锂离子电池均衡模块的制作方法

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池均衡模块。

背景技术：

目前，大多数电动汽车企业和研究机构均采用锂离子电池组作为其动力电池，而大功率的电动汽车所使用的锂离子电池组是由多节单体锂离子电池串并联组成，以获得较高的输出电压。但是，锂离子电池组和单体锂离子电池这二者在使用上是有很大区别的，在电池组中，各单体锂离子电池在生产制造中必然存在个体差异，在使用中老化程度也不同，随着充放电次数的增加以及时间的积累，这种差异将被累积甚至扩大，导致整个电池组的性能大打折扣或电池组寿命严重缩短。

现有的充电方式一般采用对锂离子电池组整体充电，这种充电方式结构简单，同时能简化电流采样电路，便于锂离子电池组soc估算，但缺点同样较为明显。此充电方式不能保证所有单体电池均完全充满电，这就造成了锂离子电池组单体电池容量上的差异，从而导致整个电池组的性能大打折扣。

为解决上述问题，锂电池充电均衡技术应运而生，现有技术存在两类均衡方式：

能耗式均衡充电方式：

在充电过程中，通过并联的分流电阻消耗电压过高的锂电池的电量，实现放电均衡。这种方式只能在充电过程中实现均衡充电，缺点是只能实现单向的、在充电过程中的均衡，无法实现在放电过程中的均衡，而且浪费能源，同时会产生大量的热量，如果散热不畅，造成锂电池温度升高，内阻增加，将会导致锂电池爆炸。由于无法实现大电流分流，比如：为了避免电阻热量对锂电池的影响，分流通常选择100毫安，均衡效果不明显，而且分流控制复杂，也无法组成多级锂离子电池组，能耗式充电均衡仅在无安全性要求的领域应用，如：飞行航模电池组有应用，容量一般仅限于三级串联电池组。

非能耗均衡充电方式：

将锂电池两端连接到对应的电感(或电容)的两端，以电感(或电容)作为能量转移的载体，当某个锂电池上有多余的能量时，启动开关接通电感(或电容)，将多余的能量转移到电感(或电容)上，再将电感(或电容)上的能量向低电能的锂电池对应的电感(或电容)上转移，再由电感(或电容)储存的能量转移到低电量的锂电池上，实现锂离子电池组均衡充电。其缺点同样是只能实现单向的、在充电过程中的均衡，无法实现在放电过程中的均衡，而且控制系统复杂，能量因为多次转移而损耗，大体积的电感或电容元器件占用大量空间，因此无法实现大电流分流方式均衡，所以无法组成大容量、高输出电流/电压的多级锂离子电池组。

对于不带均衡功能的锂电池组进行充电时，锂离子电池组的充放电效率非常低，而且电池组串联越多，容量越大，充放电次数越多，电池组的整体效率越低，而且由于过充和过放的管理，锂离子电池组的整体寿命越低，所以，锂电池的不一致性是成组困难的原因。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种锂离子电池均衡模块，通过以均衡蓄电池作为能量载体与锂离子电池并联，无需关联soc估算系统，即可达到充放电过程中各基本电池单元之间电压均衡的目的，不仅提高有效容量，而且增加锂离子电池的使用寿命，降低成本。

本发明提供一种锂离子电池均衡模块，包括至少两个基本电池单元；

各个所述基本电池单元串联使用；

所述基本电池单元包括至少两个串联的锂离子电池和与所述锂离子电池并联的均衡蓄电池；

充电时，对各个所述基本电池单元同时进行充电，在接近预设最高电压值时，通过所述均衡蓄电池充电末期电压恒定特性，消耗掉多余电量，抑制所述锂离子电池在充电末期电压快速上降，均衡各个所述基本电池单元之间的电压；

放电时，对所述锂离子电池和所述均衡蓄电池同时进行放电，在接近预设最低电压值时，利用所述均衡蓄电池对所述锂离子电池进行分流，抑制所述锂离子电池在放电末期电压快速下降，均衡各个所述基本电池单元之间的电压。

作为一种可实施方式，所述均衡蓄电池为水性蓄电池。

作为一种可实施方式，所述水性蓄电池为铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锌镍蓄电池中的一种。

作为一种可实施方式，所述基本电池单元中所述锂离子电池的数量为2个、3个或者4个。

作为一种可实施方式，所述均衡蓄电池与所述锂离子电池的容量比为1:5～1:20。

与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：

本发明通过以水性蓄电池作为能量载体与锂离子电池并联，无需关联soc估算系统，即可达到充放电过程中各基本电池单元之间电压均衡的目的；在充放电末期，锂离子电池中电流分担电流逐渐减小，通过水性蓄电池副反应(析氧和氧复合反应)消耗掉多余电量，从而使得各锂离子电池都能够达到要求充电电压，提高系统的安全性能。在充放电过程中进行各个基本电池单元之间的电压均衡，不断地均衡各个基本电池单元之间的充放电量，不仅提高有效容量，而且增加锂离子电池的使用寿命，降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的锂离子电池均衡模块的电路结构示意图。

图中：1、基本电池单元；11、锂离子电池；12、均衡蓄电池。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

