专利名称：一种锂离子电池组管理系统及方法
技术领域：
本申请涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种锂离子电池组管理系统及方法。
背景技术：
随着传统能源的日益枯竭，环境污染的日益严重，国家提出了节能减排、发展低碳经济的政策，锂离子电池由于其在应用过程中具有能量密度高、安全性好、寿命长、无记忆效应、环保等特性而的到了广泛的应用。在锂离子电池的使用过程中，为了获得大功率、大容量，需要将锂离子电池以串并联方式组成锂离子电池组。由于锂离子电池制造水平的限制，单体锂离子电池之间的性能还不能达到完全的一致，而锂离子电池组的性能由单体锂离子电池的性能决定，使得锂离子电池组在使用过程中，只要某个单体锂离子电池的电量不足，就要对锂离子电池组充电，这样容易导致锂离子电池组中其它单体锂离子电池处于过充电状态，造成锂离子电池组的损坏，锂离子电池的使用效率低，使用寿命缩短。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种锂离子电池组管理系统及方法，通过实时监控锂离子电池的工作状态，并对各个单体锂离子电池的电量进行均衡，使所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电量达到平衡状态，避免了锂离子电池处于过充电、 过放电状态的问题。技术方案如下一种锂离子电池组管理系统，包括采集模块、微控制器和均衡管理模块；其中所述采集模块用于采集所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电压、电流和温度数据；所述微控制器用于根据所述采集模块采集到的电压和电流数据计算所述各个单体锂离子电池的充放电次数，并根据所述电压、电流和温度数据及所述充放电次数估算所述各个单体锂离子电池的SOC ； 所述均衡管理模块用于对所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电压及SOC 值进行比较，当比较得出所述锂离子电池组中存在电压或SOC值不相等的单体锂离子电池时，对所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电量进行均衡。上述系统，优选的，所述采集模块包括；电压采集芯片，用于采集所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电压数据；电流传感器，用于采集所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电流数据；温度传感器，用于采集所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的温度数据。上述系统，优选的，所述微控制器包括
预设模块，用于依据所述锂离子电池的充放电特性，预设所述锂离子电池的SOC 与所述锂离子电池的充放电次数、温度、电压和电流的映射关系；计算模块，用于依据所述采集的电压和电流值计算所述锂离子电池的充放电次数；估算模块，用于通过所述映射关系估算所述锂离子电池在当前运行温度、电压、电流值及充放电次数的状态下所对应的SOC值；上述系统，优选的，所述计算模块包括记录单元，用于记录所述锂离子电池的充放电循环周期；计数单元，用于对所述锂离子电池的充放电循环周期进行计数，将计数总和作为锂离子电池的充放电次数。上述系统，优选的，所述均衡管理模块包括比较单元，用于对所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电压和SOC值进行比较；控制单元，用于在所述比较单元比较得出所述锂离子电池组中存在单体锂离子电池的电压或SOC值不相等时，控制电压或SOC值高的锂离子电池中的电量转移到电压或SOC 值低的锂离子电池中。上述系统，优选的，所述微控制器还包括充放电控制单元，用于在所述单体锂离子电池的电压不在锂离子电池允许的工作电压范围内时，切断所述单体锂离子电池所在的充电放电回路；热管理单元，用于在所述单体锂离子电池的温度高压锂离子电池工作允许的上限温度或低于锂离子电池工作允许的下限温度时，发出警报；故障定位单元，用于在所述锂离子电池组中存在故障锂离子电池时发出警报，并根据所述出现故障的锂离子电池的唯一标识对所述故障锂离子电池进行定位。上述系统，优选的，还包括上位机，用于显示所述各个单体锂锂离子电池的电压、电流、温度和SOC值，并显示所述报警单元的定位结果。一种锂离子电池组管理方法，包括采集所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电压、电流和温度数据；根据所述采集到的电压和电流数据计算所述各个单体锂离子电池的充放电次数，并根据所述电压、电流和温度数据及所述充放电次数估算所述各个单体锂离子电池的 SOC ；对所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电压及SOC值进行比较，当比较得出所述锂离子电池组中存在电压或SOC值不相等的单体锂离子电池时，对所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电量进行均衡。上述方法，优选的，还包括当所述单体锂离子电池的电压或电流不在预设的锂离子电池允许的工作电压或工作电流范围内时，切断所述单体锂离子电池所在的充电放电回路；当所述单体锂离子电池的温度高压锂离子电池工作允许的上限温度或低于锂离子电池工作允许的下限温度时，发出警报；
