锂离子动力电池组的充电方法及使用该方法的锂离子动力电池组系统技术方案

本发明专利技术涉及一种锂离子动力电池组的充电方法及使用该方法的锂离子动力电池组系统，该方法包括：步骤１，构成基本电池单元；步骤２，构成电池模组；步骤３，设置电磁变压器充电电能配置系统，分别给电池模组各层级基本电池单元提供均衡的充电电压；步骤４，通过电池组控制管理系统与各基本电池单元的独立充放电管控单元组网，实现电池组的充放电控制管理，并对所有单体锂离子电池的充放电工作条件进行管控和保护。本发明专利技术锂离子动力电池组系统，降低了基本电池单元整流和稳压电路器件承受的工作电压，从而降低了电池组系统的成本，并为各种交直流充电电源的引用和兼容性适配提供良好的技术途径，尤其适合大数量单体锂离子电池成组、大容量、高电压输出的锂离子动力电池组系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子动力电池组的充电方法及使用该方法的锂离子动 力电池组系统，尤其涉及一种采用电磁变压器均衡配置充电的锂离子动力电 池组的充电方法及使用该方法的锂离子动力电池组系统。
技术介绍
在许多大功率二次电池应用
，对于二次电池的高倍率放电性 能、高倍率充电性能、高输出电压、高荷电容量等技术需求，单体二次电池 技术是无法满足的。因而，需要将单体电池通过串联、并联或混合连接构成 二次电池模组，满足高功率电伺服应用
对二次电源的高荷电容量、 高电压和大电流输出等技术需求。随着锂离子电池技术和相关配套技术的飞速发展，在现有二次电池技术 中，锂离子电池技术与其它二次电池技术相比较，在单体电池电压、重量比 能量、体积比能量、放电特性、充电特性、荷电保持、记忆效应、环保性、 安全性、充/放循环寿命、工作温度范围等二次电池主要技术性能方面综合 比较，锂离子电池技术已具有明显优势。在现有锂离子电池技术条件下，因其技术机理的制约，锂离子电池对过 充和过放的过载承受能力较低，且在高温下的工作特性较差。若充放电管控 失当，不但会造成单体锂离子电池的不可逆损伤，甚至会产生爆炸等恶性后 果。实践证明，仅仅把单体锂离子电池荷电容量简单做大，不但具有较大的 工艺难度，且单体锂离子电池的输出电压，不能满足几乎所有大功率二次电 池应用
对高输出电压的需求。因而，高输出电压、大荷电容量的锂 离子二次电源，只能通过串联型或混联型锂离子电池模组方式来实现。在现有锂离子电池制工程技术条件下，量产单体锂离子电池的荷电容量 必然存在一定的一致性差异。由存在一致性差异的单体锂离子电池串联构成电池组时，若充放电均衡控制管理处置不当，则会在串联回路的充放电过 程，造成部分单体电池过充电或过放电。且随着电池组的老化进程，过充或 过放现象均会促使部分单体电池的材料瑕疵、制工程工艺差异所致一致性差 异放大显性，加速部分单体电池的老化和循环工作寿命条件分化，最终会因 部分单体电池产生不可逆损伤而导致电池组快速失效。因而，单体锂离子电 池构成电池组时，必须采取所有单体锂离子电池独立充电控制管理，并采取 有效的超倍率放电保护、极端短路保护、电压反极保护、超高温度保护、素 质估测与管控策略调整等技术措施。大容量锂离子动力电池组几乎都要求具有较高的输出电压，为此，锂离 子动力电池组必须通过单体锂离子电池串联来满足对动力电池组的高输出电 压要求，而单体锂离子电池通过串联得到所有串联单体电池输出电压的累加 和后，却产生了要使所有参与串联的单体电池能有效实施充电管控，充电电 压要求高于所有串联单体电池的充电截止电压累加和。但在动力电池组充电 截止电压己高于市电，以及一些要求以换能方式产生的低电压电能对动力电 池组有效充电时，则必须将充电电压提升至高于电池组充电截止电压后充 电。目前动力电池组管理系统广泛采用的升压办法是，采用大功率电力半导 体器件逆变升压后，以并行供电方式向所有单体电池充电控制管理系统提供 充电电能。由此产生了大功率电力半导体逆变器件必须具有较高的允许工作 电压，并且所有单体电池充电控制管理单元的相关器件也必须具有较高的允 许工作电压。在现有半导体器件技术条件下，同一型号或同类型半导体器件 的成本主要取决于其允许工作电压，且半导体器件的成本上升比率超过其允 许工作电压的上升比率。因而，有效降低大功率电力半导体逆变器件和单体 电池充电控制管理单元相关器件的工作电压，直接关系到锂离子动力电池组 控制管理系统的成本。