一种电池管理装置、电源系统及电池均衡的方法_3

文档序号:9710579阅读:来源:国知局
泛的应用于各种需要管理的电池上,例如锂电池。本发明还提供了一种电源系统,如图7所示,其包括:若干个串联的电池包、若干个用于管理电池包的电池管理装置、及用于控制所述若干个电池管理装置的中央控制器,每个电池包电连接一电池管理装置后通过总线与中央控制器电连接,所述电池管理装置为上述的电池管理装置中任意一种。本发明提供的电源系统其通过每个电池包相应配置一个电池管理装置,且通过中央控制器管理协调各个电池管理装置。
[0030]再次参见图8至图11所示,本发明还提供了一种电源系统的电池均衡的方法,其主要包括以下步骤:
S10、每个电池管理装置检测与其连接的电池包中每个电池的状态信息并将所述状态信息反馈给中央控制器,所述每个电池的状态信息包括每个电池的电量信息和温度信息;电池管理装置用于管理与其连接的电池包,电池管理装置中的电池检测模块长期检测与其连接的电池包中每个电池的状态信息,为了均衡电池,每个电池管理装置检测与其连接的电池包中每个电池的电量及热量并将其反馈给中央控制器。
[0031]S20、中央控制器根据每个电池管理装置反馈的每个电池的电量判断出电源系统是否需要进行电池均衡,若是,则执行步骤S30,若否,则返回步骤S10 ;而且,中央控制器根据预定温度及每个电池管理装置反馈的每个电池的温度信息判断出电源系统是否需要进行热量均衡处理,若是,则执行步骤S40,若否,则返回步骤S10 ;其中,若电源系统中存在电池的能量不一致,则中央控制器判断为需要对电池进行能量均衡,具体的,若电源系统中存在电池的电量不相同,则中央控制器(即BECU)判断为电源系统需要进行电量均衡处理,若电源系统中存在电池的电量未达到所述预定温度,则BECU判断为电源系统需要进行热量均衡处理,其中,预定温度可以为一固定值也可以为一个温度范围。
[0032]S30、中央控制器根据反馈的每个电池的电量计算出所有电池的平均电量、并根据平均电量判断出哪些电池需要均衡及每个电池达到平均电量所需的电量Q;具体的,中央控制器计算出当前所有电池的平均电量,平均电量即所有电池达到均衡时所需具有的电量,中央控制器根据平均电量即可判断出哪些电池没有达到平均电量即哪些电池需要均衡,且可计算出需均衡的电池达到平均电量所需的电量Q,电量过高的电池需要释放电量,电量过低的电池需要吸收电量;然后,中央控制器给需要电量均衡的电池所连接的电池管理装置中主控模块发出电量均衡指令,所述主控模块根据所述电量均衡指令使其所连接的电池包中需要电量均衡的电池所接的模式选择模块与总线接通,且主控模块根据所述电量均衡指令控制与该主控模块相连的均衡模块对总线放出电量Q或从总线处吸收电量Q,即中央控制器下达指令给主控模块需要对电池包中哪些电池进行均衡并需要改变多少电量及改变电量的方式;主控模块可以控制若干个模式选择模块(是指需要接通电池的模式选择模块)依次接通总线或一起接通总线,电池包依次先对总线放电,其它的电池包再从总线处吸收电量(即对其它电池包进行充电)。或者,电池包同时对总线放电并从总线处吸收电量,即电池中需要均衡的电量汇集到总线处重新分配给需要充电的电池。
[0033]S40、中央控制器根据预定的温度及反馈的每个电池的温度信息判断出哪些电池需要热量均衡并给需要热量均衡的电池所连接的电池管理装置中主控模块发出热量均衡指令,所述主控模块根据所述热量均衡指令使其所连接的电池包中需要热量均衡的电池所对应的热操作模块进行制冷或制热,以使本电池包中每个电池均达到预定温度。
[0034]电池包之间能量转移的方式有多种。对于电量转移,本发明主要通过电池包与电池包之间所有的电量判断出需要均衡的电量并在电池包与电池包之间进行电的转移,这样可以大大减少电能的损耗及减少电能转化为热能时带来的电池温度偏高的弊端。对于热量转移,本发明主要通过电池管理装置结合BE⑶可以减少布局各种管路,进而大大简化整个电池管理装置以及电源系统的结构。值得说明的是,判断电池的电量是否均衡,可以通过判断电池的电压或其它参数实现,但是,本领域通常通过电池上的电量是否相同来判断电池能量是否均衡,而且,电量、电压等参数之间通过计算即可转换得出。另外,虽然电池上的电量随着工作时间的改变会发生改变,但短时间内各电池上电量的变化量是一致的,所以,通过计算出某一时刻各个电池与平均电量的差值(及每个电池达到平均电量所需的电量Q)可以准确的将各电池均衡到电量一致的状况。