一种电池管理系统动态均衡电路及其动态均衡方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池管理系统(BMS)，特别涉及一种电池管理系统动态均衡电路及其动态均衡方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池等新型电池在串联使用时，为了保证电池的安全使用，一般需要配置电池管理系统(BMShBMS的作用主要用来实时检测电池单体的电压，如果串联电池组的各个单体电压不一致，还需要进行均衡，均衡功能指BMS所具备的使电池组中各个单体的电压和容量及充放电特性趋于一致的一种功能，常用方法有两种:能量耗散型单向均衡和能量转移型双向均衡。
[0003]能量耗散型单向均衡:指在每串电池上并联一个可以开关的放电电阻，BMS控制放电电阻对电压较高的单体放电，电能以热的形式耗散掉;这种方式存在的不足是只能对电压高的单体放电，不能对容量低的单体进行补充电。
[0004]能量转移型双向均衡:是在BMS内部控制一个双向高频开关电源变换器，对电压较高的电池放电，放出的能量用来对电压较低的单体进行充电，能量主要是转移而不是耗散，能量损失较少，通过“削高补低”，能量转移的方式有效弥补电池的差异性。这种将多余量转移到高能量电芯，放电的多余能量转移到低能量电芯的方法称为主动均衡技术。
[0005]在申请号为201510348743.2、名称为《一种电池管理系统的动态均衡电路及其动态均衡方法》的中国专利申请中，公开了一种带冗余检测功能的能量转移型双向均衡电池管理系统，其基本原理图如图1所示。该电路对同一个单体电池所采集的两个电压进行冗余判断，以决定是否启动各单体均衡电池管理。电路简单，方法实用，可以明显提高单体电池电压检测的准确性，显著减少由单体电压采集错误导致的误单体均衡电池管理。存在的不足是:在不同温度环境下都以恒定电流进行单体均衡电池管理显得不太合适。若在高温环境下，还是满负荷给电池进行单体均衡管理，对于采集均衡模块和电池的使用寿命都是不利的。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种电池管理系统动态均衡电路及其动态均衡方法，进一步提尚了 BMS广品的可靠性。
[0007]为此，本发明提出的一种电池管理系统动态均衡电路包括单体电池电压采集电路、双向尚频开关电源变换器及控制电路，所述控制电路控制双向尚频开关电源变换器，对电压较高的单体电池放电，放出的能量用来对电压较低的单体电池进行充电；还包括单体电池温度采集装置，检测各个单体电池温度，控制器依据不同单体的温度，动态调节各个单体的均衡充放电电流大小。
[0008]本发明提出的电池管理系统动态均衡方法包括如下步骤:S1、采集单体电池电压；S2、控制电路控制双向高频开关电源变换器，对电压较高的单体电池放电，放出的能量用来对电压较低的单体电池进行充电;还包括如下步骤:S3、检测各个单体电池温度;S4、控制器依据不同单体的温度，动态调节各个单体的均衡充放电电流大小。
[0009 ]本发明还给出了具体的动态调节方法。
[0010]本发明的优点在于，增加了依据BMS采集均衡模块内部环境温度及各单体电池的环境温度双重冗余判断动态调节均衡充放电电流大小的功能，进一步提高了 BMS产品的可靠性，确保BMS的安全管理。
【附图说明】
[0011 ]图1是现有技术电池管理系统基本原理示意图。
[0012]图2是本发明实施例一动态均衡电路原理图。
[0013]图3是本发明实施例二原理框图。
【具体实施方式】
[0014]本发明实施例采用能量转移型双向均衡方法，可最大限度的降低损耗，提高能效管理。实施例中增加了依据BMS采集均衡模块内部环境温度及各单体电池的环境温度双重冗余判断动态调节各单体均衡充放电电流大小的功能，进一步提高了BMS产品的可靠性。其技术方案概述如下:
[0015]1)增加各个单体温度检测，通过实时监测采集均衡模块的各单体温度，当单体温度高于第一门限值(如75度，本发明所称温度均为摄氏度，下同)时，逐步缩小各单体均衡充放电电流:温度限均衡电流从75度开始，开始时最大可均衡电流为2000mA，单体温度每升高5度，均衡电流降低500mA。当高于最高温度门限值(默认:90度，该值可以由上级主控单元设置)的时候，为了电池的安全管理，还可以禁止BMS的单体均衡管理。当温度在合理的门限范围内，才满负荷电流对单体电池进行快速的均衡充放电电池管理。
