專利名稱：電池組管理及無損均衡系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及自動化技術領域，具體說是一種對電動汽車電池組內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。
背景技術：
電池組的電池管理是指通過實時檢測和估算電池組內各單體電池的狀態(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，預防電池組不一致性擴散，并據此提供電池組的優化使用方法，保障其使用的安全性及長壽命。能源緊張及環保危機迫使中國市場急需開發和生產新能源電動汽車，而發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(溫度、電壓、電流、最大可用容量等)產生不一致，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，是防止電池過充、過放的主要依據，只有通過電池管理及均衡系統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。為了發揮鋰離子電池的優勢，避開其缺點，發展電動汽車電池管理及均衡系統已成為必然。
發明內容
為克服現有鋰離子電池組存在的不能對單體電池各種參數的不一致性自動調整及控制的不足，本發明的發明目的在于提供一種電池組管理及無損均衡系統，通過對動力電池組單體電池的各種參數進行實時在線測量，進而對各單體電池的不一致性進行估算， 經系統中的無損均衡電路對單體電池實施動態在線均衡，同時實施必要的控制，以實現提高電池組的安全性能，延長其使用壽命的目的。為實現上述目的，本發明充電機經動力電池組與負載連接，其特征在于電池管理模塊經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接，中央處理器與電動汽車能源管理系統連接，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、信號驅動和保護模塊、數字信號處理器、模塊通信單元與電池參數檢測模塊組成；電池管理模塊的均衡功率單元、電池參數檢測模塊分別與動力電池組的電池模塊連接；均衡功率單元經信號驅動和保護模塊與數字信號處理器、模塊通信單元與中央處理器分級聯接；電池參數檢測模塊經數字信號處理器、模塊通信單元與中央處理器分級聯接，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。電池參數檢測模塊采用1個模塊檢測十二個單體電池參數的集中測量方案，將電池模塊各單體電池的單體電壓及溫度信號整形、處理轉換為標準信號送入數字信號處理器， 數字信號處理器根據各單體電池參數，計算各單體電池的不一致性差異并根據不一致性差異的結果輸出脈寬調制信號至脈寬信號驅動和保護模塊，脈寬信號驅動和保護模塊將數字信號處理器輸出的脈寬調制信號放大整形后控制均衡功率單元中的MOS管的關斷與導通， 通過不同MOS管的關斷與導通，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移，達到均衡各單體電池不一致性的目的。同時，數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。本發明可對動力電池組總電壓、總電流及各單體電池的各種參數進行實時在線測量，對各單體電池的不一致性進行估算，通過系統中的無損均衡電路，對單體電池的充電、 放電、靜置實施動態在線無損均衡，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。本發明與現有技術相比，具有以下優點
1、采用分層、分級管理一個電池管理模塊管理數個單體電池，一套管理系統管理數個電池管理模塊。2、無損耗均衡通過能量的轉移，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于20mv。3、電壓、溫度測量精度高電壓測量精度優于0. 5%，溫度測量誤差小于2°C。4、能監測電池組充電、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據支持。5、具有RS485、CAN標準工業接口。
圖1為本發明電路邏輯原理框圖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。
具體實施例方式如圖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分級聯接，中央處理器9與電動汽車能源管理系統13連接，電池管理模塊3為數個。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、信號驅動和保護模塊5、數字信號處理器6、模塊通信單元7與電池參數檢測模塊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經信號驅動和保護模塊5與數字信號處理器6、模塊通信單元7與中央處理器9分級聯接；電池參數檢測模塊8經數字信號處理器6、模塊通信單元7與中央處理器9分級聯接，電池模塊2為數個。電池參數檢測模塊8采用1個模塊檢測十二個單體電池參數的集中測量方案，將電池模塊2的各單體電池的單體電壓及溫度信號整形、處理轉換為標準信號送入數字信號處理器6，數字信號處理器6根據各單體電池參數，計算各單體電池的不一致性差異并根據不一致性差異的結果輸出脈寬調制信號至脈寬信號驅動和保護模塊5，脈寬信號驅動和保護模塊5將數字信號處理器輸出的脈寬調制信號放大整形后控制均衡單元1中的場MOS管的關斷與導通，通過不同MOS管的關斷與導通，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移，達到均衡各單體電池不一致性的目的。同時，數字信號處理器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，假設兩電池電壓出現不一致，如VB1 大于VB2，則Qll導通，電池Bl向電感Ll充電，當Qll截止時，Ll為了續流，與B2、D12構成回路，電感中儲存的能量就轉移到B2中實現了能量從電池Bl到B2的轉移。同理，當VBl 小于VB2時，則通過Q12的通斷來實現能量從B2到Bl的轉移。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，因而最終實現整組電池的均衡。
權利要求
1.一種電池組管理及無損均衡系統，充電機(14)經動力電池組(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)分級聯接，中央處理器(9)與電動汽車能源管理系統(13)連接，電池管理模塊(3)為兩個及以上。
2.根據權利要求1所述的電池組管理及無損均衡系統，其特征在于所述電池管理模塊(3)由均衡功率單元(1)、信號驅動和保護模塊(5)、數字信號處理器(6)、模塊通信單元 (7)與電池參數檢測模塊(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)經信號驅動和保護模塊(5)、數字信號處理器(6)、模塊通信單元(7)與中央處理器(9)分級聯接；電池參數檢測模塊(8 )經數字信號處理器(6 )、模塊通信單元(7 )與中央處理器(9 )分級聯接，電池模塊 (2)為兩個及以上。
3.根據權利要求1所述的電池組管理及無損均衡系統，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。
全文摘要
一種電池組管理及無損均衡系統，用于對電動汽車電池組內各單體電池的一致性進行管理并控制。充電機經動力電池組與負載連接，電池管理模塊經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接，中央處理器與電動汽車能源管理系統連接。可對動力電池組總電壓、總電流及各單體電池的各種參數進行實時在線測量，對各單體電池的不一致性進行估算，通過系統中的無損均衡電路，對單體電池的充電、放電、靜置實施動態在線無損均衡，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。本發明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于20mv，電壓、溫度測量精度高。
文檔編號H02J7/00GK102231552SQ20111018636
公開日2011年11月2日 申請日期2011年7月5日 優先權日2011年7月5日
發明者劉豐源, 劉士杰, 王國安, 陳書倫 申請人:湖北德普電氣股份有限公司