优选地,在步骤S30中进行均衡处理时,还包括采集所述均衡模块中充电或放电时的工作电压、工作电流及工作时间,均衡模块根据采集的所述工作电压、工作电流及工作时间及中央控制器的指令调节自身充电或放电的方式。例如,电池管理装置中均衡状态采集单元采集双向DC/DC转换器的工作电压、工作电流及工作时间等工作状态信息后,均衡控制器适应性的改变双向DC/DC转换器升压时的工作电压及升压时间,进而改变双向DC/DC转换器两端的电池之间充放电的方式。这样,可以使电池之间更准确快速的进行能量转移及均衡。优选地,所述使其所连接的电池包中需要热量均衡的电池所对应的热操作模块进行制冷或制热是通过控制流过热操作模块里的半导体热电器件的电流方向,以使所述热操作模块进行制冷或制热,这样既可以简化热操作模块的结构也可以对电池快速的进行热量均衡。
[0035]更优选地,在步骤S30及步骤S40中进行均衡处理时,还包括通过显示器将每个电池的工作状态显示出来,例如将每个电池的电量、温度、充放电电压、该电池连接的电池管理装置中双向DC/DC转换器的工作电压、工作时间、工作温度等工作信息显示出来,进而更有利于用户了解电源情况并及时进行维护。
[0036]再次参见图7至图11所示实施例,结合图7至图11所示实施例对本发明提供的电源系统及其均衡方法进行说明如下:
在该实施例中,每个电池包连接一个电池管理装置(即BMU)后与总线连接,且总线连接中央控制器,例如该电源系统包括三个串联的电池包。每个电池包包括四个串联的电池(电池包中的电池可以为串联或并联或两者的混合),每个电池管理装置中包括四个模式选择模块、一个电池检测模块、一个均衡模块、四个热操作模块及一个主控模块。每个均衡模块包括一双向DC/DC转换器、连接于双向DC/DC转换器与主控模块之间的均衡控制器、连接于双向DC/DC转换器与均衡控制器之间的均衡状态采集单元。每个模式选择模块一端连接一个电池,其另一端连接均衡模块中双向DC/DC转换器,以由双向DC/DC转换器对该电池进行能量的转移,且模式选择模块同时电连接主控模块以受控于主控模块。
[0037]每个BMU中的电池检测模块检测与该BMU电连接的电池包中每个电池的状态信息(包括每个电池上的电量及温度信息)并将该状态信息通过总线传送给中央控制器(即BE⑶,BE⑶还可用于电源系统与上一级进行信息交互)。
[0038]例如,BE⑶计算并判断出第一电池包中第一个电池离平均电量100库仑还需电量-20库仑(即该电池需要放电20库仑),第二个电池包中第二个电池离平均电量100库仑还需电量10库仑(即该电池需要吸收电量10库仑),第二个电池包中第三个电池离平均电量100库仑还需电量10库仑,第三个电池包均处于平均电量100库仑(B卩不需要被均衡的电池)。因此,BE⑶下达指令给第一个电池包及第二个电池包的BMU进行电池均衡。第一电池包连接的BMU根据指令控制其内的第一个电池所接的模式选择模块接通,例如使模式选择模块中二极管导通(而开关处于断开状态),则该电池对外界即对总线进行能量转移,且均衡模块中均衡控制器根据指令控制双向DC/DC转换器在10S之内对该电池进行电量转移,即通过双向DC/DC转换器在10S之内使该电池向总线放电。而且,第二电池包连接的BMU在BECU的指令下控制第二电池包中第二个电池及第三个电池所接的模式选择模块接通,例如使模式选择模块中的开关闭合(此时二极管处于截止状态),则总线上积累的由第一电池包释放的电能对第二电池包中第二个电池及第三个电池进行充电,以使第二电池包中第二个电池及第三个电池各自在10S内吸收到10库仑的电量。因此,10S后三个电池包中电池的电量一致,从而实现了所有的电池的电量的均衡。其中,双向DC/DC转换器为均衡模块的功率部分,实现对电池的充放电维护。均衡状态采集单元监控双向DC/DC转换器的输入输出电压和电流,以提供系统均衡策略的数据,进而均衡控制器可以实现对双向DC/DC转换器工作模式的切换以适应系统的要求,例如可控制双向DC/DC转换器的转换速度、方向以及功率。而且,模式选择模块通过开关和二极管的并联(即使开关和二极管通
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