[發明專利]用于電動汽車的電池管理系統

有效

• 申請號: 200710139168.0
• 申請日: 2007-07-23
• 公開（公告）號: CN101119036A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 戴夫·西韋特森;周魯
• 申請（專利權）人: 柏祿帕迅能源科技有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;G05B19/04;B60R16/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 薛琦

技術領域

本發明涉及一種電池管理系統，尤其涉及一種以大功率電池組為動力源的電動汽車的動力電池管理系統。?

背景技術

隨著人類對環境的重視，電動汽車作為無污染的交通工具越來越受到關注，有著很好的發展前景。動力電池是電動汽車的核心部件，直接影響著電動汽車的性能和安全。動力電池包括兩方面：大功率電池組和電池管理系統。大功率電池組是指輸出電壓大于50V，容量大于400Wh的電池組。鉛酸電池，鎳金屬氫化物電池和鋰離子電池都可以應用在電動汽車上。其中，鋰離子電池因為具有比能大、儲存壽命長、無記憶效應、無污染等優點，在電動汽車中得到廣泛應用。另一方面，為了保證動力電池組的安全運作并充分發揮電池組的性能，電池管理系統的作用在于，實時監測每個單體電池的電壓和溫度，同時對電池狀態進行均衡控制。?

電動汽車具有工作電壓高，動力電池組的單體電池數量眾多的特點，所以電池管理系統一般采用二級控制結構，即一個主控制器和多個子監測器。每個子監測器負責監測一個或多個單體電池的狀態，主控制器負責控制、均衡整個動力電池組。?

現有技術中，電動汽車電池管理系統中主控制器和子監測器之間的通信形式主要有兩種。接下來結合圖1和圖2，以一個子監測器控制兩個單體電池為例，具體說明現有的兩種電池管理系統的原理。?

第一種現有的電池管理系統結構如圖1所示。其中的各子監測器均直接與主控制器相連。這種電池管理系統原理簡單，各子監測器依據與主控制器的接口自動獲得分配地址。但是，當子監測器的數目較多時，系統內的連線多而雜，造成整個電池管理系統抗干擾能力差，靈活性差，因此已被逐漸棄用。?

第二種現有的電池管理系統結構如圖2所示。圖2中的系統采用二級總線?技術實現子監測器和主控制器之間的信息通訊，其中的主控制器連有兩線制總線，各子監測器則分別連接到兩線制總線上形成并聯結構。該種系統采用模塊化結構和標準化接口，可以簡化同步采樣，相對第一種電池管理系統而言，具有連線簡單，靈活性好的特點。但在這種系統中，子監測器的地址需要預先分配，元件更換不便。現有的電動汽車電池管理系統大多采用這種通訊形式。?

但是，無論現有的電池管理系統采取以上哪種通訊形式，主控制器和子監測器之間都是通過電線連接的。由于電動汽車使用的是大功率電池組，輸出電壓大于50V，因此通訊線路采用電線連接有兩個缺陷：1.電池管理系統容易受到電池組的高壓信號的干擾。為了克服這一缺陷，有些電池管理系統開始在采樣電路中應用光耦，實現通訊線路在信號傳輸過程中對電池高壓的隔離。2.通訊線路的電線大面積分布在整個電池組的高壓網絡中，存在電磁干擾和高壓隱患。一旦電動汽車發生碰撞事故或長時間在路況差的情況下運行，容易造成因電線表皮磨損而引起的高壓短路，甚至著火等安全事故。?

另外，為了獲得足夠的高壓輸出驅動電動汽車的主電機工作，動力電池組尤其是鋰電池組都采用將低壓單體電池串聯使用。串聯使用時，單體電池性能的參差不齊會影響整個電池組的性能和壽命：充電過程中，當某一單體電池達到上限電壓時，充電電路將被切斷，從而使其他單體電池無法充滿；放電過程中，當某一單體電池達到下限電壓時，放電電路將被切斷，使得整個電池組的能量無法得到充分利用。同時，單體電池間的性能差異會隨著電池組使用次數增多而加大，縮短電池組的使用壽命。因而，電池管理系統需要在充放電過程中均衡控制所有單體電池來消除單體差異對整個電池組的影響。目前，電池管理系統均衡控制電池組的方法主要有如下幾種：?

a)電阻平衡：每個單體電池連接一個平衡電阻，當某節電池電壓高于其他電池時，該節電池就通過與其連接的平衡電阻分流使電壓下降，從而達到平衡電池組的目的；?

b)電容平衡，將一個電容的兩級有序的連接到不同的單體電池上，當某節電池電壓高于其他電池時，該節電池就通過電容向電壓低的電池充電，從而達到平衡電池組的目的；?

c)在充電回路中，每個單體電池都并聯一個主動開關，當某節電池電壓高于其他電池時，與該電池并聯的開關合上使該電池暫停充電，直到其他電池的電壓與該電池相同，然后開關斷開，恢復正常充電；?

d)并行平衡充電：每個單體電池都有獨立的充電線路，控制各充電回路達到平衡充電的目的。?

發明內容

本發明的目的在于，提供一種用于電動汽車的電池管理系統，以徹底消除現有電池管理系統中由通訊電路引起的電磁干擾和高壓隱患。?

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：?