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的制作方法

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的制作方法
技術領域：
本發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，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。
背景技術：
在許多大功率二次電池應用技術領域，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、高荷電容量等技術需求，單體二次電池 技術是無法滿足的。因而，需要將單體電池通過串聯、并聯或混合連接構成 二次電池模組，滿足高功率電伺服應用技術領域對二次電源的高荷電容量、 高電壓和大電流輸出等技術需求。
隨著鋰離子電池技術和相關配套技術的飛速發展，在現有二次電池技術 中，鋰離子電池技術與其它二次電池技術相比較，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、環保性、 安全性、充/放循環壽命、工作溫度范圍等二次電池主要技術性能方面綜合 比較，鋰離子電池技術已具有明顯優勢。
在現有鋰離子電池技術條件下，因其技術機理的制約，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 池應用技術領域對高輸出電壓的需求。因而，高輸出電壓、大荷電容量的鋰 離子二次電源，只能通過串聯型或混聯型鋰離子電池模組方式來實現。
在現有鋰離子電池制工程技術條件下，量產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構成電池組時，若充放電均衡控制管理處置不當，則會在串聯回路的充放電過 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工作壽命條件分化，最終會因 部分單體電池產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 質估測與管控策略調整等技術措施。
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得到所有串聯單體電池輸出電壓的累加 和后，卻產生了要使所有參與串聯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 截止電壓己高于市電，以及一些要求以換能方式產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 體器件逆變升壓后，以并行供電方式向所有單體電池充電控制管理系統提供 充電電能。由此產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器件也必須具有較高的允 許工作電壓。在現有半導體器件技術條件下，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器件的工作電壓，直接關系到鋰離子動力電池組 控制管理系統的成本。
二次電源應用市場對鋰離子動力電池組的期待已經很成熟，解決單體鋰 離子電池通過串聯、并聯或混合連接構成鋰離子動力電池組的技術問題，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、鐵路系統、通信工程系統等二次電源應用領域的 引用創造基礎技術條件，而鋰離子動力電池組在這些領域的應用，亦會因二 次電源系統的技術進步而提升這些領域的應用系統技術性能。

發明內容
本發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，通過對所有單體鋰離子電池的獨立充放電管控和 電池組系統的智能管控，實現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，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途徑。
為了實現上述目的，本發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，構成基本電池單
元；
步驟2，將若干基本電池單元串聯或混聯，構成電池模組；
步驟3，設置電磁變壓器充電電能配置系統，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段，分別給串聯電池模組的各層 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與各基本電池單元的獨立充放電管控 單元組網，構成電池組內部分布式局域網控制管理系統，實現電池組的充放 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、安裝和散熱結構支架；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 電電流監測電路、反極強制放電保護電路、溫度傳感電路、串聯組充電層級 隔離電路、內部局域網接口電路；所述單元管控MCU或配接的存儲器中灌 裝有充電參數管控程序、素質策略和數據庫管控程序、組網管控程序。
所述步驟2包括將若干基本電池單元串聯，構成串聯電池模組；將若 干串聯電池模組并聯，構成混聯電池模組。
步驟3中，所述電磁變壓器充電電能配置系統包括電磁變壓器、直流 逆變控制系統、交流輸入控制系統、電磁感應檢測系統；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。
所述步驟3包括步驟3.1,所述直流逆變控制系統，將外電路提交的不
同電壓幅值直流充電電能，逆變調控至設計規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提交的檢測數據調校逆