[0016]这样，就能在不增加广品硬件成本的基础上，进一步提尚了广品及电池的安全可靠管理及使用寿命。
[0017]2)检测采集模块CPU内部的环境温度(CPU的AD外设自身的温度)，双重判断；当环境温度高于第一门限值(如75度)时，逐步缩小各单体均衡充放电电流:温度限均衡电流为75度开始，开始时最大可均衡电流为2000mA，环境温度每升高5度，均衡电流降低500mA。当高于最高温度门限值(默认:90度，该值可以由上级主控单元设置)的时候，为了电池的安全管理，还可以禁止BMS的单体均衡管理。当温度在合理的门限范围内，才满负荷电流对单体电池进行快速的均衡充放电电池管理。
[0018]3)通过采集模块CPU的A/D3通道对各个单体电池温度进行检测；
[0019]4)利用各单体电池温度检测及CPU自身的环境温度双重冗余判断，依据两组检测的温度大小，动态调节各单体均衡充放电电流的大小。
[0020]若两组检测温度不一致，可以上报温度异常告警，同时调小各单体均衡电流充放电。
[0021]实施例一:
[0022]本实施例改进的电池管理系统的动态均衡电路如图2所示。具体实施采用的单元电路、元件具体型号与功能说明如下:
[0023]包括以下电路单元:
[0024]1)高速信号电子开关S1?S5，本例单体数量为4个，因此高速信号电子开关为5个。实际应用中，单体数量依据具体应用，可远大于5个，高速信号电子开关S1?S5器件型号为高耐压的固体继电器，型号是:继电器光耦-PS7241-2A-Dual Channels-MOSFET输出-400V-120ι?Α-30Ω -1500V-S0P8-UL+EU。
[0025]高速信号电子开关S1?S5在电路中的具体功能是切换需要采集通道的电池单体。特点是:寿命长，耐压高，切换速度快。
[0026]2)第一 AD变换器，为高精度精密运放调理电路。
[0027]型号是:Operat1nAmplif ier,AD622, Single Channels , lmV,0.7V/us , S0P8,Instrumentat1n Amp-G&V1 different。
[0028]第一AD变换器1在电路中的具体功能是把切换过来采集的单体电压进行调理转换成采集模块CHJ可以采集的电压。此处采集模块CPU可采集的电压范围为0?3.3vdc。
[0029]3)第二 AD变换器，为高精度运放调理电路。
[0030]第二AD变换器2在电路中的具体功能把切换过来采集的单体电压进行调理转换成采集模块CHJ可以采集的电压。此处采集模块CPU可采集的电压范围为0?3.3vdc0
[0031]第二AD变换器的型号是:运算放大器-0P07C-SingleChannels-0.15mV-0.3V/us-S0P8-。光电隔离器型号是HCPL7800。运算放大器的作用是对采集的单体电压进行调理，调理成合适的电压供CPU采集，光电隔离器作用是对电池进行安全隔离采集。
[0032]4)温度采集信息单元，包括4051通道切换电路和第三AD变换器。各单体温度信息经过4051通道切换电路将多路温度信息在同一时间切换为1路温度信息，再经过运放进入CPU的第三AD变换器。
[0033]4051通道切换电路功能是:通过CPU的控制，在不同时刻将多路温度信息切换成1路温度信息进入第三AD变换器。型号是:B$Analog Switch/Multiplexer ,CD74HC4051,8Channel Bidirect1nal Analog Switch，S0P16o
[0034]第三AD变换器3，功能是将温度信息调理成合适的电压后进入CPU的A/D3采样。型号:运算放大器-0P07C- Sing 1 e Channe 1 s - 0.15mV- 0.3V/us - S0P8 -。
[0035]采集模块CPU，不限于MCU或者DSP，ARM不等，本例中的型号是:MC9S08DE60。
[0036]采集模块CPU在电路中的具体功能是采集两个通道的单体电压，并比较差异，排列最高的单体节数和最低的单体节数，并控制对最高的单体节数进行放电，对最低的单体节数进行充电