本發(fā)明涉及電池管理領(lǐng)域，特別是涉及一種電池充放電管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，影響電動車輛或混合動力車輛推廣應(yīng)用的主要因素包括動力電池的安全性和使用成本問題，延長電池的使用壽命是降低使用成本的有效途徑之一。影響電池使用壽命的重要因素之一是電池包內(nèi)單體電池充放電的不一致性。單體電池充放電不一致的原因是：電池包內(nèi)各單體電池的溫度、通風(fēng)條件、自放電程度、電解液密度等存在差異，在一定程度上影響了單體電池的電壓、內(nèi)阻及容量等參數(shù)的不一致，導(dǎo)致不同單體電池之間的充放電不一致。然而，單體電池在組成電池包后，電池包的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單體電池的壽命。其原因是：在向電池充電時(shí)，容量最小的單體電池容易過充，在電池進(jìn)行放電時(shí)，容量最小的單體電池容易過放，使得容量最小的電池受損，導(dǎo)致其容量變得更小，進(jìn)而使得電池包內(nèi)的單體電池進(jìn)入惡性循環(huán)，最終影響電池包壽命。因此，電池包的使用壽命取決于容量最小的單體電池的壽命。

為了均衡各單體電池的容量，現(xiàn)有技術(shù)中存在被動均衡和主動均衡兩種方式。被動均衡是在每一單體電池并聯(lián)一電阻進(jìn)行分流，將容量多的電池中多余的能量消耗掉。如此，一方面，該種被動均衡方案存在效率低、功耗高、均衡電流小等缺陷，無法徹底解決各單體電池的一致性差的問題，從而導(dǎo)致單體電池的使用壽命縮短，以致加速縮短動力電池包的使用壽命。另一方面，均衡電路是通過電池的充放電使得電池的能量發(fā)生轉(zhuǎn)移，因此，在充放電的過程中，容易引起充放電路發(fā)生過電流或短路的現(xiàn)象，從而使得所述電池?fù)p壞減小電池包的使用壽命，甚至引發(fā)安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種電池充放電管理系統(tǒng)，以解決各單體電池一致性差而導(dǎo)致電池包的使用壽命縮短的問題。

本發(fā)明一個(gè)進(jìn)一步的目的是要對電池的過電流或短路現(xiàn)象進(jìn)行保護(hù)。

特別地，本發(fā)明提供了一種電池充放電管理系統(tǒng)，用于對混合動力車輛或電動車輛的多個(gè)單體電池進(jìn)行充放電管理，所述多個(gè)單體電池以串聯(lián)的方式連接，所述系統(tǒng)包括：

電壓檢測模塊，用于檢測所述多個(gè)單體電池的電壓值；

多個(gè)均衡模塊，其分別與所述多個(gè)單體電池以并聯(lián)的方式連接，用于在相鄰兩個(gè)所述單體電池的電壓值不一致時(shí)，將所述電壓值較高的單體電池主動向所述電壓值較低的單體電池轉(zhuǎn)移電量，以使得相鄰兩個(gè)所述單體電池的電壓值基本上保持一致；和

與所述單體電池串聯(lián)連接的電路保護(hù)模塊，用于在任一單體電池發(fā)生短路或過電流的情況下，切斷所述多個(gè)單體電池之間的電路連接。

進(jìn)一步地，所述均衡模塊包括：

開關(guān)；

二極管；和

儲能元件，其一端與所述電池的正極或負(fù)極相連，另一端與所述開關(guān)和所述二極管相連；

其中，在所述開關(guān)處于閉合狀態(tài)時(shí)，所述單體電池、開關(guān)和儲能元件構(gòu)成第一回路，所述單體電池通過所述第一回路對所述儲能元件進(jìn)行充電，以在所述儲能元件中存儲能量；在所述開關(guān)處于打開狀態(tài)時(shí)，所述儲能元件的能量通過所述二極管流向其他單體電池中。

進(jìn)一步地，所述均衡模塊包括：

開關(guān)；

三極管；和

儲能元件，其一端與所述電池的正極或負(fù)極相連，另一端與所述開關(guān)和所述二極管相連；

其中，在所述開關(guān)處于閉合狀態(tài)時(shí)，所述單體電池、開關(guān)和儲能元件構(gòu)成第一回路，所述單體電池通過所述第一回路對所述儲能元件進(jìn)行充電，以在所述儲能元件中存儲能量；在所述開關(guān)處于打開狀態(tài)時(shí)，所述儲能元件的能量通過所述三極管流向其他單體電池中。

