一種鋰電池組電源管理系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋰電池充放電保護技術領域，具體涉及一種鋰電池組電源管理系統。
【背景技術】
[0002]目前，電動汽車以其獨特的節能環保的優勢引起越來越多的國家的重視，開展了大量的相關研究和開發工作。其中動力鋰電池電源以其所具備的體積小、質量輕、能量密度大、無記憶效應、使用壽命長、使用范圍廣、工作電壓高和自放電率低等優點而成為主流電動力源技術。然而動力鋰電池電源是由多個鋰電池電池通過串聯、并聯等方式組合而成;在電池組中，單體之間的差異總是存在的，由此造成一些不利因素。以容量為例，其差異性是逐步惡化的。組中流過同樣電流，相對而言，容量大者總是處于小電流淺充淺放，容量衰減較慢;而容量小者總是處于大電流過充過放，容量衰減加快，兩者之間性能參數差異越來越大，結果小容量提前失效，組壽命縮短。即使組中電池容量一致，但由于工藝等因素造成內阻不一致，使得充放電過程中單體電壓變化也不一致，影響電池壽命。為此，動力鋰電池電源管理成為了電動汽車領域一個重要的技術關鍵點。
[0003]通常地，動力鋰電池成組串聯使用，多組之間再串聯及并聯形成電池包。電池組充電時若有一個電池充電電壓達到設定值(例如4.2V)，即切斷充電回路以避免過充電。這樣往往造成“木桶效應”，電池組總電量受某個單體電池限制，充電只能將一個單體電池充滿，整個電池組不滿，導致電池組放電容量變小。同樣，電池組放電時若有單體達到設定值即需切斷放電回路以避免過放電，進一步縮小電池組放電容量。為此人們采用一些充放電均衡技術來試圖改善這個問題。一個顯而易見的措施是給每只電池各增加一個旁路裝置進行分流。如每個電池都并聯一個MOSFET開關，過充電時通過旁路電阻、電容分流等。但這些僅適合小功率場合，在大功率條件下效果并不明顯，而且會帶來發熱、難以控制等相關問題。目前人們開始關注一種可以在大功率條件下應用的能量轉換式均衡技術，即以反激轉換器為中介，當單體電池過充時，把這個電池多余的能量反饋到整個電池組上去；當單體電池過放時，由鋰電池組整體向單體電池進行補充電。由于變壓轉換器的同軸線圈存在一定的能量損失，造成均衡效率降低，同時也造成均衡電路體積大，線圈繞組較難控制，電路成本較高等問題。
[0004]上述的均衡技術都是基于分流原理，在不斷開電池的工作回路的前提下對于偏離多數區間的單體電池或者進行分流減負，或者進行匯流補充。其主要問題是大功率的分流、匯流效果不易實現，而且當單體電池處于過充電、過放電時仍需持續工作，一旦均衡控制措施匹配不佳時會加速電池老化;同時也無法簡單地用新電池替換舊電池。
[0005]要克服分流均衡的缺點，可以采用斷流均衡的方法，即對每一個電池并聯一個單刀雙擲開關(機械觸點或電力電子部件)，一旦電池出現過充電、過放電時即轉換開關將電池單獨旁路斷開，避免電池過度使用，同時減輕木桶效應的影響，方便更換新電池。此方法雖然簡單，但動力電池往往應用于大功率、大電流場合，導致技術上不易實現。若此開關用MOSFET、IGBT功率管實現，則成本大增，且在大電流時易出現過熱等不利情況，以及低壓與高壓部分的隔離措施復雜的問題。若采用電磁式繼電器方案，則電磁驅動可靠性問題難以解決，降低安全性。常規的電磁式繼電器，其驅動繼電器觸點閉合和斷開的驅動機構都是電磁線圈，在大功率使用中會有燒觸點和莫名其妙的跳閘現象，其根本原因是觸點壓力不夠大所造成的。由于這些限制因素，斷流均衡的方法在工程上實際也無法應用。
【發明內容】
[0006]針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種鋰電池組電源管理系統。該裝置能夠以較為簡單、經濟的方式來實現電池單體的過充、過放異常狀態的保護，從而改善電池組的使用容量并延長電池組的使用壽命，并且具有高可靠性。