请参阅图1，本发明实施例一提供的锂离子电池均衡模块的电路结构示意图，包括至少两个基本电池单元1，各个基本电池单元1串联使用；基本电池单元1包括至少两个串联的锂离子电池11和与锂离子电池11并联的均衡蓄电池12；

在这里需要说明的是均衡蓄电池12为水性蓄电池。可以是铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锌镍蓄电池等水性蓄电池中的任意一种。利用水性蓄电池在充放电末端电压恒定的特性，把水性蓄电池并联于锂离子电池11两端。

充电时，对各个基本电池单元1同时进行充电，在接近预设最高电压值时，通过均衡蓄电池12充电末期电压恒定特性，消耗掉多余电量，抑制锂离子电池11在充电末期电压快速上降，均衡各个基本电池单元1之间的电压；

放电时，对锂离子电池11和均衡蓄电池12同时进行放电，在接近预设最低电压值时，利用均衡蓄电池12对锂离子电池11进行分流，抑制锂离子电池11在放电末期电压快速下降，均衡各个基本电池单元1之间的电压。

下面来详细说明均衡蓄电池12在充放电中的均衡作用：

由于锂离子电池11在充放电末期，电池电压急剧升高或降低，如果在基本电池单元1中的各锂离子电池11的一致性差，容易导致单个锂离子电池11达到保护电压值即达到预设电压值，引起整个模块停止工作；在锂离子电池11两端并联均衡蓄电池12后，由于水性蓄电池充放电末期电压恒定，并联后会使锂离子电池11的充放电末期电压趋于恒定，不会存在单个锂离子电池11电压骤升或降低的问题。在充电末期，锂离子电池11的电流分担电流逐渐减小，通过水性蓄电池副反应(析氧和氧复合反应)消耗掉多余电量。在放电末期，锂离子电池11的电流分担电流逐渐减小，利用均衡蓄电池12对锂离子电池11进行分流，抑制锂离子电池11在放电末期电压快速下降，均衡各个基本电池单元1之间的电压。

综上所述，通过以水性蓄电池作为能量载体与锂离子电池11并联，无需关联soc估算系统，即可达到充放电过程中各基本电池单元1之间电压均衡的目的，提高系统的安全性能。在充放电过程中进行各个基本电池单元1之间的电压均衡，不断地均衡各个基本电池单元1之间的充放电量，有更好的均衡效果，而且增加锂离子电池11的使用寿命，降低成本。

基本电池单元中锂离子电池11的数量为2个、3个或者4个组成最小的锂离子电池11；均衡蓄电池12与锂离子电池11的容量比为1:5～1:20。例如，锂离子电池11是容量为160ah均衡蓄电池12的选择范围就为8ah和32ah之间。这样的比例选择，能有效简化锂离子电池11均衡模块的。

下面举两个具体实施例用以说明本发明的实际应用效果：

实施例二：

本实施例二由8个基本电池单元1串联构成的一个48v锂离子电池11均衡模块，每个基本电池单元1包括锂离子电池11和与锂离子电池11并联的均衡蓄电池12；锂离子电池11为两只额定容量为80ah磷酸铁锂电芯串联而成，均衡蓄电池12为3只2v10ah阀控式铅酸蓄电池串联而成。

以0.25c电流对锂离子电池11均衡模块进行充电至58.4v(预设最高电压值)，恒压58.4v至电流小于0.05c截止(各锂离子电池11电压大于3.75v截止充电)，以1c电流放电至40v((预设最低电压值，各锂离子电池11电压小于2.4v截止放电)，进行充放电循环10次，循环结果如下表所示。下表中还包含本实施例二中去除均衡蓄电池12后进行充放电循环的结果。

从上表可以看到，实施例二在充放电末期各基本电池单元1之间的最大电压差分别为10mv和5mv，较于去除均衡蓄电池12的电池组模块减小了50％和72％；同时，充入容量也从82.4ah提高到了84.5ah；

实施例三：

本实施例三由2个基本电池单元1串联构成的一个12v锂离子电池11均衡模块，每个基本电池单元1包括锂离子电池11和与锂离子电池11并联的均衡蓄电池12；锂离子电池11为两只额定容量为80ah磷酸铁锂电芯串联而成，均衡蓄电池12为5只1.2v10ah镍氢蓄电池串联而成。

以0.25c电流对锂离子电池11均衡模块进行充电至14.6v(预设最高电压值)，恒压14.6v至电流小于0.05c截止，以1c电流放电至10v(预设最低电压值)，进行充放电循环10次，循环结果如下表所示。下表中还包含本实施例三中去除均衡蓄电池12后进行充放电循环的结果。

从上表可以看到，实施例三在充放电末期各基本电池单元1之间的最大电压差分别为8mv和7mv，较于纯铁锂电池组减小了57％和70％；同时，充入容量也从83.3ah提高到了85.7ah。

综上所述，本发明在充放电过程中进行各个基本电池单元1之间的电压均衡，不断地均衡各个基本电池单元1之间的充放电量，不仅提高有效容量，而且增加锂离子电池11的使用寿命，降低成本。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。