變控制參數；所述交流輸入控制系統，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電池模組各層級相應的電壓區段，分別給串聯回 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提交電磁變壓器系統控制的電磁感應檢 測電勢樣本；步驟3.3，所述串聯電池模組各串聯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 充電管控程序向單體鋰離子電池充電；步驟3.4，所述混聯電池模組電磁變壓 器配置模式，采取每個串聯電池模組單獨配置一個電磁變壓器模式，或采取 多個串聯電池模組共用一個電磁變壓器的模式；在采取每個串聯電池模組單 獨配置一個電磁變壓器模式下，該串聯電池模組各串聯層級的基本電池單元 分別從該串聯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，并按預設充電管控程序向單體鋰離子電池充電；在采 取多個串聯電池模組共用一個電磁變壓器的模式下，各串聯電池模組的同層 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與各基本電池單元的獨 立充放電管控單元組網，構成電池組內部分布式局域網控制管理系統，所述 電池組控制管理系統包括中央處理器系統、電流和電壓及溫度傳感系統、 電力電子控制系統、顯示與操控系統、外部通訊接口系統，所述電池組中央 管控處理器系統或配接的存儲器件中灌裝有電池組充放電管控程序、系統編 程信息和基礎數據庫程序、組網策略和節點管控程序、外部調用函數和管控 程序；步驟4.2，所述電池組控制管理系統與各基本電池單元的獨立充放電管 控單元，通過電池組內部局域網建立管控指令和數據通訊，實現以預設控制
8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通過外部通訊接口 與外部控管系統建立管控指令和數據通訊，外部調用接口協議可以是SBS、 CAN等其它或自定義的接口通訊協議；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據通訊接口 。
本發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，包括若干基本電池單元串聯或混聯構成的電池模組、電池組控制 管理系統、電磁變壓器充電電能配置系統、電池組結構支架、殼體和散熱冷 卻系統，所述散熱冷卻系統及電池組控制管理系統安裝在殼體內的電池組結 構支架上，所述電池模組和電磁變壓器充電電能配置系統可以組合為可拆卸 式插件結構安裝在所述電池組結構支架上，也可以將電磁變壓器充電電能配 置系統安裝在所述電池組結構支架上，將電池模組組合為可拆卸式插件結構 安裝在所述電池組結構支架上。
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各電子 電路系統組成的PCB、安裝和散熱結構支架，并在結構上組合裝配在一起， 通過結構框架的定位支架和接口，安裝在鋰離子動力電池組內，所述單體鋰 離子電池和獨立充放電管控單元，在結構上可封裝在一起，也可以分開。
所述直接交流勵磁繞組適配輸入的交流電源包括交流市電、工業動力 交流電、各類交流發電機發出的交流電、各類電子系統發出的交流電。
所述鋰離子動力電池組系統的電磁變壓器充電電能配置系統的配置模 式，可采取每個串聯模組單獨配置一個電磁變壓器充電電能配置系統，也可 以采取多個串聯模組共用 一個電磁變壓器充電電能配置系統的模式。
本發明的有益效果本發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，采用電磁變壓器充電電能配置系統的自舉串聯層 級電壓配置技術，可向串聯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 電電壓的基礎上控制在相對較小的幅值范圍內，由此降低了基本電池單元整 流和穩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途徑，尤其 適合大數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。
為了能更進一步了解本發明的特征以及技術內容，請參閱以下有關本發 明的詳細說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發明加 以限制。


下面結合附圖，通過對本發明的具體實施方式
詳細描述，將使本發明的 技術方案及其他有益效果顯而易見。
圖1為本發明鋰離子動力電池組的充電方法流程示意圖2為本發明鋰離子動力電池組系統的基本電池單元電原理示意框圖3為圖2的實體結構示意圖4為本發明電磁變壓器充電電能配置系統電原理示意框圖5為本發明第一實施例的串聯型鋰離子動力電池組系統電原理示意框
圖6a-6c為圖5的實體結構示意圖7為本發明第二實施例的混聯型鋰離子動力電池組系統電原理示意框
圖8a-8d為圖7的實體結構示意圖9為本發明第三實施例的混聯型鋰離子動力電池組系統電原理示意框
圖10a-10f為圖9的實體結構示意圖。 脈雄就
為更進一步闡述本發明為實現預定目的所采取的技術手段及功效，請參 閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，相信本發明的目的、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 對本發明加以限制。
如圖1-10所示，本發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、安裝和散熱結構支架140和141構成；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測電路112、反極強制放電保護電路 121、溫度傳感電路123、串聯組充電層級隔離電路122、內部局域網接口電 路102構成；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組 成的PCB通過安裝和散熱結構支架140和141組合裝配在一起，構成基本電 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管控程 序、素質策略和數據庫管控程序、組網管控程序；獨立充放電管控單元按預 設充放電管控程序，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技術狀態符合充電條件時，自動啟動充電電流和電壓控制電路111，根據 單體鋰離子電池130的技術狀態，以預設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和循 環特性并更新數據庫，在各項受控參數達到管控臨界點時，通過電池組內部 局域網報送電池組控制管理系統；所述基本電池單元100放電工作過程單 體鋰離子電池130隨串聯電池模組放電，其放電電流強度等于串聯電池模組 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 的素質和循環特性并更新數據庫，在各項受控參數達到管控臨界點時通過電 池組內部局域網報送電池組控制管理系統。
