一種動(dòng)力鈦酸鋰電池管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了屬于電池管理【技術(shù)領(lǐng)域】的一種具有保護(hù)功能和監(jiān)控功能的動(dòng)力鈦酸鋰電池管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的充電機(jī)與主控單元連接，主控單元通過(guò)CAN總線與采集單元，均衡單元和顯示單元相連接。本實(shí)用新型充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)以及過(guò)電流保護(hù)模塊，確保電池使用安全，高低溫保護(hù)和平衡等功能，能使電池的使用壽命延長(zhǎng)。
【專利說(shuō)明】一種動(dòng)力鈦酸鋰電池管理系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電池管理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種具有保護(hù)功能和監(jiān)控功能的動(dòng)力鈦酸鋰電池管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為鋰離子電池負(fù)極材料-鈦酸鋰，可與錳酸鋰、三元材料或磷酸鐵鋰等正極材料組成2.4V或1.9V的鋰離子二次電池，此外它還可以用作正極，與金屬鋰或鋰合金負(fù)極組成1.5V的鋰二次電池。由于鈦酸鋰的高安全性、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命和綠色環(huán)保的特點(diǎn)?？梢灶A(yù)見:鈦酸鋰材料一定會(huì)成為新一代鋰離子電池的負(fù)極材料而被廣泛應(yīng)用在新能源汽車、觀光車、電動(dòng)自行車摩托車和要求高安全性、高穩(wěn)定性和長(zhǎng)周期儲(chǔ)能等電池的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003]實(shí)際應(yīng)用中，鈦酸鋰電池組必須配備專用電池管理系統(tǒng)，以確保鈦酸鋰電池安全及使用壽命，電池管理系統(tǒng)(Battery Management System,簡(jiǎn)稱BMS)的功能可分為兩類:保護(hù)功能和監(jiān)控功能。可靠的BMS能夠使電池始終保持在最佳工作狀態(tài)下，最大限度延長(zhǎng)電池的壽命。傳統(tǒng)的鈦酸鋰電池管理系統(tǒng)缺乏過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)以及高低溫保護(hù)和平衡等功能，不能確保電池使用安全，使用壽命低。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型針對(duì)目前的電池管理系統(tǒng)缺乏過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)以及高低溫保護(hù)和平衡等功能，不能確保電池使用安全，使用壽命低的問題，提出一種動(dòng)力鈦酸鋰電池管理系統(tǒng)。
[0005]一種動(dòng)力鈦酸鋰電池管理系統(tǒng)，充電機(jī)I與主控單元2連接，主控單元2通過(guò)CAN總線3 (控制器局域網(wǎng)絡(luò))與采集單元4，均衡單元5和顯示單元6相連接。
[0006]所述主控單元2包括過(guò)充電保護(hù)模塊，過(guò)放電保護(hù)模塊，過(guò)流保護(hù)模塊，溫度保護(hù)模塊，平衡功能模塊。
[0007]所述采集單元4的個(gè)數(shù)為2-400個(gè)。
[0008]所述均衡單元5的個(gè)數(shù)為2-400個(gè)。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)以及過(guò)電流保護(hù)模塊，確保鈦酸鋰電池使用安全，高低溫保護(hù)和平衡等功能，能使鈦酸鋰電池的使用壽命延長(zhǎng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型動(dòng)力鈦酸鋰電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖中，1-充電機(jī)、2-主控單元、3-CAN總線、4_采集單元、5_均衡單元、6_顯示單
J Li ο
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。[0013]實(shí)施例1
[0014]一種動(dòng)力鈦酸鋰電池管理系統(tǒng)，充電機(jī)I與主控單元2連接，主控單元2通過(guò)CAN總線3 (控制器局域網(wǎng)絡(luò))與采集單元4，均衡單元5和顯示單元6相連接。所述主控單元2包括過(guò)充電保護(hù)模塊，過(guò)放電保護(hù)模塊，過(guò)流保護(hù)模塊，溫度保護(hù)模塊，平衡功能模塊。所述采集單元4的個(gè)數(shù)為2個(gè)。所述均衡單元5的個(gè)數(shù)為2個(gè)。
[0015]各功能模塊的作用如下所述:
[0016](I)過(guò)充電保護(hù)模塊
[0017]鋰電池充電過(guò)程中，電芯電壓超過(guò)上限電壓(2.75V)時(shí)，過(guò)量的鋰離子將從電池正極脫出，引起正極晶格結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致電芯容量急劇變小。當(dāng)電芯電壓過(guò)高時(shí)，鋰離子會(huì)沿著負(fù)極表面生長(zhǎng)出樹枝狀結(jié)晶，進(jìn)而造成正負(fù)極短路發(fā)生爆炸。所以鋰電池使用中，過(guò)充電是被嚴(yán)格禁止的。BMS會(huì)監(jiān)控系統(tǒng)中每節(jié)電芯電壓，當(dāng)電芯電壓超過(guò)充電限制電壓(2.75V)時(shí)，BMS會(huì)關(guān)斷充電回路從而保護(hù)電池組。內(nèi)部集成芯片過(guò)充電保護(hù)閾值電壓的精度典型值為:±25mV。
