰離子電池11和與鋰離子電池11并聯(lián)的均衡蓄電池12；鋰離子電池11為兩只額定容量為80ah磷酸鐵鋰電芯串聯(lián)而成，均衡蓄電池12為5只1.2v10ah鎳氫蓄電池串聯(lián)而成。

以0.25c電流對鋰離子電池11均衡模塊進(jìn)行充電至14.6v(預(yù)設(shè)最高電壓值)，恒壓14.6v至電流小于0.05c截止，以1c電流放電至10v(預(yù)設(shè)最低電壓值)，進(jìn)行充放電循環(huán)10次，循環(huán)結(jié)果如下表所示。下表中還包含本實(shí)施例三中去除均衡蓄電池12后進(jìn)行充放電循環(huán)的結(jié)果。

從上表可以看到，實(shí)施例三在充放電末期各基本電池單元1之間的最大電壓差分別為8mv和7mv，較于純鐵鋰電池組減小了57％和70％；同時(shí)，充入容量也從83.3ah提高到了85.7ah。

綜上所述，本發(fā)明在充放電過程中進(jìn)行各個(gè)基本電池單元1之間的電壓均衡，不斷地均衡各個(gè)基本電池單元1之間的充放電量，不僅提高有效容量，而且增加鋰離子電池11的使用壽命，降低成本。

本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。