進(jìn)一步地，所述儲能元件為電容或電感。

進(jìn)一步地，所述電路保護(hù)模塊與任一所述單體電池串聯(lián)，所述電路保護(hù)模塊由保護(hù)芯片和與所述保護(hù)芯片連接的開關(guān)管組成，通過所述保護(hù)芯片和所述開關(guān)管對由所述多個(gè)單體電池串聯(lián)而成的充放電電路出現(xiàn)的短路或過電流進(jìn)行保護(hù)；

其中，所述開關(guān)管為MOS管、三極管、光電耦合器、繼電器或二極管。

進(jìn)一步地，所述電路保護(hù)模塊設(shè)置在相鄰兩個(gè)所述單體電池之間，以對任一與其相鄰的所述單體電池的過電流或短路進(jìn)行保護(hù)。

進(jìn)一步地，所述電路保護(hù)模塊由開關(guān)管構(gòu)成，與任一所述單體電池串聯(lián)或設(shè)置在相鄰兩個(gè)所述單體電池之間，以在任一單體電池發(fā)生短路或過電流的情況下，切斷所述多個(gè)單體電池之間的電路連接；

其中，所述開關(guān)管為MOS管。

進(jìn)一步地，所述管理系統(tǒng)包括控制器，所述均衡模塊與所述控制器相連，所述控制器能夠控制所述電壓檢測模塊對所述單體電池的電壓進(jìn)行檢測，同時(shí)所述控制器根據(jù)所述電壓檢測模塊檢測的結(jié)果控制所述均衡模塊開啟或斷開。

進(jìn)一步地，所述控制器具有PWM控制器，其輸出的PWM波形信號能夠控制所述均衡模塊的通斷；

其中，調(diào)節(jié)PWM波形占空比的大小，能夠控制所述均衡模塊的充放電流的大小，以調(diào)節(jié)充放電的速度。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還可以包括溫度檢測模塊，其與所述控制器相連，所述控制器能夠控制所述溫度檢測模塊以檢測所述系統(tǒng)的溫度，且根據(jù)所述檢測的結(jié)果控制所述均衡模塊的開啟或斷開；

所述電壓檢測模塊、所述均衡模塊和所述溫度檢測模塊通過隔離保護(hù)模塊與所述系統(tǒng)連接。

本發(fā)明的有益效果可以為：

本發(fā)明通過由開關(guān)管、二極管或三極管以及儲能元件構(gòu)成的多個(gè)均衡模塊分別并聯(lián)在所述多個(gè)單體電池的兩端，當(dāng)所述單體電池兩端的電壓高于與其相鄰的所述單體電池時(shí)，可以將儲能元件存儲的能量通過二極管或三極管轉(zhuǎn)移給所述與其相鄰的所述單體電池，從而主動對其他所述單體電池充電，直至相鄰單體電池間的電壓值基本上一致。因此，通過該多個(gè)均衡模塊同時(shí)主動對相鄰的單體電池充放電，不僅可以解決單體電池的電壓一致性差的問題，從而可以提高動力電池包的使用壽命，而且在充放電的過程中，電量由于只是通過儲能元件進(jìn)行轉(zhuǎn)移，因此，電量的損耗低，并且能夠提高均衡的效率。

進(jìn)一步地，由于多個(gè)單體電池相互之間串聯(lián)連接，在該單體電池的串聯(lián)電路中串接一電路保護(hù)模塊或在每一相鄰的所述單體電池間設(shè)置一所述電路保護(hù)模塊，當(dāng)所述單體電池的電流過大或發(fā)生短路時(shí)，該電路保護(hù)模塊能夠及時(shí)斷開該多個(gè)單體電池之間的電路連接，從而不會損壞所述單體電池，更不會發(fā)生電池爆炸等安全隱患。

再者，均衡模塊的開啟由所述管理系統(tǒng)的控制器進(jìn)行控制，由于該控制器具有PWM控制器，可以通過PWM波形占空比的大小，來調(diào)節(jié)均衡模塊的充放電電流，因此，不僅操作簡單且方便，而且充放電的電流可以調(diào)節(jié)至1A，能夠完全修復(fù)單體電池在充放電過程中出現(xiàn)的一致性差的問題，提高均衡的效率。

根據(jù)下文結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。

附圖說明

后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實(shí)施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池充放電管理系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是圖1所示電池充放電管理系統(tǒng)的均衡模塊一個(gè)實(shí)施例的示意性電路結(jié)構(gòu)圖；