[0018](2)過(guò)放電保護(hù)模塊
[0019]鋰電池放電過(guò)程中，電芯電壓低于下限電壓時(shí)，電芯負(fù)極的金屬集流體將被溶解，會(huì)大大縮短電芯的使用壽命，且給電芯造成的損害往往是不可逆的。在極限情況下，給過(guò)度放電的電芯充電時(shí)，金屬集流體會(huì)在負(fù)極附近沉積，當(dāng)沉積達(dá)到電芯正極時(shí)將造成電芯內(nèi)部短路或者漏液。BMS進(jìn)行過(guò)放電保護(hù)的動(dòng)作類似于過(guò)充電保護(hù)，但很多BMS在電芯過(guò)放電保護(hù)后，為了防止鋰電池進(jìn)一步過(guò)度放電，均會(huì)進(jìn)入自身功耗降低模式。常見的過(guò)放電保護(hù)閾值精度為:±50mV。
[0020](3)過(guò)流保護(hù)模塊
[0021]電池都存在一定的內(nèi)阻，當(dāng)電池工作電流過(guò)大時(shí)，電池內(nèi)部的發(fā)熱明顯增加，電池溫度會(huì)升高，從而導(dǎo)致電池的熱穩(wěn)定性下降，并形成正反饋。而且，鋰離子電池的正負(fù)極的脫嵌鋰離子的能力是有限的，當(dāng)電池的充放電電流大于電池的脫嵌能力時(shí)，將導(dǎo)致電池的極化電壓增加，導(dǎo)致電池的實(shí)際容量減小，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致鋰離子的淀積影響電池的安全性。鋰離子電池保護(hù)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)電池組放電電流大小，選擇不同的過(guò)流保護(hù)延時(shí)。較為常見的過(guò)流保護(hù)延時(shí)在20mS左右，而短路保護(hù)延時(shí)則大多在200?500uS之間。隨著鈦酸鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，對(duì)純保護(hù)功能的BMS的要求也越來(lái)越高，包括高低溫保護(hù)甚至平衡功能逐漸成為此類BMS的必備功能。
[0022](4)溫度保護(hù)模塊
[0023]電芯溫度對(duì)鋰離子電池性能的發(fā)揮具有重要影響，電池溫度高時(shí)，電芯活性增加，能量能夠得到更加有效的發(fā)揮，但是高溫下，鋰離子電池正極晶格結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)變差，長(zhǎng)期高溫工作會(huì)明顯縮短電池壽命；相對(duì)而言，低溫下鋰電子電池活性下降，可用容量減小，能量利用率變低，尤其是低溫下充電容量將變得很低，同時(shí)可能產(chǎn)生安全隱患。較完善的鋰電池保護(hù)系統(tǒng)，在電芯溫度超過(guò)預(yù)訂的高溫或是低于預(yù)訂的低溫，均會(huì)禁止電池組進(jìn)行充放電，從而延長(zhǎng)電池壽命，提高容量利用率。
[0024](5)平衡功能模塊
[0025]動(dòng)力鋰離子電池一般都要幾串、幾十串甚至幾百串以上，由于電池在生產(chǎn)過(guò)程中，從涂膜開始到成為成品要經(jīng)過(guò)很多道工序，即使經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢測(cè)程序，使每組電源的電壓、電阻、容量一致，但使用一段時(shí)間以后，電池內(nèi)阻、電壓、容量等參數(shù)產(chǎn)生波動(dòng)，形成不一致的狀態(tài)，就會(huì)產(chǎn)生這樣或那樣的差異。這種差異體現(xiàn)為電池組充滿或放完時(shí)串聯(lián)電池芯之間的電壓不相同。這種情況下導(dǎo)致電池組充電的過(guò)程中，電壓過(guò)高的電池芯提早觸發(fā)電池組過(guò)充電保護(hù)，而在放電過(guò)程中電壓過(guò)低的電池芯導(dǎo)致電池組過(guò)放電保護(hù)，從而使電池組的整體容量明顯下降，整個(gè)電池組體現(xiàn)出來(lái)的容量為電池組中性能最差的電池芯的容量，而且使用時(shí)很容易發(fā)生過(guò)充和過(guò)放現(xiàn)象，且不易發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致提前失效。當(dāng)前，相當(dāng)一部分鋰離子電池保護(hù)系統(tǒng)具備平衡功能，用以從具有較高電壓的電池抽取多余的電流，消耗多余的電量，實(shí)現(xiàn)電池均衡，最大限度地發(fā)揮動(dòng)力鋰電池的效用，延長(zhǎng)電池的使用壽命，增加安全性。
【權(quán)利要求】
1.一種動(dòng)力鈦酸鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于，充電機(jī)⑴與主控單元⑵連接，主控單元(2)通過(guò)CAN總線(3)與采集單元(4)，均衡單元(5)和顯示單元(6)相連接。 所述主控單元(2)包括過(guò)充電保護(hù)模塊，過(guò)放電保護(hù)模塊，過(guò)流保護(hù)模塊，溫度保護(hù)模塊，平衡功能模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種動(dòng)力鈦酸鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述采集單元(4)的個(gè)數(shù)為2-400個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種動(dòng)力鈦酸鋰電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述均衡單元(5)的個(gè)數(shù)為2-400個(gè)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK203491740SQ201320535312
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】袁文華 申請(qǐng)人:袁文華