步驟2，將若干基本電池單元100串聯或混聯，構成電池模組。該步驟2 包括將若干基本電池單元100串聯，構成串聯電池模組；將若干串聯電池 模組并聯，構成混聯電池模組。
步驟3,設置電磁變壓器充電電能配置系統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段，分別給串聯電池 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211、電磁感應檢測系統212構成；所述電磁變壓器系統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，逆變調控至設計規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212 提交的檢測數據調校逆變控制參數；所述交流輸入控制系統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 與串聯電池模組300 (520)各層級相應的電壓區段，分別給串聯回路的各層 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212提交電磁變壓器系統的電磁感應 檢測電勢樣本；步驟3.3，所述串聯電池模組300 (520)各串聯層級的基本 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電池模組300 (520)各層級 相應的電壓區段，分別輸入串聯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，所述混聯電池模組的電磁變壓器220配置模式，采 取每個串聯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 型鋰離子動力電池組系統400)，或采取多個串聯電池模組共用一個電磁變壓 器220的模式(第三實施例的混聯型鋰離子動力電池組系統500);在采取每 個串聯電池模組單獨配置一個電磁變壓器220模式下，該串聯電池模組各串 聯層級的基本電池單元100分別從該串聯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，并按預設充電 管控程序向單體鋰離子電池130充電；在采取多個串聯電池模組共用一個電 磁變壓器220的模式下，各串聯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，并分別按預設的充電管控程序向各自管控的單體鋰離子電池130充電。
12步驟4，通過電池組控制管理系統與各基本電池單元100的獨立充放電 管控單元組網，構成電池組內部分布式局域網控制管理系統，實現電池組的 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和基本電池單元100的獨立充放電 管控單元內置的預設策略管控程序，實現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測、實現電池組和單體離子電池 130的素質估測與管控策略調整，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策略的實時保護。鋰離子動力電 池組控制管理系統設置外部通訊管控接口 ，可與外部控制管理系統建立指令 和數據通訊，實現鋰離子動力電池組系統的充放電管控、參數報送和模式設 置等。該步驟4進一步包括步驟4.1，電池組控制管理系統與各基本電池單元 100的獨立充放電管控單元組網，構成電池組內部分布式局域網控制管理系 統，所述電池組控制管理系統由中央處理器系統、放電電流和電壓及溫度傳 感系統、放電電力電子控制電路、顯示與操控系統、外部通訊接口系統組 成，所述電池組中央管控處理器系統或配接的存儲器件中灌裝有電池組充放 電管控程序、系統編程信息和基礎數據庫管控程序、組網策略和節點管控程 序、外部調用函數和管控程序；步驟4.2，所述電池組控制管理系統與各基本 電池單元100的獨立充放電管控單元，通過電池組內部局域網建立管控指令 和數據通訊，實現以預設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 組控制管理系統通過外部通訊接口與外部控管系統建立管控指令和數據通 訊，外部調用接口協議可以是SBS、 CAN等其它或自定義的接口通訊協議； 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據通訊接 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控 制放電電力電子控制系統對外電路直接放電，在管控放電模式下，電池組控 制管理系統根據操控或通訊管控指令，控制放電電力電子控制系統執行放電 或關閉。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、工作溫度等預設技術條件下，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自動檢測外 電路電壓，當電池組處于放電狀態且外電路存在高于電池組放電電壓且電池 組技術狀態符合充電條件時，自動停止放電并切換至充電狀態，當電池組處 于放電停止狀態，且外電路存在高于設計規范最低充電電壓且電池組技術狀 態符合充電條件時，自動進入充電狀態。在管控充電模式下，電池組控制管 理系統根據操控或通訊充電管控指令，停止放電并切換至充電狀態。