专利名称：电池组管理及无损均衡系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动化技术领域，具体说是一种对电动汽车电池组内各单体电池的一致性进行管理并控制的电池组管理及无损均衡系统。
背景技术：
电池组的电池管理是指通过实时检测和估算电池组内各单体电池的状态(包括温度、电压、电流、最大可用容量、一致性等)，缩小电池组中电池不一致性差别，预防电池组不一致性扩散，并据此提供电池组的优化使用方法，保障其使用的安全性及长寿命。能源紧张及环保危机迫使中国市场急需开发和生产新能源电动汽车，而发展电动汽车的瓶颈在于电池，由于锂离子电池在能量密度、功率密度上的优势，使其作为电动汽车用动力电池已成趋势，但锂离子电池比较“娇贵”，在安全性上存在隐患，一次过充或过放就有可能造成损坏。 在使用过程中，若单体电池的各种参数(温度、电压、电流、最大可用容量等)产生不一致，未适时管理并实施必要的控制，那么，电池组的安全性能不能得到有效保证，使用寿命将大幅度降低。电池组中各单体电池的一致性是电动汽车运行过程非常重要的参数，是防止电池过充、过放的主要依据，只有通过电池管理及均衡系统来保证各个单体电池的一致性，才能有效地提高电动汽车的使用效率，延长电池组的使用寿命。为了发挥锂离子电池的优势，避开其缺点，发展电动汽车电池管理及均衡系统已成为必然。
发明内容为克服现有锂离子电池组存在的不能对单体电池各种参数的不一致性自动调整及控制的不足，本实用新型的发明目的在于提供一种电池组管理及无损均衡系统，通过对动力电池组单体电池的各种参数进行实时在线测量，进而对各单体电池的不一致性进行估算，经系统中的无损均衡电路对单体电池实施动态在线均衡，同时实施必要的控制，以实现提高电池组的安全性能，延长其使用寿命的目的。为实现上述目的，本实用新型充电机经动力电池组与负载连接，其特征在于电池管理模块经中央处理器与显示单元、中央通信单元及面板操作单元分级联接，中央处理器与电动汽车能源管理系统连接，电池管理模块为两个及以上。所述电池管理模块由均衡功率单元、信号驱动和保护模块、数字信号处理器、模块通信单元与电池参数检测模块组成；电池管理模块的均衡功率单元、电池参数检测模块分别与动力电池组的电池模块连接；均衡功率单元经信号驱动和保护模块与数字信号处理器、模块通信单元与中央处理器分级联接；电池参数检测模块经数字信号处理器、模块通信单元与中央处理器分级联接，电池模块为两个及以上。电池管理模块能对电池模块的总电压、总电流、各单体电池的电压及温度进行精确测量，通过测量电池组的总电压、总电流来估算电池组的剩余容量及能量，对电池模块进行过流及短路的保护。通过测量电池模块中各单体电池的电压，来控制均衡功率单元，均衡各单体电池的不一致性，提高电池组的使用寿命。电池参数检测模块采用1个模块检测十二个单体电池参数的集中测量方案，将电池模块各单体电池的单体电压及温度信号整形、处理转换为标准信号送入数字信号处理器， 数字信号处理器根据各单体电池参数，计算各单体电池的不一致性差异并根据不一致性差异的结果输出脉宽调制信号至脉宽信号驱动和保护模块，脉宽信号驱动和保护模块将数字信号处理器输出的脉宽调制信号放大整形后控制均衡功率单元中的MOS管的关断与导通， 通过不同MOS管的关断与导通，可完成能量由剩余能量高的电池向剩余能量低的电池的转移，达到均衡各单体电池不一致性的目的。同时，数字信号处理器通过模块通信单元完成与中央处理器之间的通信，将各单体电池的信息上传至中央处理器，并接受中央处理器的指令。中央处理器接受各电池管理模块的信息并通过显示单元显示，向各电池管理模块下发面板操作单元的指令，同时，通过中央通信单元完成与电动汽车能源管理系统的通信。所述均衡功率单元由两个MOS管Q、两个二极管D和一个储能电感L组成。本实用新型可对动力电池组总电压、总电流及各单体电池的各种参数进行实时在线测量，对各单体电池的不一致性进行估算，通过系统中的无损均衡电路，对单体电池的充电、放电、静置实施动态在线无损均衡，同时实施必要的控制，以保证电池组的安全，延长其使用寿命。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点1、采用分层、分级管理一个电池管理模块管理数个单体电池，一套管理系统管理数个电池管理模块。2、无损耗均衡通过能量的转移，达到均衡单体电池不一致性的目的，能量无损耗，均衡效率高，均衡效果好，单体电池电压不一致性差异优于20mv。3、电压、温度测量精度高电压测量精度优于0. 5%，温度测量误差小于2°C。4、能监测电池组充电、放电电流，提供过流和短路保护功能，为电池组快速充电提供数据支持。5、具有RS485、CAN标准工业接口。
