专利名称：锂离子动力电池的单体均衡化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及混合动力汽车的动力电池，尤其是一种锂离子动力电 池的单体均衡化系统。
技术背景混合动力汽车的动力电池由多个单体串联组成，动力电池的类型 有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等。锂离子动力电池具有能量密 度高、可大电流充放电、无记忆效应、原材料成本低等诸多优点，将 取代铅酸电池、镍氢电池，成为动力电池的赢家。影响动力电池性能和寿命的主要因素包括电池温度、电池内阻、 单体电池一致性等，电池单体由于制造和使用环境的差异性，在电池 的使用过程中，电池单体的差异性将逐步恶化，锂离子电池单体的不 一致性不仅影响电池的性能和寿命，而且影响电池的安全，锂离子电 池系统总有单体电压高的电池，相对组内其它电池较早地进入过充电 状态，发生过充的电池单体随着充电的不断进行，极化作用加强，升 温加剧，伴随不可逆的析气反应，电池容量降低，并有可能在充电结 束后的短时间内使电池内部物质燃烧，导致电池报废。为了提高锂离子动力电池的可靠性和系统的安全性，延长电池锂 离子动力电池的寿命，管理系统应具有电池单体均衡化的功能。现有技术采用能量消耗的原理实现电池单体B的均衡化管理，如图1所示，放电电阻Rh R2…^分别通过可控开关SWb SWfSWn、 SWnn与电池单 体Bh B2…Bn并联，控制模块1判断出电池单体Bh B2…Bn中出现差异性的单体，控制相应的放电电阻与电池单体连接，通过放电的方法， 降低电压较高的电池单体的容量，实现单体均衡化，现有技术只能在 电池静态过程中实现，且均衡化过程伴随热量产生，不仅消耗电池的 能量，而且产生了大量的热量，增加了热管理设计的难度。此外，在 均衡化过程中的能量消耗不仅降低了电池的能量效率，而且放电电阻产生的热量也增加了电池热管理设计的难度。 发明内容本发明的目的在于提供一种通过能量转移来实现单体均衡化的 锂离子动力电池的单体均衡化系统。为实现上述目的，本发明提供的一种锂离子动力电池的单体均衡 化系统，包括至少两个相串连的电池单体B，任意两个相邻的电池单体B上各自并联一个可控开关K，两个可控开关K之间串联一个电容C， 两个可控开关K处于与其中的任意一个电池单体B接通或断开的两种 电连接状态，电压采集控制模块采集电池的电压并经处理后输出控制 信号驱动相应的可控开关K，使电容C与待处理的电池单体B连通。本发明通过控制可控开关K与电池单体B的通断使电池单体B对 电容C充电或使电容C放电，成功地实现了电荷从电压高的电池单体 B向电压低的电池单体B的转移，提高了电池的性能，延长了电池的 寿命，既适用于静态均衡化管理，也适用于动态均衡化管理，同时， 既避免降低电池的能量效率，也避免增加电池热管理设计的难度。
图1是现有技术的控制电路图；图2是本发明的电路图；图3是本发明的控制电路图；图4时本发明的控制流程图。
具体实施方式
一种锂离子动力电池的单体均衡化系统，包括至少两个相串连的 电池单体B，任意两个相邻的电池单体B上各自并联一个可控开关K， 两个可控开关K之间串联一个电容C，两个可控开关K处于与其中的 任意一个电池单体B接通或断开的两种电连接状态，电压采集控制模 块10采集电池的电压并经处理后输出控制信号驱动相应的可控开关 K，使电容C与待处理的电池单体B连通，待处理的电池单体B对电容 C充电或使电容C对待处理的电池单体B放电。两个或两个以上的待处理的电池单体B直接或间接相邻，即可以相邻，也可以不相邻。直接相邻是指两个或两个以上的待处理的电池单体B的正、负极相接，间接相邻是指两个或两个以上的待处理的电 池单体B之间间隔有一个或多个电池单体B。待处理的电池单体B可 以是一个，也可以是两个或两个以上，两个或两个以上的电池单体B 相距较远时，电压采集控制模块10频繁地控制可控开关K在电池单体 B之间切换，通过能量的传递实现能量的转移，在这种情况下，实现 单体均衡化所需要的时间要高于两个临近的电池单体B的均衡化。所述的可控开关K采用继电器J,其动触点与电容C相连，其两 个静触点分别与电池单体B的正负极相连，如图2所示，实施例中选 用电磁继电器J。所述的电压采集控制模块10采集电池包两端的电压U和各个电 池单体B的电压，并计算电池单体B的平均电压U,，U,-U/n, n为电 池单体的个数，然后计算各个电池单体B的电压与平均电压U^的差值A Un，若A Un的绝对值大于电池单体B需要进行均衡化管理的阈值AU，则标记该电池单体B，若AUn为正值，则标记该电池单体B需要进行放电均衡化管理，若AUn为负值，则标记该电池单体B需要进行充电均衡化管理。