当所述锂离子电池组中存在故障锂离子电池时发出报警，并根据所述出现故障的锂离子电池的唯一标识对所述故障锂离子电池进行定位。应用本申请实施例提供的锂离子电池组管理系统，采集模块实时采集各个单体锂离子电池的电压、电流和温度值；微控制器通过记录各个单体锂离子电池的充放电循环周期，计算各个单体锂离子电池的充放电次数，通过预设的映射关系根据采集的到的电压、电流、温度数据以及计算得到的各个单体锂离子电池的充放电次数，估算各个单体锂离子电池的S0C，由于SOC与电压、电流、温度和充放电次数的映射关系是根据锂离子电池的充放电特性设置的，所述用该SOC算法估算得到的SOC的精度高，为后续的均衡管理提供了可靠的依据；均衡管理模块用于在锂离子电池组中存在单体锂离子电池间的电压或SOC不相等时，对单体锂离子电池间的电量进行均衡，避免了单体锂离子电池处于过充电，过放电状态的问题，提高了锂离子电池的利用率，延长了锂离子电池组的使用寿命。由于均衡的方式是能量转移，所以该均衡管理可以全天候的对电池进行均衡，即无论电池时在充电、放电还是静置的时候，均能实现电池的均衡管理，使电池时时刻刻保持在均衡的状态。同时，本申请提供的锂离子电池组管理系统还具有充放电保护、热管理和故障定位功能，对锂离子电池组进行多重保护，避免锂离子电池出现过压、过流、过温的状态，确保电池工作在最佳工作区内。当锂离子电池组中出现故障电池时，还可以对出现故障的锂离子电池进行定位，方便维修人员进行故障定位。此外，本申请提供的锂离子电池管理系统，还设置有上位机，对各个单体锂离子电池的电压、电流、温度和SOC值进行显示，方便用户实时掌握电池的电量信息，能使用户及时为锂离子电池补充电能。
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例一提供的一种锂离子电池组管理系统的结构示意图；图2为本申请实施例一提供的微控制器的结构示意图；图3为本申请实施例一提供的计算模块的结构示意图；图4为本申请实施例一提供的均衡管理模块的结构示意图；图5为本申请实施例一提供的微控制器的另一结构示意图；图6为本申请实施例二提供的锂离子电池组管理系统的结构示意图；图7为本申请实施例三提供的锂离子电池组管理方法的流程示意图。为了图示的简单和清楚，以上附图示出了结构的普通形式，并且为了避免不必要的模糊本发明，可以省略已知特征和技术的描述和细节。另外，附图中的单元不必要按照比例绘制。例如，可以相对于其他单元放大图中的一些单元的尺寸，从而帮助更好的理解本发明的实施例。不同附图中的相同标号表示相同的单元。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案。下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。实施例一本申请实施例一提供的一种锂离子电池组管理系统的结构示意图如图1所示，包括采集模块101，微控制器102和均衡管理模块103 ；采集模块101用于采集锂离子电池组104中各个单体锂离子电池的电压、电流和温度值，具体的，通过电压采集芯片采集锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电压数据； 通过电流传感器和温度传感器对锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电流和温度进行采集。微控制器102根据采集模块采集的各个单体锂离子电池的电压、电流数据，计算各个单体锂离子电池的充放电次数，并根据所述电压、电流和温度数据及所述充放电次数估算所述各个单体锂离子电池的S0C。具体的，微控制器102的结构示意图如图2所示，包括预设模块204，计算模块205和估算模块206 ；预设模块204根据锂离子电池的充放电特性，预先设置好单体锂离子电池的SOC 与锂离子电池的参数即充放电次数、电压、电流和温度的映射关系，具体的，为了能准确获得所述锂离子电池的S0C，本申请充分考虑锂离子电池的新旧程度即充放电次数和温度对 SOC的影响，根据所述锂离子电池的充放电特性设置锂离子电池的SOC与锂离子电池的充放电次数、温度、电压和电流的映射关系。例如，当充放电次数为Ni，所述锂离子电池的S0C、温度、电压和电流的映射关系示意图如表1所示；当充放电次数为N2，所述锂离子电池的S0C、温度、电压和电流的映射关系的示意图如表2所示。此外，所述表1中的m和表2中的N2还可以分别是m所对应的识别标识和N2 所对应的识别标识，即通过充放电次数对应的识别标识来查找不同充放电次数下对应的所述锂离子电池的S0C、温度、电压和电流的映射关系表。
权利要求