图1为本实用新型电路逻辑原理框图；图2为图1中电池管理模块3的电路逻辑原理框图；图3为图2的均衡功率单元1的主回路原理图。
具体实施方式
如图1所示，充电机14为动力电池组15充电，动力电池组15为负载4提供动能， 电池管理模块3经中央处理器9与显示单元10、中央通信单元11及面板操作单元12分级联接，中央处理器9与电动汽车能源管理系统13连接，电池管理模块3为数个。中央处理器9接受各电池管理模块3的信息并通过显示单元10显示，向各电池管理模块3下发面板操作单元12的指令，同时，通过中央通信单元11完成与电动汽车能源管理系统13的通信。如图2所示，电池管理模块3由均衡功率单元1、信号驱动和保护模块5、数字信号处理器6、模块通信单元7与电池参数检测模块8组成；电池管理模块3的均衡功率单元1、 电池参数检测模块8分别与动力电池组15的电池模块2连接；均衡功率单元1经信号驱动和保护模块5与数字信号处理器6、模块通信单元7与中央处理器9分级联接；电池参数检测模块8经数字信号处理器6、模块通信单元7与中央处理器9分级联接，电池模块2为数个。电池参数检测模块8采用1个模块检测十二个单体电池参数的集中测量方案，将电池模块2的各单体电池的单体电压及温度信号整形、处理转换为标准信号送入数字信号处理器6，数字信号处理器6根据各单体电池参数，计算各单体电池的不一致性差异并根据不一致性差异的结果输出脉宽调制信号至脉宽信号驱动和保护模块5，脉宽信号驱动和保护模块5将数字信号处理器输出的脉宽调制信号放大整形后控制均衡单元1中的场MOS管的关断与导通，通过不同MOS管的关断与导通，可完成能量由剩余能量高的电池向剩余能量低的电池的转移，达到均衡各单体电池不一致性的目的。同时，数字信号处理器6通过模块通信单元完成与中央处理器9之间的通信，将各单体电池的信息上传至中央处理器9，并接受中央处理器9的指令。 如图3所示，每个均衡功率单元1由两个MOS管Q、两个二极管D和一个储能电感 L组成，序号2为电池模块。以单体电池Bi、B2为例，假设两电池电压出现不一致，如VB1 大于VB2，则Qll导通，电池Bl向电感Ll充电，当Qll截止时，Ll为了续流，与B2、D12构成回路，电感中储存的能量就转移到B2中实现了能量从电池Bl到B2的转移。同理，当VBl 小于VB2时，则通过Q12的通断来实现能量从B2到Bl的转移。尽管能量只能在相邻电池间传递，由于能量的传递趋势总是由电压高的电池传递到电压低的电池上，因而最终实现整组电池的均衡。
权利要求1.一种电池组管理及无损均衡系统，充电机(14)经动力电池组(15)与负载(4)连接， 其特征在于电池管理模块(3)经中央处理器(9)与显示单元(10)、中央通信单元(11)及面板操作单元(12)分级联接，中央处理器(9)与电动汽车能源管理系统(13)连接，电池管理模块(3)为两个及以上。
2.根据权利要求1所述的电池组管理及无损均衡系统，其特征在于所述电池管理模块(3)由均衡功率单元(1)、信号驱动和保护模块(5)、数字信号处理器(6)、模块通信单元 (7)与电池参数检测模块(8)组成；电池管理模块(3)的均衡功率单元(1)、电池参数检测模块(8)分别与动力电池组(15)的电池模块(2)连接；均衡功率单元(1)经信号驱动和保护模块(5)、数字信号处理器(6)、模块通信单元(7)与中央处理器(9)分级联接；电池参数检测模块(8 )经数字信号处理器(6 )、模块通信单元(7 )与中央处理器(9 )分级联接，电池模块 (2)为两个及以上。
3.根据权利要求2所述的电池组管理及无损均衡系统，其特征在于所述均衡功率单元(1)由两个MOS管Q、两个二极管D和一个储能电感L组成。
专利摘要一种电池组管理及无损均衡系统，用于对电动汽车电池组内各单体电池的一致性进行管理并控制。充电机经动力电池组与负载连接，电池管理模块经中央处理器与显示单元、中央通信单元及面板操作单元分级联接，中央处理器与电动汽车能源管理系统连接。可对动力电池组总电压、总电流及各单体电池的各种参数进行实时在线测量，对各单体电池的不一致性进行估算，通过系统中的无损均衡电路，对单体电池的充电、放电、静置实施动态在线无损均衡，同时实施必要的控制，以保证电池组的安全，延长其使用寿命。本实用新型可均衡单体电池不一致，能量无损耗，均衡效率高，效果好，单体电池电压不一致性差异优于20mv，电压、温度测量精度高。
文档编号H02J7/00GK202206148SQ20112023412
公开日2012年4月25日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者刘丰源, 刘士杰, 王国安, 陈书伦 申请人:湖北德普电气股份有限公司