專利名稱：電池組管理及無損均衡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種對電動汽車電池組內(nèi)各單體電池的一致性進行管理并控制的電池組管理及無損均衡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電池組的電池管理是指通過實時檢測和估算電池組內(nèi)各單體電池的狀態(tài)(包括溫度、電壓、電流、最大可用容量、一致性等)，縮小電池組中電池不一致性差別，預(yù)防電池組不一致性擴散，并據(jù)此提供電池組的優(yōu)化使用方法，保障其使用的安全性及長壽命。能源緊張及環(huán)保危機迫使中國市場急需開發(fā)和生產(chǎn)新能源電動汽車，而發(fā)展電動汽車的瓶頸在于電池，由于鋰離子電池在能量密度、功率密度上的優(yōu)勢，使其作為電動汽車用動力電池已成趨勢，但鋰離子電池比較“嬌貴”，在安全性上存在隱患，一次過充或過放就有可能造成損壞。 在使用過程中，若單體電池的各種參數(shù)(溫度、電壓、電流、最大可用容量等)產(chǎn)生不一致，未適時管理并實施必要的控制，那么，電池組的安全性能不能得到有效保證，使用壽命將大幅度降低。電池組中各單體電池的一致性是電動汽車運行過程非常重要的參數(shù)，是防止電池過充、過放的主要依據(jù)，只有通過電池管理及均衡系統(tǒng)來保證各個單體電池的一致性，才能有效地提高電動汽車的使用效率，延長電池組的使用壽命。為了發(fā)揮鋰離子電池的優(yōu)勢，避開其缺點，發(fā)展電動汽車電池管理及均衡系統(tǒng)已成為必然。
發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有鋰離子電池組存在的不能對單體電池各種參數(shù)的不一致性自動調(diào)整及控制的不足，本實用新型的發(fā)明目的在于提供一種電池組管理及無損均衡系統(tǒng)，通過對動力電池組單體電池的各種參數(shù)進行實時在線測量，進而對各單體電池的不一致性進行估算，經(jīng)系統(tǒng)中的無損均衡電路對單體電池實施動態(tài)在線均衡，同時實施必要的控制，以實現(xiàn)提高電池組的安全性能，延長其使用壽命的目的。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型充電機經(jīng)動力電池組與負載連接，其特征在于電池管理模塊經(jīng)中央處理器與顯示單元、中央通信單元及面板操作單元分級聯(lián)接，中央處理器與電動汽車能源管理系統(tǒng)連接，電池管理模塊為兩個及以上。所述電池管理模塊由均衡功率單元、信號驅(qū)動和保護模塊、數(shù)字信號處理器、模塊通信單元與電池參數(shù)檢測模塊組成；電池管理模塊的均衡功率單元、電池參數(shù)檢測模塊分別與動力電池組的電池模塊連接；均衡功率單元經(jīng)信號驅(qū)動和保護模塊與數(shù)字信號處理器、模塊通信單元與中央處理器分級聯(lián)接；電池參數(shù)檢測模塊經(jīng)數(shù)字信號處理器、模塊通信單元與中央處理器分級聯(lián)接，電池模塊為兩個及以上。電池管理模塊能對電池模塊的總電壓、總電流、各單體電池的電壓及溫度進行精確測量，通過測量電池組的總電壓、總電流來估算電池組的剩余容量及能量，對電池模塊進行過流及短路的保護。通過測量電池模塊中各單體電池的電壓，來控制均衡功率單元，均衡各單體電池的不一致性，提高電池組的使用壽命。