圖3是圖2所示的均衡模塊另一個(gè)實(shí)施例的示意性電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4是圖2所示的均衡模塊其他實(shí)施例的示意性電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池充放電管理系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)框圖，該管理系統(tǒng)可以用于混合動力車輛或電動車輛中，以對動力電池包的多個(gè)單體1電池進(jìn)行充放電管理。所述管理系統(tǒng)一般性地可包括可以對所述多個(gè)單體電池1的電壓進(jìn)行測量的電壓檢測模塊2，用于均衡各個(gè)所述單體電池1兩端電壓的多個(gè)均衡模塊3,以及可以對所述單體電池1發(fā)生過電流或短路現(xiàn)象進(jìn)行保護(hù)的電路保護(hù)模塊4。其中，所述多個(gè)均衡模塊3分別并聯(lián)在所述多個(gè)單體電池1的兩端，當(dāng)相鄰所述單體電池1的電壓不一致時(shí)，可以通過均衡模塊3的充放電電路，將電壓值高的單體電池1的電量主動轉(zhuǎn)移至電壓值低的單體電池1中，如此，可以使多個(gè)單體電池1的電壓值基本上可以保持一致；同時(shí)，由于在充放電的過程中，通過所述單體電池1的電流容易過大，甚至單體電池1的兩端易發(fā)生短路，因此，通過與單體電池1串聯(lián)的電路保護(hù)模塊4，可以對單體電池1做出保護(hù)，及時(shí)地切斷單體電池1之間的連接。

在圖2的實(shí)施例中，所述管理系統(tǒng)的均衡模塊3可以由開關(guān)管31，二極管32以及儲能元件33構(gòu)成，其中，儲能元件33的一端與所述單體電池1的正極或負(fù)極相連，另一端與所述開關(guān)管31和所述二極管32相連。當(dāng)開關(guān)管31處于閉合狀態(tài)時(shí)，所述單體電池1通過由所述單體電池1、開關(guān)管31和儲能元件33構(gòu)成的回路對儲能元件33進(jìn)行充電，從而可以在所述儲能元件33中存儲能量，所述能量可以為電量。當(dāng)開關(guān)管31處于斷開狀態(tài)時(shí)，利用二極管32的單向?qū)щ娦?，儲能元?3存儲的能量可以通過由儲能元件33、二極管32與其他所述單體電池1構(gòu)成的回路轉(zhuǎn)移至電壓低的其他單體電池1中。如此，均衡模塊3通過儲能元件33的充放電可以實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移，即可以將電壓值高的所述單體電池1的能量轉(zhuǎn)移給電壓低的其他單體電池1中。

其中，儲能元件33可以為電感或電容。

在圖3的實(shí)施例中，均衡模塊3可以由開關(guān)管31，三極管32以及儲能元件33構(gòu)成，其中，三極管32有三個(gè)電極，分別為基極、集電極和發(fā)射極，其基極和集電極相連，儲能元件33的一端與所述單體電池1的正極或負(fù)極相連，另一端與所述開關(guān)管31和所述三極管32的發(fā)射極相連。當(dāng)開關(guān)管31處于閉合狀態(tài)時(shí)，所述單體電池1通過由所述單體電池1、開關(guān)管31和儲能元件33構(gòu)成的回路對儲能元件33進(jìn)行充電，從而可以在所述儲能元件33中存儲能量，所述能量可以為電量。當(dāng)開關(guān)管31處于斷開狀態(tài)時(shí)，由于三極管32的基極與集電極之間的PN結(jié)(集電結(jié))反向偏置(截止)，基極與發(fā)射極之間的PN結(jié)(發(fā)射結(jié))正向偏置(偏置)，儲能元件33存儲的能量可以通過由儲能元件33、三極管32的發(fā)射結(jié)與其他所述單體電池1構(gòu)成的回路轉(zhuǎn)移至電壓低的其他單體電池1中。如此，均衡模塊3通過儲能元件33的充放電可以實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移，即可以將電壓值高的所述單體電池1的能量轉(zhuǎn)移給電壓低的其他單體電池1中。其中，與圖2的實(shí)施例中的采用二極管的方案相比，用三級管的一個(gè)PN結(jié)可以補(bǔ)償溫度漂移，比用一個(gè)普通的二極管好。

