專利名稱：鋰離子動(dòng)力電池的單體均衡化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力電池，尤其是一種鋰離子動(dòng)力電 池的單體均衡化系統(tǒng)。
技術(shù)背景混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力電池由多個(gè)單體串聯(lián)組成，動(dòng)力電池的類型 有鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。鋰離子動(dòng)力電池具有能量密 度高、可大電流充放電、無記憶效應(yīng)、原材料成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，將 取代鉛酸電池、鎳氫電池，成為動(dòng)力電池的贏家。影響動(dòng)力電池性能和壽命的主要因素包括電池溫度、電池內(nèi)阻、 單體電池一致性等，電池單體由于制造和使用環(huán)境的差異性，在電池 的使用過程中，電池單體的差異性將逐步惡化，鋰離子電池單體的不 一致性不僅影響電池的性能和壽命，而且影響電池的安全，鋰離子電 池系統(tǒng)總有單體電壓高的電池，相對(duì)組內(nèi)其它電池較早地進(jìn)入過充電 狀態(tài)，發(fā)生過充的電池單體隨著充電的不斷進(jìn)行，極化作用加強(qiáng)，升 溫加劇，伴隨不可逆的析氣反應(yīng)，電池容量降低，并有可能在充電結(jié) 束后的短時(shí)間內(nèi)使電池內(nèi)部物質(zhì)燃燒，導(dǎo)致電池報(bào)廢。為了提高鋰離子動(dòng)力電池的可靠性和系統(tǒng)的安全性，延長電池鋰 離子動(dòng)力電池的壽命，管理系統(tǒng)應(yīng)具有電池單體均衡化的功能?，F(xiàn)有技術(shù)采用能量消耗的原理實(shí)現(xiàn)電池單體B的均衡化管理，如圖1所示，放電電阻Rh R2…^分別通過可控開關(guān)SWb SWfSWn、 SWnn與電池單 體Bh B2…Bn并聯(lián)，控制模塊1判斷出電池單體Bh B2…Bn中出現(xiàn)差異性的單體，控制相應(yīng)的放電電阻與電池單體連接，通過放電的方法， 降低電壓較高的電池單體的容量，實(shí)現(xiàn)單體均衡化，現(xiàn)有技術(shù)只能在 電池靜態(tài)過程中實(shí)現(xiàn)，且均衡化過程伴隨熱量產(chǎn)生，不僅消耗電池的 能量，而且產(chǎn)生了大量的熱量，增加了熱管理設(shè)計(jì)的難度。此外，在 均衡化過程中的能量消耗不僅降低了電池的能量效率，而且放電電阻產(chǎn)生的熱量也增加了電池?zé)峁芾碓O(shè)計(jì)的難度。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種通過能量轉(zhuǎn)移來實(shí)現(xiàn)單體均衡化的 鋰離子動(dòng)力電池的單體均衡化系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種鋰離子動(dòng)力電池的單體均衡 化系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)相串連的電池單體B，任意兩個(gè)相鄰的電池單體B上各自并聯(lián)一個(gè)可控開關(guān)K，兩個(gè)可控開關(guān)K之間串聯(lián)一個(gè)電容C， 兩個(gè)可控開關(guān)K處于與其中的任意一個(gè)電池單體B接通或斷開的兩種 電連接狀態(tài)，電壓采集控制模塊采集電池的電壓并經(jīng)處理后輸出控制 信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的可控開關(guān)K，使電容C與待處理的電池單體B連通。本發(fā)明通過控制可控開關(guān)K與電池單體B的通斷使電池單體B對(duì) 電容C充電或使電容C放電，成功地實(shí)現(xiàn)了電荷從電壓高的電池單體 B向電壓低的電池單體B的轉(zhuǎn)移，提高了電池的性能，延長了電池的 壽命，既適用于靜態(tài)均衡化管理，也適用于動(dòng)態(tài)均衡化管理，同時(shí)， 既避免降低電池的能量效率，也避免增加電池?zé)峁芾碓O(shè)計(jì)的難度。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的控制電路圖；圖2是本發(fā)明的電路圖；圖3是本發(fā)明的控制電路圖；圖4時(shí)本發(fā)明的控制流程圖。
具體實(shí)施方式