無論自 何種模式進入充電狀態，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為設計規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段，分別給串聯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210的電路模 式下，電池組系統可以實現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自動檢測交 流輸入端，在檢測到有符合設計規范的交流電能接入且電池組技術狀態符合 充電條件時，將交流電能經交流輸入控制系統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段，分別給串聯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、 工業動力交流電、各類交流發電機發出的交流電、各類電子系統發出的交流 電。
本發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，包括若干基本電池單元100串聯或混聯構成的電池模組、電池組 控制管理系統、電磁變壓器充電電能配置系統200、電池組結構支架、殼體 和散熱冷卻系統，所述散熱冷卻系統及電池組控制管理系統安裝在殼體內的 電池組結構支架上，所述電池模組和電磁變壓器充電電能配置系統200可以 組合為可拆卸式插件結構安裝在所述電池組結構支架上，也可以將電磁變壓器充電電能配置系統200安裝在所述電池組結構支架上，將電池模組組合為 可拆卸式插件結構安裝在所述電池組結構支架上。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，并出于對鋰離子動力電 池組系統的電氣性能、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實體結構如下
基本電池單元100系統實體結構如圖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、安裝和散熱結構支 架140和141，并在結構上組合裝配在一起，構成基本電池單元100實體結 構插件，所述單體鋰離子電池和獨立充放電管控單元，在結構上可封裝在一 起，也可以分開。
單組串聯型鋰離子動力電池組系統300實體結構如圖6所示包括串聯 電池模組、電磁變壓器充電電能配置系統200、電池組控制管理系統，串聯 電池模組的所有基本電池單元100組合為可拆卸式插件結構，并通過電池組 系統接口安裝在電池組系統結構支架上，電磁變壓器充電電能配置系統200 和電池組控制管理系統裝置在電池組系統結構支架上。
采取每個串聯電池模組單獨配置一個電磁變壓器充電電能配置系統模式 構成的混聯型鋰離子動力電池組系統400實體結構如圖8所示包括電池組 控制管理系統、若干串聯電池模組與電磁變壓器充電電能配置系統200組合 為可拆卸式結構插件，電池組控制管理系統裝置在電池組系統結構支架上， 各串聯電池模組與電磁變壓器充電電能配置系統200組合的可拆卸式結構插 件，通過電池組系統接口安裝在電池組系統結構支架上。
采取多個串聯模組共用一個電磁變壓器充電電能配置系統模式構成的混 聯型鋰離子動力電池組系統500實體結構如附圖IO所示包括若干串聯電池 模組520、電磁變壓器充電電能配置系統200、電池組控制管理系統，電池組 控制管理系統和電磁變壓器充電電能配置系統200裝置在電池組系統基礎結 構上，各串聯電池模組520為可拆卸式插件結構，并通過電池組系統接口安 裝在電池組系統結構支架上。
圖2為本發明鋰離子動力電池組系統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，由單體鋰離子電池130和獨立控制管理單元構成，所述的獨立控制管理單元包括單元管控MCU及其外圍電路llO、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測電路112、溫度傳感電路123、串聯組充電層級隔離電 路122、內部局域網接口 102，在該MCU或配接的存儲器中灌裝有充電參數 管控程序、素質策略和數據庫管控程序、組網管控程序。
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 電流經單體鋰離子電池130、串聯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構成放電 回路。二極管電路121構成反極強制放電保護電路，防止單體鋰離子電池 130過放電狀態的強制放電產生反極。充放電電壓和充電電流監測電路112 監測單體鋰離子電池130的放電電壓和充電電流狀態、溫度傳感器123監測 鋰離子電池130的放電工作溫度。
基本電池單元100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，經橋式整流 電路120轉換為直流。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監測鋰離子電池130的充電工作溫 度，充電電流經橋式整流電路120、充電電流和電壓控制電路111、充放電電 壓和充電電流監測電路112、單體鋰離子電池130至橋式整流電路120構成 充電回路。
基本電池單元100充放電管控策略主控制管理MCU電路110內置的 充放電管控程序，獨立執行該單元單體鋰離子電池130的各項預編程充放電 技術參數，并將充放電數據換算為循環周期參數存貯。主控制管理MCU電 路110預設管控參數包括單體鋰離子電池130的型號和充電規范等制造信 息，已循環次數和剩余壽命等實時素質信息。電池組中央控管系統均內置預 編程電池組充放電管控程序，并通過內部局域網接口電路102與基本電池單 元主控制管理MCU電路110建立管控指令與數據信息交互和工作模式管 控。圖3為本發明鋰離子動力電池組系統的基本電池單元插件實體結構示意
圖，基本電池單元100實體結構包括單體鋰離子電池130、獨立充放電管
控單元器件構成的pCB、安裝和散熱結構支架140和141，并在結構上組合 裝配在一起，構成基本電池單元插件。基本電池單元插件通過PCB印版的外 部充電交流電能輸入接口 104和105、電池組控制內部局域網接口 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。