其中，儲能元件33可以為電容或電感。

在圖2至圖4的實(shí)施例中，可以設(shè)置一個(gè)所述電路保護(hù)模塊4，與任一所述單體電池1串聯(lián)連接，當(dāng)由收尾串聯(lián)的所述多個(gè)單體電池1構(gòu)成的支路發(fā)生過電流或短路現(xiàn)象時(shí)，該電路保護(hù)模塊4可以及時(shí)斷開該支路，以切斷所述單體電池1的工作路徑，從而所述單體電池1可以得到保護(hù)。

或者，可以在每個(gè)省所述單體電池1的一端串接一保護(hù)模塊4，如此，當(dāng)任一單體電池1的某一端點(diǎn)的電流過高時(shí)，該端點(diǎn)對應(yīng)的保護(hù)模塊4可以根據(jù)檢測的結(jié)果，及時(shí)地切斷該單體電池的端點(diǎn)，從而避免整體電池包的單體電池?fù)p壞或發(fā)生爆炸等現(xiàn)象。

在圖3的實(shí)施例中，所述保護(hù)模塊4包括一保護(hù)芯片41和一第二開關(guān)管42，當(dāng)所述多個(gè)單體電池1正常工作時(shí)，該保護(hù)芯片41和第二開關(guān)管42相當(dāng)于導(dǎo)線，不影響電池1的充放電工作；當(dāng)單體電池1的電流過高時(shí)，保護(hù)芯片迫使第二開關(guān)管42斷開，從而可以及時(shí)切斷單體電池1之間的連接，避免電池?zé)龎纳踔帘ǖ劝踩[患。

在圖4的實(shí)施例中，所述保護(hù)模塊4可以僅由第二開關(guān)管構(gòu)成，當(dāng)所述多個(gè)單體電池1正常工作時(shí)，該第二開關(guān)管42相當(dāng)于導(dǎo)線，不影響電池1的充放電工作；當(dāng)單體電池1的電流過高時(shí)，第二開關(guān)管42自動斷開，從而切斷單體電池1之間的連接，避免了電池?zé)龎纳踔帘ǖ劝踩[患。

在以上任一實(shí)施例中，所述第二開關(guān)管可以為MOS管、三極管、光電耦合器、繼電器或二極管。

如圖1所示，所述管理系統(tǒng)包括控制器5，所述均衡模塊3與所述控制器5相連，所述控制器5可以控制所述電壓檢測模塊2對所述多個(gè)單體電池1的電壓進(jìn)行檢測，同時(shí)所述控制器5根據(jù)所述電壓檢測模塊2檢測的結(jié)果控制所述均衡模塊3的開啟或斷開。

其中，當(dāng)檢測的結(jié)果為所述多個(gè)單體電池的電壓不一致時(shí)，控制器5可以控制均衡模塊3開啟，通過該均衡模塊3與單體電池1形成的回路進(jìn)行充放電，以均衡各單體電池的電壓，直至所述多個(gè)單體電池的電壓基本上一致。當(dāng)檢測的結(jié)果為所述多個(gè)單體電池的電壓一致時(shí)，則均衡模塊3與多個(gè)單體電池1的連接。

所述控制器5可以包括PWM控制器，PWM控制器輸出的PWM波形信號可以控制所述均衡模塊的通斷。這種以數(shù)字輸出信號的方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。

其中，調(diào)節(jié)PWM波形占空比的大小，可以調(diào)節(jié)所述均衡模塊的充放電流的大小，從而可以控制充放電的速度。

所述系統(tǒng)還可以包括溫度檢測模塊6，其與所述控制器5相連，所述控制器5可以控制所述溫度檢測模塊6以檢測所述系統(tǒng)的溫度，該溫度檢測模塊6將檢測的結(jié)果反饋給控制器5，控制器5根據(jù)所述檢測的結(jié)果可以控制所述均衡模塊的開啟或斷開。

其中，所述電壓檢測模塊2、所述均衡模塊3和所述溫度檢測模塊6可以通過隔離保護(hù)模塊與所述控制器5連接，從而可以通過該隔離保護(hù)模塊切斷噪聲干擾的路徑，以達(dá)到抑制噪聲干擾的目的。

所述系統(tǒng)可以包括存儲模塊7和CAN總線模塊8，它們分別與控制器5相連，其中，存儲模塊7可以用于存儲所述檢測結(jié)果，CAN總線模塊8可以將其獲取的單體電池的數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器5，從而控制器5可以根據(jù)收到的所述數(shù)據(jù)發(fā)送相應(yīng)的指令控制均衡模塊3的開啟。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。