所述的电压采集控制模块10包括单片机11，单片机11的输出端 与电阻R相连，电阻R的阻值在1KQ和2KQ之间，电阻R与N沟道的 M0S场效应管Q的栅极相连，M0S场效应管Q的源极接地，电磁继电器 J的线圈分别与M0S场效应管Q的漏极、12V电源VCC的正极相连，电 源VCC为控制电路提供电源，单片机11通过多个M0S场效应管Q可驱 动多个继电器J，如图3所示。当电压采集控制模块IO执行完所有的 判断，并标记所有需要均衡化管理的电池单体B后，单片机ll输出相 应的控制信号，经电阻R升压，再经MOS场效应管Q驱动继电器J动 作。结合图2、 4对本系统作进一步的说明。由锂电池的特性决定，各电池单体B之间的电压差不能超过0. IV， 其中Uave是单体平均电压，电压采集控制模块10采集每个电池单体B5的电压Un，经处理器处理后，假使判断U广Uave>0. 1V和U3-Uave〈-0. IV，标记电池单体Bi需要放电，标记电池单体B3需要充电，单片机ll输 出控制信号驱动继电器Ji，其动触点la与静触点lb闭合，驱动继电 器J"使其动触点2a与静触点2b闭合，电池单体Bi与电容d连通， 电池单体B^合电容d充电，当判断电容d充满电后，单片机ll输出 控制信号驱动继电器Jo其动触点la与静触点lc闭合，驱动继电器 J2，其动触点2a与静触点2c闭合，驱动继电器J3，其动触点3a与静 触点3b闭合，驱动继电器J4，其动触点4a与静触点4b闭合，电容d对电容C2充电，当电容C2充满电，单片机11输出控制信号驱动继电 器J3，其动触点3a与静触点3c闭合，驱动继电器J4，其动触点4a与静触点4c闭合，电容C2与电池单体B3连通，电容C2对电池单体B3充 电，通过这个过程，实现电荷从电压低的电池单体B3的转移，实现单体能量均衡化管理。本发明可用于电池静态或动态过程中的均衡化管 理，均衡化过程既避免消耗电池能量，也避免在电池包内部产生热量。 本发明的核心在于利用能量转移原理，通过控制继电器J与待处 理的电池单体B接通，使电压高的电池单体B对电容C充电，再使该 电容C对电压低的电池单体B放电，实现能量在电压高的电池单体B 和电压低的电池单体B之间转移，从而实现单体的均衡化。
权利要求
1、一种锂离子动力电池的单体均衡化系统，包括至少两个相串连的电池单体B，其特征在于任意两个相邻的电池单体B上各自并联一个可控开关K，两个可控开关K之间串联一个电容C，两个可控开关K处于与其中的任意一个电池单体B接通或断开的两种电连接状态，电压采集控制模块(10)采集电池的电压并经处理后输出控制信号驱动相应的可控开关K，使电容C与待处理的电池单体B连通。
2、 根据权利要求1所述的锂离子动力电池的单体均衡化系统，其 特征在于两个或两个以上的待处理的电池单体B直接或间接相邻。
3、 根据权利要求1所述的锂离子动力电池的单体均衡化系统，其 特征在于所述的可控开关K采用继电器J，其动触点与电容C相连， 其静触点分别与电池单体B的正负极相连。
4、 根据权利要求1或2所述的锂离子动力电池的单体均衡化系 统，其特征在于所述的电压采集控制模块(10)采集电池包两端的 电压U和各个电池单体B的电压，并计算电池单体B的平均电压U,，然后计算各个电池单体B的电压与平均电压Uave的差值AUn,若A Un的绝对值大于电池单体B需要进行均衡化管理的阈值AU，则标记该电 池单体B，若AlL为正值，则标记该电池单体B需要进行放电均衡化 管理，若AUn为负值，则标记该电池单体B需要进行充电均衡化管理。
5、 根据权利要求1或2所述的锂离子动力电池的单体均衡化系统， 其特征在于所述的电压采集控制模块(10)包括单片机(11)，单片 机(11)的输出端与电阻R相连，电阻R与N沟道的MOS场效应管Q 的栅极相连，MOS场效应管Q的源极接地，继电器J分别与MOS场效 应管Q的漏极、12V电源VCC的正极相连。
全文摘要
本发明涉及一种锂离子动力电池的单体均衡化系统，包括至少两个相串连的电池单体B，任意两个相邻的电池单体B上各自并联一个可控开关K，两个可控开关K之间串联一个电容C，两个可控开关K处于与其中的任意一个电池单体B接通或断开的两种电连接状态，电压采集控制模块采集电池的电压并经处理后输出控制信号驱动相应的可控开关K，使电容C与待处理的电池单体B连通。本发明通过控制可控开关K与电池单体B的通断使电池单体B对电容C充电或使电容C放电，成功地实现了电荷从电压高的电池单体B向电压低的电池单体B的转移，提高了电池的性能，延长了电池的寿命，既适用于静态均衡化管理，也适用于动态均衡化管理。
文档编号H02J7/00GK101262138SQ20081009374
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月18日 优先权日2007年12月5日
发明者张维鑫, 戴润义, 林 邱, 马建新 申请人:奇瑞汽车股份有限公司