圖4為本發明鋰離子動力電池組系統的電磁變壓器充電電能配置系統電 原理示意框圖，電磁變壓器充電電能配置系統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、檢測數據接口 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構成。在由多個基本電池單 元100串聯構成的電池組串聯回路中，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配置為設計規范的電壓區段，分 別給串聯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可根據電池組應用需求和交流電源技術條件，設計相應 的接入相數、變比和接法等，適配輸入包括交流市電、工業動力交流電、 各類交流發電機發出的交流電、各類電子系統發出的交流電等交流電源。
在輸入直流電能充電時，輸入的直流電能經直流逆變電路210轉換為設 計規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，經多級自舉二次繞組224分解 配置，向串聯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的繞組匝數比N224/N222。
在輸入交流電能充電時，輸入的交流電能經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，經多級自舉二次繞組224分解配置，向串聯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
17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 的繞組匝數比N224/N223 。
無論何種充電電源模式，Ul、 U2、 U3、…、Un分別為串聯模組第一 層、第二層、第三層、…、第n層的基本電池單元充電電勢。由于多級自舉 二次繞組224設計為N224-Nl+N2+N3…+Nn，且Nl=N2=N3= =Nn，因而 多級自舉二次繞組224為串聯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《Ul=U2=U3="=Un《10V已完全可滿足單體鋰離子電池充電管控技術需 求。因而，大幅降低了各基本電池單元整流和穩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的成本，尤其是構成電池模組的單體 鋰離子電池130數量越多、串聯模組層級越多，電池組系統的低成本優點就 越顯著。
圖5為本發明第一實施例的串聯型鋰離子動力電池組系統電原理框圖， 串聯型鋰離子動力電池組系統300，由電池組控制管理系統、電磁變壓器充 電電能配置系統200和串聯型電池模組構成。電池組控制管理系統，由電池 組中央處理器系統310、電池組放電電流和電壓及溫度傳感系統311、放電電 力電子控制系統312、反向阻斷電路314、顯示與操控系統319、內部局域網 接口電路302組成。串聯型電池模組，由若干基本電池單元100串聯組成。 電磁變壓器充電電能配置系統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。
串聯型鋰離子動力電池組系統300的放電工作原理串聯電池組系統 300內串聯的各基本電池單元100電勢累加形成串聯電勢，在串聯電池組正 極輸出端301和零電平端309間接入負載構成放電回路，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。串聯電池組系統 300放電時，放電電流經各層級基本電池單元100、放電電流和電壓及溫度傳 感系統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模組系統零電平端309構成放電回路。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的強制放電產生反極性，放電電壓監測電路112監測單 體鋰離子電池130的放電電壓狀態、溫度傳感器123監測單體鋰離子電池 130的放電工作溫度。
串聯型鋰離子動力電池組系統300的直流充電工作原理在電池組中央 處理器系統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 310通過外部管控通訊接口 302收到充電管控指令時，中央處理器系統310 控制放電電力電子控制系統312停止放電，通過端口 301接受外部直流充電 電能。外部直流充電電能通過端口 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310控制下，根據輸入的直流充電 電流和電壓值決定逆變控制參數，將輸入的不同電壓幅值的直流電能逆變為 設計規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 段，分別給串聯回路的各層級基本電池單元IOO提供充電電能。
串聯型鋰離子動力電池組系統300的外插交流充電工作原理采取外插 交流電能向串聯電池組系統300充電時，外插交流電能通過輸入端口 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 解為電壓區段，分別給串聯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電池組系統300充電時，串聯電池組系統300可 以在充電的同時進行放電。