電池參數(shù)檢測模塊采用1個模塊檢測十二個單體電池參數(shù)的集中測量方案，將電池模塊各單體電池的單體電壓及溫度信號整形、處理轉(zhuǎn)換為標準信號送入數(shù)字信號處理器， 數(shù)字信號處理器根據(jù)各單體電池參數(shù)，計算各單體電池的不一致性差異并根據(jù)不一致性差異的結(jié)果輸出脈寬調(diào)制信號至脈寬信號驅(qū)動和保護模塊，脈寬信號驅(qū)動和保護模塊將數(shù)字信號處理器輸出的脈寬調(diào)制信號放大整形后控制均衡功率單元中的MOS管的關(guān)斷與導(dǎo)通， 通過不同MOS管的關(guān)斷與導(dǎo)通，可完成能量由剩余能量高的電池向剩余能量低的電池的轉(zhuǎn)移，達到均衡各單體電池不一致性的目的。同時，數(shù)字信號處理器通過模塊通信單元完成與中央處理器之間的通信，將各單體電池的信息上傳至中央處理器，并接受中央處理器的指令。中央處理器接受各電池管理模塊的信息并通過顯示單元顯示，向各電池管理模塊下發(fā)面板操作單元的指令，同時，通過中央通信單元完成與電動汽車能源管理系統(tǒng)的通信。所述均衡功率單元由兩個MOS管Q、兩個二極管D和一個儲能電感L組成。本實用新型可對動力電池組總電壓、總電流及各單體電池的各種參數(shù)進行實時在線測量，對各單體電池的不一致性進行估算，通過系統(tǒng)中的無損均衡電路，對單體電池的充電、放電、靜置實施動態(tài)在線無損均衡，同時實施必要的控制，以保證電池組的安全，延長其使用壽命。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點1、采用分層、分級管理一個電池管理模塊管理數(shù)個單體電池，一套管理系統(tǒng)管理數(shù)個電池管理模塊。2、無損耗均衡通過能量的轉(zhuǎn)移，達到均衡單體電池不一致性的目的，能量無損耗，均衡效率高，均衡效果好，單體電池電壓不一致性差異優(yōu)于20mv。3、電壓、溫度測量精度高電壓測量精度優(yōu)于0. 5%，溫度測量誤差小于2°C。4、能監(jiān)測電池組充電、放電電流，提供過流和短路保護功能，為電池組快速充電提供數(shù)據(jù)支持。5、具有RS485、CAN標準工業(yè)接口。
圖1為本實用新型電路邏輯原理框圖；圖2為圖1中電池管理模塊3的電路邏輯原理框圖；圖3為圖2的均衡功率單元1的主回路原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，充電機14為動力電池組15充電，動力電池組15為負載4提供動能， 電池管理模塊3經(jīng)中央處理器9與顯示單元10、中央通信單元11及面板操作單元12分級聯(lián)接，中央處理器9與電動汽車能源管理系統(tǒng)13連接，電池管理模塊3為數(shù)個。中央處理器9接受各電池管理模塊3的信息并通過顯示單元10顯示，向各電池管理模塊3下發(fā)面板操作單元12的指令，同時，通過中央通信單元11完成與電動汽車能源管理系統(tǒng)13的通信。如圖2所示，電池管理模塊3由均衡功率單元1、信號驅(qū)動和保護模塊5、數(shù)字信號處理器6、模塊通信單元7與電池參數(shù)檢測模塊8組成；電池管理模塊3的均衡功率單元1、 電池參數(shù)檢測模塊8分別與動力電池組15的電池模塊2連接；均衡功率單元1經(jīng)信號驅(qū)動和保護模塊5與數(shù)字信號處理器6、模塊通信單元7與中央處理器9分級聯(lián)接；電池參數(shù)檢測模塊8經(jīng)數(shù)字信號處理器6、模塊通信單元7與中央處理器9分級聯(lián)接，電池模塊2為數(shù)個。電池參數(shù)檢測模塊8采用1個模塊檢測十二個單體電池參數(shù)的集中測量方案，將電池模塊2的各單體電池的單體電壓及溫度信號整形、處理轉(zhuǎn)換為標準信號送入數(shù)字信號處理器6，數(shù)字信號處理器6根據(jù)各單體電池參數(shù)，計算各單體電池的不一致性差異并根據(jù)不一致性差異的結(jié)果輸出脈寬調(diào)制信號至脈寬信號驅(qū)動和保護模塊5，脈寬信號驅(qū)動和保護模塊5將數(shù)字信號處理器輸出的脈寬調(diào)制信號放大整形后控制均衡單元1中的場MOS管的關(guān)斷與導(dǎo)通，通過不同MOS管的關(guān)斷與導(dǎo)通，可完成能量由剩余能量高的電池向剩余能量低的電池的轉(zhuǎn)移，達到均衡各單體電池不一致性的目的。