二次电源应用市场对锂离子动力电池组的期待已经很成熟，解决单体锂 离子电池通过串联、并联或混合连接构成锂离子动力电池组的技术问题，无 疑会给锂离子动力电池组在混合动力汽车、纯电动汽车、电动摩托车和自行 车、电动工具、电力系统、铁路系统、通信工程系统等二次电源应用领域的 引用创造基础技术条件，而锂离子动力电池组在这些领域的应用，亦会因二 次电源系统的技术进步而提升这些领域的应用系统技术性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子动力电池组的充电方法及使用该方法 的锂离子动力电池组系统，通过对所有单体锂离子电池的独立充放电管控和 电池组系统的智能管控，实现电池组的充放电控制管理，并对所有单体锂离 子电池的充放电工作条件实施管控和保护；且通过电磁变压器多级自举充电 电压均衡配置技术，降低了基本电池组充电控制管理单元的工作电压，由此 降低了锂离子动力电池组系统的成本，并为各种交直流电源的充电引用和兼 容性适配提供了良好的技术途径。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种锂离子动力电池组的充电方法， 包括-步骤1，将单体锂离子电池接入独立充放电管控单元，构成基本电池单元；步骤2，将若干基本电池单元串联或混联，构成电池模组；步骤3，设置电磁变压器充电电能配置系统，通过电磁变压器的多级自 举二次绕组，将电磁感应电势分解为电压区段，分别给串联电池模组的各层 级基本电池单元提供均衡的充电电压；步骤4，通过电池组控制管理系统与各基本电池单元的独立充放电管控 单元组网，构成电池组内部分布式局域网控制管理系统，实现电池组的充放 电控制管理，并对所有单体锂离子电池的充放电工作条件进行管控和保护。步骤1中，所述基本电池单元包括单体锂离子电池、独立充放电管控 单元、安装和散热结构支架；所述的独立充放电管控单元包括单元管控 MCU及其外围电路、整流电路、充电电流和电压控制电路、充放电电压和充 电电流监测电路、反极强制放电保护电路、温度传感电路、串联组充电层级 隔离电路、内部局域网接口电路；所述单元管控MCU或配接的存储器中灌 装有充电参数管控程序、素质策略和数据库管控程序、组网管控程序。所述步骤2包括将若干基本电池单元串联，构成串联电池模组；将若 干串联电池模组并联，构成混联电池模组。步骤3中，所述电磁变压器充电电能配置系统包括电磁变压器、直流 逆变控制系统、交流输入控制系统、电磁感应检测系统；所述电磁变压器包 括软磁材料铁心、 一次绕组、二次绕组；所述电磁变压器一次绕组包括直流逆变励磁一次绕组、直接交流励磁一次绕组；所述电磁变压器的二次绕 组包括多级自举二次绕组、电磁感应检测二次绕组。所述步骤3包括步骤3.1,所述直流逆变控制系统，将外电路提交的不同电压幅值直流充电电能，逆变调控至设计规范的交流电能输入电磁变压器 的直流逆变励磁一次绕组，并通过电磁感应检测系统提交的检测数据调校逆变控制参数；所述交流输入控制系统，将输入的交流电能接入电磁变压器的 直接交流励磁一次绕组；步骤3.2，所述电磁变压器的多级自举二次绕组，将 电磁感应电势分解为与串联电池模组各层级相应的电压区段，分别给串联回 路的各层级基本电池单元提供均衡的充电电压；所述电磁变压器的电磁感应 检测二次绕组，为电磁感应检测系统提交电磁变压器系统控制的电磁感应检 测电势样本；步骤3.3，所述串联电池模组各串联层级的基本电池单元，分别 从电磁变压器的多级自举二次绕组的对应层级绕组获取充电电能，并按预设 充电管控程序向单体锂离子电池充电；步骤3.4，所述混联电池模组电磁变压 器配置模式，采取每个串联电池模组单独配置一个电磁变压器模式，或采取 多个串联电池模组共用一个电磁变压器的模式；在采取每个串联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子动力电池组的充电方法，其特征在于，包括：　步骤１，将单体锂离子电池接入独立充放电管控单元，构成基本电池单元；　步骤２，将若干基本电池单元串联或混联，构成电池模组；　步骤３，设置电磁变压器充电电能配置系统，通过电磁 变压器的多级自举二次绕组，将电磁感应电势分解为电压区段，分别给串联电池模组的各层级基本电池单元提供均衡的充电电压；　步骤４，通过电池组控制管理系统与各基本电池单元的独立充放电管控单元组网，构成电池组内部分布式局域网控制管理系统，实现电 池组的充放电控制管理，并对所有单体锂离子电池的充放电工作条件进行管控和保护。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李松，李鹤，
申请(专利权)人：李松，李鹤，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]