一種鋰離子動(dòng)力電池的單體均衡化系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)相串連的 電池單體B，任意兩個(gè)相鄰的電池單體B上各自并聯(lián)一個(gè)可控開關(guān)K， 兩個(gè)可控開關(guān)K之間串聯(lián)一個(gè)電容C，兩個(gè)可控開關(guān)K處于與其中的 任意一個(gè)電池單體B接通或斷開的兩種電連接狀態(tài)，電壓采集控制模 塊10采集電池的電壓并經(jīng)處理后輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的可控開關(guān) K，使電容C與待處理的電池單體B連通，待處理的電池單體B對(duì)電容 C充電或使電容C對(duì)待處理的電池單體B放電。兩個(gè)或兩個(gè)以上的待處理的電池單體B直接或間接相鄰，即可以相鄰，也可以不相鄰。直接相鄰是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的待處理的電池單體B的正、負(fù)極相接，間接相鄰是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的待處理的電 池單體B之間間隔有一個(gè)或多個(gè)電池單體B。待處理的電池單體B可 以是一個(gè)，也可以是兩個(gè)或兩個(gè)以上，兩個(gè)或兩個(gè)以上的電池單體B 相距較遠(yuǎn)時(shí)，電壓采集控制模塊10頻繁地控制可控開關(guān)K在電池單體 B之間切換，通過能量的傳遞實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移，在這種情況下，實(shí)現(xiàn) 單體均衡化所需要的時(shí)間要高于兩個(gè)臨近的電池單體B的均衡化。所述的可控開關(guān)K采用繼電器J,其動(dòng)觸點(diǎn)與電容C相連，其兩 個(gè)靜觸點(diǎn)分別與電池單體B的正負(fù)極相連，如圖2所示，實(shí)施例中選 用電磁繼電器J。所述的電壓采集控制模塊10采集電池包兩端的電壓U和各個(gè)電 池單體B的電壓，并計(jì)算電池單體B的平均電壓U,，U,-U/n, n為電 池單體的個(gè)數(shù)，然后計(jì)算各個(gè)電池單體B的電壓與平均電壓U^的差值A(chǔ) Un，若A Un的絕對(duì)值大于電池單體B需要進(jìn)行均衡化管理的閾值A(chǔ)U，則標(biāo)記該電池單體B，若AUn為正值，則標(biāo)記該電池單體B需要進(jìn)行放電均衡化管理，若AUn為負(fù)值，則標(biāo)記該電池單體B需要進(jìn)行充電均衡化管理。所述的電壓采集控制模塊10包括單片機(jī)11，單片機(jī)11的輸出端 與電阻R相連，電阻R的阻值在1KQ和2KQ之間，電阻R與N溝道的 M0S場效應(yīng)管Q的柵極相連，M0S場效應(yīng)管Q的源極接地，電磁繼電器 J的線圈分別與M0S場效應(yīng)管Q的漏極、12V電源VCC的正極相連，電 源VCC為控制電路提供電源，單片機(jī)11通過多個(gè)M0S場效應(yīng)管Q可驅(qū) 動(dòng)多個(gè)繼電器J，如圖3所示。當(dāng)電壓采集控制模塊IO執(zhí)行完所有的 判斷，并標(biāo)記所有需要均衡化管理的電池單體B后，單片機(jī)ll輸出相 應(yīng)的控制信號(hào)，經(jīng)電阻R升壓，再經(jīng)MOS場效應(yīng)管Q驅(qū)動(dòng)繼電器J動(dòng) 作。結(jié)合圖2、 4對(duì)本系統(tǒng)作進(jìn)一步的說明。由鋰電池的特性決定，各電池單體B之間的電壓差不能超過0. IV， 其中Uave是單體平均電壓，電壓采集控制模塊10采集每個(gè)電池單體B5的電壓Un，經(jīng)處理器處理后，假使判斷U廣Uave>0. 1V和U3-Uave〈-0. IV，標(biāo)記電池單體Bi需要放電，標(biāo)記電池單體B3需要充電，單片機(jī)ll輸 出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器Ji，其動(dòng)觸點(diǎn)la與靜觸點(diǎn)lb閉合，驅(qū)動(dòng)繼電 器J"使其動(dòng)觸點(diǎn)2a與靜觸點(diǎn)2b閉合，電池單體Bi與電容d連通， 電池單體B^合電容d充電，當(dāng)判斷電容d充滿電后，單片機(jī)ll輸出 控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器Jo其動(dòng)觸點(diǎn)la與靜觸點(diǎn)lc閉合，驅(qū)動(dòng)繼電器 J2，其動(dòng)觸點(diǎn)2a與靜觸點(diǎn)2c閉合，驅(qū)動(dòng)繼電器J3，其動(dòng)觸點(diǎn)3a與靜 觸點(diǎn)3b閉合，驅(qū)動(dòng)繼電器J4，其動(dòng)觸點(diǎn)4a與靜觸點(diǎn)4b閉合，電容d對(duì)電容C2充電，當(dāng)電容C2充滿電，單片機(jī)11輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電 器J3，其動(dòng)觸點(diǎn)3a與靜觸點(diǎn)3c閉合，驅(qū)動(dòng)繼電器J4，其動(dòng)觸點(diǎn)4a與靜觸點(diǎn)4c閉合，電容C2與電池單體B3連通，電容C2對(duì)電池單體B3充 電，通過這個(gè)過程，實(shí)現(xiàn)電荷從電壓低的電池單體B3的轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)單體能量均衡化管理。