圖6a-6c為圖5的實體結構示意圖，圖6a為圖5的實體結構外部特征示 意圖，電池組系統工作且需要冷卻時，冷卻空氣經濾清進氣口 320吸入電池 組，在與內部散熱結構熱交換后，經排氣口 321排出。串聯鋰離子動力電池 組系統300的顯示和操控系統319可顯示電池組工作狀態等參數，并可査詢 電池組剩余電量、剩余循環壽命、電池溫度、各單元硬件檢測結論等預設和 實時信息。圖6b為圖5的實體結構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構防止電極錯接。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 制管理系統信息交互。圖6c為圖5的實體結構內部特征示意圖，各基本電池單元插件100通過安裝和散熱結構支架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、電池組內部局域網 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 IOI接入電池組系統。
圖7為本發明第二實施例混聯型鋰離子動力電池組系統電原理框圖，本 實施例為采用每個串聯電池模組單獨配置一個電磁變壓器充電電能配置系 統200，構成混聯型鋰離子動力電池組系統400方案。
混聯型鋰離子動力電池組系統400，由電池組控制管理系統和混聯型電 池模組構成。電池組控制管理系統，由電池組中央處理器系統410、電池組 放電電流和電壓及溫度傳感系統411、放電電力電子控制系統412、反向阻斷 電路414、顯示與操控系統419、外部管控接口電路402組成。混聯型電池模 組，由若干個包含獨立配置電磁變壓器充電電能配置系統200的串聯電池模 組300并聯構成。
混聯型鋰離子動力電池組系統400的放電工作原理混聯電池組系統 400內并聯的各串聯電池組300，在混聯電池組正極輸出端401和零電平端 409間形成串聯電勢，忽略串聯電池模組不均勻性和管控器件壓降條件下， 混聯電池組系統400的輸出電勢等于各串聯電池組300的輸出電勢。在混聯 電池組正極輸出端401和零電平端409間接入負載構成放電回路，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。混聯電池 組系統400放電時，各串聯電池組300的輸出電流并聯匯集，總電流等于各 串聯電池組300的輸出電流之和。
混聯型鋰離子動力電池組系統400的直流充電工作原理在電池組中央 處理器系統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 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410控制 放電電力電子控制系統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，傳輸至各串聯電池 模組300，經端口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310控制下，根據輸入的直流充電電流和電壓值決定 逆變控制參數，將輸入的不同電壓幅值的直流電能逆變為設計規范的交流電 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段，分別給串聯回路 的各層級基本電池單元IOO提供均衡的充電電壓。
混聯型鋰離子動力電池組系統400的交流充電工作原理采取外插交流 電能向混聯電池組系統400充電時，外插交流電能經混聯電池組系統400的 交流輸入端口 404和405，輸入并行連接的各串聯電池組300交流輸入端口 304和305，通過各串聯電池組300的交流電能輸入控制電路211、送入各串 聯電池組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段，分別給 串聯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 電能向混聯電池組系統400充電時，混聯電池組系統400可以在充電的同時 進行放電。
圖8為圖7的實體結構示意圖，其中圖8a為圖7的實體結構外部特征示 意圖，電池組系統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構防止電極錯接。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 控制管理系統信息交互，所有接口系統采取自鎖裝置插入鎖緊。電池組系統 在400充放電工作且需要冷卻時，控制管理系統冷卻通道為冷卻空氣經濾 清進氣口 430和431吸入電池組，在與內部散熱結構熱交換后，經后部排氣 口 433排出(未圖示)。串聯電池模組系統冷卻通道為冷卻空氣經濾清進氣 口 432吸入電池組，在與內部散熱結構熱交換后，經后部排氣口 433排出( 未圖示)。混聯電池組系統400的顯示和操控系統419可顯示電池組工作狀態 等參數，并可査詢電池組剩余電量、剩余壽命、電池組溫度、單元硬件檢測 結論等預設和實時信息。圖8b為圖7的實體結構內部特征示意圖，各串聯電 池組系統300與配套的電磁變壓器充電電能配置系統200組合為獨立可插拔 結構，通過安裝和散熱結構支架安裝在電池組系統400結構基座上，并通過 外部充電交流電能輸入接口 304和305、內部局域網接口 302、零電平接口 304、正極輸出接口 301接入電池組系統400。圖8c、圖8d為圖7的串聯電 池模組系統300的組合插件實體結構示意圖，若干基本電池單元100插件結 構，通過接口和緊固裝置安裝在串聯電池模組系統300的組合插件實體結構 上，串聯電池模組系統300的中央處理器系統310、放電電力電子控制系統
21312、電磁變壓器充電電能配置系統200裝置在串聯電池模組系統300的組合 插件實體結構上，串聯電池模組系統300的組合插件的正極輸出端301、零 電平端309、交流輸入端口 304和305、管控通訊接口 302，通過接插件接入 混聯電池組系統400。
將電磁變壓器充電電能配置系統200分散布置在各串聯電池組系統300 內，利于電池組系統的結構散熱和制工程測試。在某個串聯電池組系統300 出現故障時，可關閉故障串聯電池組系統后應急充放電使用，且電池組系統 輸出電壓不變，但荷電容量相應減小。
圖9為本發明第三實施例混聯型鋰離子動力電池組系統電原理框圖，本 實施例為全部串聯模組共用一個電磁變壓器充電電能配置系統200，構成 混聯型鋰離子動力電池組系統500方案。混聯型鋰離子動力電池組系統 500，由電池組控制管理系統、電磁變壓器充電電能配置系統200和混聯型電 池模組構成。電池組控制管理系統，由電池組中央處理器系統510、電池組 放電電流和電壓及溫度傳感系統511、放電電力電子控制系統512、反向阻斷 電路514、顯示與操控系統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。混聯型電池模組，由 若干個包含相同數量的基本電池單元100串聯構成的串聯電池模組520并聯 組成。
