[發明專利]一種鋰離子電池組均衡系統及其均衡方法

有效

• 申請號: 201110129298.2
• 申請日: 2011-05-18
• 公開（公告）號: CN102157972A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 魏學哲;陳金干;曾群欣
• 申請（專利權）人: 上海恒動汽車電池有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 上海宏威知識產權代理有限公司 31250
• 代理人: 金利琴

技術領域

本發明屬于汽車電子控制技術中動力鋰離子電池均衡技術領域，涉及到鋰離子電池管理系統對單體電池的主動均衡系統與均衡方法。

背景技術

隨著節能環保這一概念的深入，鋰離子電池以其單體電壓高、能量密度高、循環壽命長、無記憶效應、綠色環保的優點受到人們的青睞，但單體鋰離子電池的電壓和容量無法滿足電動車、混合動力車的電壓及功率需求，需串、并聯多節單體電池以成組使用。由于單體電池制造過程中不可消除的初始性能(如自放電率、容量等)不一致以及使用過程中由于電池內外環境(如溫度)的非均勻性等，使得單體電池之間的性能差異逐漸擴大，這將造成某些單體電池過充電或者過放電。此外，單體電池一致性差會導致整組電池性能下降，為了緩解鋰離子電池在使用過程的不一致性，電池均衡是目前迫切需要解決的技術。

目前對鋰離子電池的均衡可以分為被動式和主動式兩種方法。被動式是能量耗散型，通過電阻或者其它功率器件將SOC(State?of?Charge，荷電狀態)高的單體電池的多余能量耗散掉，或者在充電的時候將SOC高的單體電池旁路分流。電阻放電均衡電路結構簡單但是存在一些局限性。首先，放電會產生大量的熱量，給電池散熱管理帶來問題。其次，一般放電均衡電流比較小，因此大容量電池需很長的均衡時間。最后，電池組的所有電池最終都被放電到和SOC最低的那節電池相等的狀態，因此放電均衡是一種能量的浪費，特別是大容量電池，浪費就更嚴重。

主動式均衡是能量回饋型，通過電感、電容、變壓器等儲能器件最終將能量從SOC高的電池轉移到SOC低的電池，達到電池均衡的目的。由于多余的能量被有效的利用起來，主動式均衡的效率比被動均衡高，且不存在散熱的問題。目前主動式均衡都存在控制電路結構復雜，成本較高且可靠性低的問題。

發明內容

由于現有技術存在的上述問題，本發明的目的是提出一種鋰離子電池組均衡系統及均衡方法，其結構簡單、成本低及可靠性好。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案予以解決：

一種鋰離子電池組均衡系統，包括電池組及升降壓斬波電路，還包括總線通訊模塊，隔離電路，單體電壓采樣模塊，單片機以及開關驅動電路，所述總線通訊模塊與隔離電路相連接用于與其它模塊之間通訊；所述單片機與隔離電路相連接并根據單體電壓采樣模塊獲取電池組中每個單體電池的電壓，并計算出每個單體電池的荷電狀態，然后通過開關驅動電路控制升降壓斬波電路中的各個開關；所述升降壓斬波電路能夠使其電路內的任意相鄰的兩個單體電池之間進行充、放電。

作為本發明的進一步特征，所述電池組和升降壓斬波電路由n個單體鋰離子電池串聯而組成，其中每兩個電池之間都有一個電感，該電感分別與該兩個電池中的一個和一MOS開關組成串聯回路，且各個MOS開關兩端分別并聯有反向導通二極管。

作為本發明的進一步特征，從第1個到第n個MOS開關中從上到下為PMOS開關、NMOS開關依次互相間隔設置。

為實現上述目的，本發明還提出一種鋰離子電池組均衡方法，其包括以下步驟：

1)單片機采集每個單體電池的電壓，通過比較電壓得到電壓差，當單體電壓差異超過預設的閥值時，開啟本均衡方法，否則關閉本均衡方法；

2)根據每個單體電池的荷電狀態與電池組平均荷電狀態的差值以及其所處的位置計算出該單體電池向上一節電池充電還是向下一節電池放電，若是向上一節電池充電則通過單片機采用周期和占空比的PWM信號控制對應的NMOS開關，若是向下一節電池放電則通過單片機采用周期和占空比的PWM信號控制對應的PMOS開關。

作為本發明的進一步特征，所述步驟2)中找出與所述電池組平均荷電狀態值之差最大的單體電池，優先對其該單體電池進行均衡，此時，需要將荷電狀態低的單體電池向相鄰的荷電狀態高的單體電池充電的電感暫時禁止。

作為本發明的進一步特征，所述單片機采用周期和占空比的PWM信號通過所述開關驅動電路控制每個電感對應的PMOS開關和NMOS開關進行互鎖，確保該兩個開關不同時打開。

由于采用以上技術方案，本發明的鋰離子電池組均衡系統結構簡單、成本較低且可靠性好，本發明的均衡方法能兼顧能量轉換效率與均衡速度，能夠適應各種荷電狀態離散狀況下的電池組。

附圖說明

圖1是本發明的鋰離子電池組均衡系統內部結構圖。

圖2是單片機控制PMOS開關和NMOS開關的原理說明。

圖3是多個具有圖1的內部結構的模塊組成一個電池包的均衡系統框圖。

具體實施方式

下面根據附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明：