本發(fā)明可用于電池靜態(tài)或動(dòng)態(tài)過程中的均衡化管 理，均衡化過程既避免消耗電池能量，也避免在電池包內(nèi)部產(chǎn)生熱量。 本發(fā)明的核心在于利用能量轉(zhuǎn)移原理，通過控制繼電器J與待處 理的電池單體B接通，使電壓高的電池單體B對(duì)電容C充電，再使該 電容C對(duì)電壓低的電池單體B放電，實(shí)現(xiàn)能量在電壓高的電池單體B 和電壓低的電池單體B之間轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)單體的均衡化。
權(quán)利要求
1、一種鋰離子動(dòng)力電池的單體均衡化系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)相串連的電池單體B，其特征在于任意兩個(gè)相鄰的電池單體B上各自并聯(lián)一個(gè)可控開關(guān)K，兩個(gè)可控開關(guān)K之間串聯(lián)一個(gè)電容C，兩個(gè)可控開關(guān)K處于與其中的任意一個(gè)電池單體B接通或斷開的兩種電連接狀態(tài)，電壓采集控制模塊(10)采集電池的電壓并經(jīng)處理后輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的可控開關(guān)K，使電容C與待處理的電池單體B連通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子動(dòng)力電池的單體均衡化系統(tǒng)，其 特征在于兩個(gè)或兩個(gè)以上的待處理的電池單體B直接或間接相鄰。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子動(dòng)力電池的單體均衡化系統(tǒng)，其 特征在于所述的可控開關(guān)K采用繼電器J，其動(dòng)觸點(diǎn)與電容C相連， 其靜觸點(diǎn)分別與電池單體B的正負(fù)極相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子動(dòng)力電池的單體均衡化系 統(tǒng)，其特征在于所述的電壓采集控制模塊(10)采集電池包兩端的 電壓U和各個(gè)電池單體B的電壓，并計(jì)算電池單體B的平均電壓U,，然后計(jì)算各個(gè)電池單體B的電壓與平均電壓Uave的差值A(chǔ)Un,若A Un的絕對(duì)值大于電池單體B需要進(jìn)行均衡化管理的閾值A(chǔ)U，則標(biāo)記該電 池單體B，若AlL為正值，則標(biāo)記該電池單體B需要進(jìn)行放電均衡化 管理，若AUn為負(fù)值，則標(biāo)記該電池單體B需要進(jìn)行充電均衡化管理。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子動(dòng)力電池的單體均衡化系統(tǒng)， 其特征在于所述的電壓采集控制模塊(10)包括單片機(jī)(11)，單片 機(jī)(11)的輸出端與電阻R相連，電阻R與N溝道的MOS場效應(yīng)管Q 的柵極相連，MOS場效應(yīng)管Q的源極接地，繼電器J分別與MOS場效 應(yīng)管Q的漏極、12V電源VCC的正極相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子動(dòng)力電池的單體均衡化系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)相串連的電池單體B，任意兩個(gè)相鄰的電池單體B上各自并聯(lián)一個(gè)可控開關(guān)K，兩個(gè)可控開關(guān)K之間串聯(lián)一個(gè)電容C，兩個(gè)可控開關(guān)K處于與其中的任意一個(gè)電池單體B接通或斷開的兩種電連接狀態(tài)，電壓采集控制模塊采集電池的電壓并經(jīng)處理后輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的可控開關(guān)K，使電容C與待處理的電池單體B連通。本發(fā)明通過控制可控開關(guān)K與電池單體B的通斷使電池單體B對(duì)電容C充電或使電容C放電，成功地實(shí)現(xiàn)了電荷從電壓高的電池單體B向電壓低的電池單體B的轉(zhuǎn)移，提高了電池的性能，延長了電池的壽命，既適用于靜態(tài)均衡化管理，也適用于動(dòng)態(tài)均衡化管理。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101262138SQ20081009374
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者張維鑫, 戴潤義, 林 邱, 馬建新 申請(qǐng)人:奇瑞汽車股份有限公司