混聯型鋰離子動力電池組系統500放電工作原理混聯電池組系統500 內各串聯電池組520的正極輸出端521并聯，在混聯電池組系統500的正極 輸出端501和零電平端509間形成串聯電勢，忽略串聯電池模組不均勻性和 管控器件壓降條件下，混聯電池組系統500的輸出電勢等于各串聯電池組 520輸出電勢。在混聯電池組系統500的正極輸出端501和零電平端509間 接入負載構成放電回路，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。混聯電池組系統500放電時，各串聯電池組520的 輸出電流并聯匯集，總電流等于各串聯電池組520的輸出電流之和。混聯型鋰離子動力電池組系統500的直流充電工作原理在電池組中央 處理器系統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510控制放電電力電子控制系統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510 控制下，根據輸入的直流充電電流和電壓值決定逆變控制參數，將輸入的不 同電壓幅值的直流電能逆變為設計規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段，分別給各串聯電池組520相應層級的基本電池單 元IOO提供均衡的充電電能。
混聯型鋰離子動力電池組系統500的交流充電工作原理采取外插交流 電能向混聯電池組系統500充電時，外插交流電能經混聯電池組系統500的 交流輸入端口 504和505，經電磁變壓器充電電能配置系統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段，分別給各 串聯電池組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電池組系統500充電時，混聯電池組系統500可以在充 電的同時進行放電。
圖10a-10f為圖9的實體結構示意圖，其中圖10a為圖9的實體結構外部 特征示意圖，電池組系統500在充放電工作且需要冷卻時，電池組控制管理 系統和電磁變壓器充電電能配置系統200的冷卻通道為冷卻空氣經濾清進 氣口 530和531吸入電池組，在與內部散熱結構熱交換后，經后部排氣口 533排出(未圖示)。串聯電池模組系統冷卻通道為冷卻空氣經濾清進氣口 532吸入電池組，在與內部散熱結構熱交換后，經后部排氣口 533排出(未 圖示)。混聯電池組系統500的顯示和操控系統519可顯示電池組工作狀態等 參數，并可查詢電池組剩余電量、剩余循環壽命、電池組溫度、各單元硬件 檢測結論等預設和實時信息。圖10b、 10c為圖9的實體結構內部特征示意 圖，電磁變壓器充電電能配置系統200、各串聯電池組520，通過結構導向和 散熱支架安裝在電池組系統500結構基座上。各串聯電池組520為獨立可插拔結構，各接口通過接插件接入混聯電池組系統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電池 組520的相應層級基本電池單元100。圖10d為圖9的外部接口實體結構特 征示意圖，電池組系統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構防止電極錯接。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 外部控制管理系統信息交互，所有接口系統采取螺紋鎖緊裝置，通過鎖緊機 構540將插入接口的接插件鎖緊。圖10e、圖10f為圖9的串聯電池模組520 的實體結構示意圖，串聯電池模組520由若干基本電池單元100串聯組成的 電池模組和結構支架組裝成插件結構，串聯電池模組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52n，通過接插件接入混聯電池組系統500。
采用全部串聯模組共用一個電磁變壓器充電電能配置系統200，可以簡 化串聯模組系統、減小串聯模組的體積和重量。且由于電磁變壓器充電電能 配置系統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200共用，有利于電池組系統的生產和維護。
綜上所述，本發明提供的鋰離子動力電池組系統，可向串聯模組的各層 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上控制在相對較小的幅 值范圍內，由此降低了基本電池單元100的整流和穩壓電路器件承受的工作 電壓，從而降低了電池組系統的成本，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。
以上所述，僅為本發明的較佳實施例，對于本領域的普通技術人員來 說，可以根據本方面的技術方案和技術構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明權利要求的保護范圍。
權利要求
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，構成基本電池單元；步驟2，將若干基本電池單元串聯或混聯，構成電池模組；步驟3，設置電磁變壓器充電電能配置系統，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段，分別給串聯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與各基本電池單元的獨立充放電管控單元組網，構成電池組內部分布式局域網控制管理系統，實現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。
2、 如權利要求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、 安裝和散熱結構支架；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 監測電路、反極強制放電保護電路、溫度傳感電路、串聯組充電層級隔離電 路、內部局域網接口電路；所述單元管控MCU或配接的存儲器中灌裝有充 電參數管控程序、素質策略和數據庫管控程序、組網管控程序。