1.一种锂离子电池组管理系统，其特征在于，包括 采集模块、微控制器和均衡管理模块；其中所述采集模块用于采集所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电压、电流和温度数据；所述微控制器用于根据所述采集模块采集到的电压和电流数据计算所述各个单体锂离子电池的充放电次数，并根据所述电压、电流和温度数据及所述充放电次数估算所述各个单体锂离子电池的S0C;所述均衡管理模块用于对所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电压及SOC值进行比较，当比较得出所述锂离子电池组中存在电压或SOC值不相等的单体锂离子电池时，对所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电量进行均衡。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集模块包括电压采集芯片，用于采集所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电压数据； 电流传感器，用于采集所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电流数据； 温度传感器，用于采集所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的温度数据。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微控制器包括预设模块，用于依据所述锂离子电池的充放电特性，预设所述锂离子电池的SOC与所述锂离子电池的充放电次数、温度、电压和电流的映射关系；计算模块，用于依据所述采集的电压和电流值计算所述锂离子电池的充放电次数； 估算模块，用于通过所述映射关系估算所述锂离子电池在当前运行温度、电压、电流值及充放电次数的状态下所对应的SOC值。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述计算模块包括 记录单元，用于记录所述锂离子电池的充放电循环周期；计数单元，用于对所述锂离子电池的充放电循环周期进行计数，将计数总和作为锂离子电池的充放电次数。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述均衡管理模块包括比较单元，用于对所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电压和SOC值进行比较；控制单元，用于在所述比较单元比较得出所述锂离子电池组中存在单体锂离子电池的电压或SOC值不相等时，控制电压或SOC值高的锂离子电池中的电量转移到电压或SOC值低的锂离子电池中。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微控制器还包括充放电控制单元，用于在所述单体锂离子电池的电压或电流不在锂离子电池允许的工作电压或工作电流范围内时，切断所述单体锂离子电池所在的充电放电回路；热管理单元，用于在所述单体锂离子电池的温度高于锂离子电池工作允许的上限温度或低于锂离子电池工作允许的下限温度时，发出警报；故障定位单元，用于在所述锂离子电池组中存在故障锂离子电池时发出警报，并根据所述出现故障的锂离子电池的唯一标识对所述故障锂离子电池进行定位。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括上位机，用于显示所述各个单体锂锂离子电池的电压、电流、温度和SOC值。
8.一种锂离子电池组管理方法，其特征在于，包括采集所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电压、电流和温度数据； 根据所述采集到的电压和电流数据计算所述各个单体锂离子电池的充放电次数，并根据所述电压、电流和温度数据及所述充放电次数估算所述各个单体锂离子电池的SOC ；对所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电压及SOC值进行比较，当比较得出所述锂离子电池组中存在电压或SOC值不相等的单体锂离子电池时，对所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电量进行均衡。
9.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括当所述单体锂离子电池的电压或电流不在预设的锂离子电池允许的工作电压或工作电流范围内时，切断所述单体锂离子电池所在的充电放电回路；当所述单体锂离子电池的温度高于锂离子电池工作允许的上限温度或低于锂离子电池工作允许的下限温度时，发出警报；当所述锂离子电池组中存在故障锂离子电池时发出警报，并根据所述出现故障的锂离子电池的唯一标识对所述故障锂离子电池进行定位。
全文摘要
本发明公开了一种锂离子电池组管理系统，包括采集模块、微控制器和均衡管理模块；所述采集模块用于采集所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电压、电流和温度数据；所述微控制器用于根据所述采集模块采集到的电压和电流数据计算所述各个单体锂离子电池的充放电次数，并根据所述电压、电流和温度数据及所述充放电次数估算所述各个单体锂离子电池的SOC；所述均衡管理模块用于对所述锂离子电池组中各个单体锂离子电池的电量进行均衡。应用本发明提供的锂离子电池组管理系统，避免了单体锂离子电池处于过充电、过放电状态的问题，提高了锂离子电池组的使用效率，延长了锂离子电池组的使用寿命。
文档编号H02J7/00GK102355022SQ201110301308
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者傅尧, 彭娟, 林勇刚, 栗宁, 王继业, 郑百祥 申请人:北京国电通网络技术有限公司