同時，數(shù)字信號處理器6通過模塊通信單元完成與中央處理器9之間的通信，將各單體電池的信息上傳至中央處理器9，并接受中央處理器9的指令。 如圖3所示，每個均衡功率單元1由兩個MOS管Q、兩個二極管D和一個儲能電感 L組成，序號2為電池模塊。以單體電池Bi、B2為例，假設(shè)兩電池電壓出現(xiàn)不一致，如VB1 大于VB2，則Qll導(dǎo)通，電池Bl向電感Ll充電，當Qll截止時，Ll為了續(xù)流，與B2、D12構(gòu)成回路，電感中儲存的能量就轉(zhuǎn)移到B2中實現(xiàn)了能量從電池Bl到B2的轉(zhuǎn)移。同理，當VBl 小于VB2時，則通過Q12的通斷來實現(xiàn)能量從B2到Bl的轉(zhuǎn)移。盡管能量只能在相鄰電池間傳遞，由于能量的傳遞趨勢總是由電壓高的電池傳遞到電壓低的電池上，因而最終實現(xiàn)整組電池的均衡。
權(quán)利要求1.一種電池組管理及無損均衡系統(tǒng)，充電機(14)經(jīng)動力電池組(15)與負載(4)連接， 其特征在于電池管理模塊(3)經(jīng)中央處理器(9)與顯示單元(10)、中央通信單元(11)及面板操作單元(12)分級聯(lián)接，中央處理器(9)與電動汽車能源管理系統(tǒng)(13)連接，電池管理模塊(3)為兩個及以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組管理及無損均衡系統(tǒng)，其特征在于所述電池管理模塊(3)由均衡功率單元(1)、信號驅(qū)動和保護模塊(5)、數(shù)字信號處理器(6)、模塊通信單元 (7)與電池參數(shù)檢測模塊(8)組成；電池管理模塊(3)的均衡功率單元(1)、電池參數(shù)檢測模塊(8)分別與動力電池組(15)的電池模塊(2)連接；均衡功率單元(1)經(jīng)信號驅(qū)動和保護模塊(5)、數(shù)字信號處理器(6)、模塊通信單元(7)與中央處理器(9)分級聯(lián)接；電池參數(shù)檢測模塊(8 )經(jīng)數(shù)字信號處理器(6 )、模塊通信單元(7 )與中央處理器(9 )分級聯(lián)接，電池模塊 (2)為兩個及以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池組管理及無損均衡系統(tǒng)，其特征在于所述均衡功率單元(1)由兩個MOS管Q、兩個二極管D和一個儲能電感L組成。
專利摘要一種電池組管理及無損均衡系統(tǒng)，用于對電動汽車電池組內(nèi)各單體電池的一致性進行管理并控制。充電機經(jīng)動力電池組與負載連接，電池管理模塊經(jīng)中央處理器與顯示單元、中央通信單元及面板操作單元分級聯(lián)接，中央處理器與電動汽車能源管理系統(tǒng)連接?？蓪恿﹄姵亟M總電壓、總電流及各單體電池的各種參數(shù)進行實時在線測量，對各單體電池的不一致性進行估算，通過系統(tǒng)中的無損均衡電路，對單體電池的充電、放電、靜置實施動態(tài)在線無損均衡，同時實施必要的控制，以保證電池組的安全，延長其使用壽命。本實用新型可均衡單體電池不一致，能量無損耗，均衡效率高，效果好，單體電池電壓不一致性差異優(yōu)于20mv，電壓、溫度測量精度高。
文檔編號H02J7/00GK202206148SQ20112023412
公開日2012年4月25日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者劉豐源, 劉士杰, 王國安, 陳書倫 申請人:湖北德普電氣股份有限公司