3、 如權利要求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，構成串聯電池模組；將若干串聯 電池模組并聯，構成混聯電池模組。
4、 如權利要求1所述的鋰離子動力電池組的充電方法，其特征在于，步 驟3中，所述電磁變壓器充電電能配置系統包括電磁變壓器、直流逆變控 制系統、交流輸入控制系統、電磁感應檢測系統；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。
5、 如權利要求4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，將外電路提交的不同電壓 幅值直流充電電能，逆變調控至設計規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提交的檢測數據調校逆變控制 參數；所述交流輸入控制系統，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電池模組各層級相應的電壓區段，分別給串聯回路的各 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提交電磁變壓器系統控制的電磁感應檢測電勢 樣本；步驟3.3，所述串聯電池模組各串聯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，并按預設充電管 控程序向單體鋰離子電池充電；步驟3.4，所述混聯電池模組電磁變壓器配置 模式，采取每個串聯電池模組單獨配置一個電磁變壓器模式，或采取多個串 聯電池模組共用一個電磁變壓器的模式；在采取每個串聯電池模組單獨配置 一個電磁變壓器模式下，該串聯電池模組各串聯層級的基本電池單元分別從 該串聯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，并按預設充電管控程序向單體鋰離子電池充電；在采取多個 串聯電池模組共用一個電磁變壓器的模式下，各串聯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，并分別按預設的充電管控程序向各自管控的單體鋰離子電池充 電。
6、如權利要求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與各基本電池單元的獨立充放 電管控單元組網，構成電池組內部分布式局域網控制管理系統，所述電池組 控制管理系統包括中央處理器系統、電流和電壓及溫度傳感系統、電力電 子控制系統、顯示與操控系統、外部通訊接口系統，所述電池組中央管控處 理器系統或配接的存儲器件中灌裝有電池組充放電管控程序、系統編程信息 和基礎數據庫程序、組網策略和節點管控程序、外部調用函數和管控程序； 步驟4.2，所述電池組控制管理系統與各基本電池單元的獨立充放電管控單 元，通過電池組內部局域網建立管控指令和數據通訊，實現以預設控制管理 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通過外部通訊接口與外 部控管系統建立管控指令和數據通訊，外部調用接口協議可以是SBS、 CAN 等其它或自定義的接口通訊協議；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據通訊接口 。
7、 一種使用上述鋰離子動力電池組的充電方法的鋰離子動力電池組系 統，其特征在于，所述鋰離子動力電池組系統包括若干基本電池單元串聯 或混聯構成的電池模組、電池組控制管理系統、電磁變壓器充電電能配置系 統、電池組結構支架、殼體和散熱冷卻系統，所述散熱冷卻系統及電池組控 制管理系統安裝在電池組結構支架上，所述電池模組和電磁變壓器充電電能 配置系統可以組合為可拆卸式插件結構安裝在所述電池組結構支架上，也可 以將電磁變壓器充電電能配置系統安裝在所述電池組結構支架上，將電池模 組組合為可拆卸式插件結構安裝在所述電池組結構支架上。
8、 如權利要求7所述的鋰離子動力電池組系統，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各電子電路系統組成 的PCB、安裝和散熱結構支架，并在結構上組合裝配在一起，通過結構框架 的定位支架和接口，安裝在鋰離子動力電池組內，所述單體鋰離子電池和獨 立充放電管控單元，在結構上可封裝在一起，也可以分開。
9、 如權利要求7所述的鋰離子動力電池組系統，其特征在于，所述直接 交流勵磁繞組適配輸入的交流電源包括交流市電、工業動力交流電、各類 交流發電機發出的交流電、各類電子系統發出的交流電。
10、 如權利要求7所述的鋰離子動力電池組系統，其特征在于，所述鋰 離子動力電池組系統的電磁變壓器充電電能配置系統的配置模式，可采取每 個串聯模組單獨配置一個電磁變壓器充電電能配置系統，也可以采取多個串 聯模組共用 一個電磁變壓器充電電能配置系統的模式。
全文摘要
本發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，該方法包括步驟1，構成基本電池單元；步驟2，構成電池模組；步驟3，設置電磁變壓器充電電能配置系統，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與各基本電池單元的獨立充放電管控單元組網，實現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。本發明鋰離子動力電池組系統，降低了基本電池單元整流和穩壓電路器件承受的工作電壓，從而降低了電池組系統的成本，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途徑，尤其適合大數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。
文檔編號H01M2/10GK101562266SQ20091010751
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月22日 優先權日2009年5月22日
發明者松 李, 鶴 李 申請人:李 松;李 鶴