[0007]為達到以上目的，本發明采用的技術方案是:一種鋰電池組電源管理系統，包括在串聯的電池組中的每個電池均并聯一個轉換開關，所述轉換開關連接能夠監測所述電池是否處于過充、過放、過熱狀態并發出相應驅動信號的電池組控制單元，其中所述轉換開關采用電機式繼電器。
[0008]進一步，所述電池組串聯一個連接所述電池組控制單元的電池組開關，所述電池組開關采用電機式繼電器。
[0009 ]進一步，所述電機式繼電器包括微型電機加渦輪蝸桿減速機構。
[0010]進一步，所述轉換開關為轉換型，采用的所述電機式繼電器包含由一個動觸點與兩個靜觸點構成的單刀雙擲機械開關，所述單刀雙擲機械開關包括常閉和轉換兩種狀態。
[0011]進一步，所述電池組開關為常開型，采用的所述電機式繼電器包含由一個動觸點與一個靜觸點構成的單刀單擲機械開關，所述單刀單擲機械開關包括常開和閉合兩種狀
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[0012]進一步，每個所述電機式繼電器均通過專用的繼電器驅動電路連接所述電池組控制單元并獲得所述電池組控制單元發出的所述驅動信號。
[0013]進一步，所述電池組控制單元與上級管理單元連通。
[0014]更進一步，所述電池組控制單元通過CAN通信總線與上級管理單元連通。
[0015]進一步，所述電機式繼電器通過所述電池組獲得電源。
[0016]進一步，所述電池組控制單元通過所述電池組獲得電源。
[0017]本發明的有益效果有以下幾點:
[0018]1.順應動力鋰電池組電源管理進一步精細化的要求，較好地實現了電池單體的過充、過放、過熱異常狀態的保護，改善了電池組的使用容量并延長電池組的使用壽命；
[0019]2.電源管理系統以較為簡單的方式實現了充放電均衡的目標，同時具備適應大功率使用環境、高可靠性的優點，電機式繼電器耐沖擊電流大，可以達到標定電流的60倍以上，能夠在強恒定磁場下正常工作，顯著地改善了傳統繼電器在閉合和斷開的過程中出現的拉弧、打火或者抖動現象；
[0020]3.系統實現方案具有控制簡單、成本較低的優勢，并且可以較好地適應鋰電池單體狀態差異較大的使用條件；
[0021]4.電機式繼電器顯著降低了機械開關的接觸電阻，可低于0.3πιΩ，而且需要的驅動電流小，功耗更低；同時具有體積小，重量輕的優點。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明【具體實施方式】中所述鋰電池組電源管理系統的電路圖；
[0023]圖2是本發明【具體實施方式】中所述繼電器驅動電路的電路圖；
[0024]圖中:1_電池，2-單刀雙擲機械開關，3-單刀單擲機械開關，4-轉換開關，5-繼電器驅動電路，6-電池組控制單元，7-CAN通信總線、8-電池組開關。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。
[0026]如圖1所示，一種鋰電池組電源管理系統，包括給串聯在電池組中的每一個電池I(的正負極端子)都并聯一個由電機式繼電器構成的轉換開關4，轉換開關4所米用的電機式繼電器包含由一個動觸點與兩個靜觸點構成的單刀雙擲機械開關2，單刀雙擲機械開關2包括常閉和轉換兩種狀態(圖1中，每個電池都設置有一個單刀雙擲機械開關2，電池組中的電池數量為4個，僅為示例)。
[0027]還包括設置一個與電池組串聯的電池組開關8，電池組開關8同樣采用電機式繼電器，電池組開關8所采用的電機式繼電器包含由一個動觸點與一個靜觸點構成的單刀單擲機械開關3，單刀單擲機械開關3包括常開和閉合兩種狀態。
[0028]還包括一個能夠監測電池組中的每個電池I以及整個電池組的狀態的電池組控制單元6(電池組控制單元6通過連接在每個電池I上的電壓探