[實用新型]電池組管理及無損均衡系統

有效

• 申請號: 201120234125.2
• 申請日: 2011-07-05
• 公開（公告）號: CN202206148U
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 劉士杰;王國安;劉豐源;陳書倫
• 申請（專利權）人: 湖北德普電氣股份有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 襄陽中天信誠知識產權事務所 42218
• 代理人: 帥玲

技術領域

本實用新型涉及自動化技術領域，具體說是一種對電動汽車電池組內各單體電池的一致性進行管理并控制的電池組管理及無損均衡系統。

背景技術

電池組的電池管理是指通過實時檢測和估算電池組內各單體電池的狀態（包括溫度、電壓、電流、最大可用容量、一致性等），縮小電池組中電池不一致性差別，預防電池組不一致性擴散，并據此提供電池組的優化使用方法，保障其使用的安全性及長壽命。能源緊張及環保危機迫使中國市場急需開發和生產新能源電動汽車，而發展電動汽車的瓶頸在于電池，由于鋰離子電池在能量密度、功率密度上的優勢，使其作為電動汽車用動力電池已成趨勢，但鋰離子電池比較“嬌貴”，在安全性上存在隱患，一次過充或過放就有可能造成損壞。在使用過程中，若單體電池的各種參數（溫度、電壓、電流、最大可用容量等）產生不一致，未適時管理并實施必要的控制，那么，電池組的安全性能不能得到有效保證，使用壽命將大幅度降低。電池組中各單體電池的一致性是電動汽車運行過程非常重要的參數，是防止電池過充、過放的主要依據，只有通過電池管理及均衡系統來保證各個單體電池的一致性，才能有效地提高電動汽車的使用效率，延長電池組的使用壽命。為了發揮鋰離子電池的優勢，避開其缺點，發展電動汽車電池管理及均衡系統已成為必然。

發明內容

為克服現有鋰離子電池組存在的不能對單體電池各種參數的不一致性自動調整及控制的不足，本實用新型的發明目的在于提供一種電池組管理及無損均衡系統，通過對動力電池組單體電池的各種參數進行實時在線測量，進而對各單體電池的不一致性進行估算，經系統中的無損均衡電路對單體電池實施動態在線均衡，同時實施必要的控制，以實現提高電池組的安全性能，延長其使用壽命的目的。

為實現上述目的，本實用新型充電機經動力電池組與負載連接，其特征在于：電池管理模塊經中央處理器與顯示單元、中央通信單元及面板操作單元分級聯接，中央處理器與電動汽車能源管理系統連接，電池管理模塊為兩個及以上。

所述電池管理模塊由均衡功率單元、信號驅動和保護模塊、數字信號處理器、模塊通信單元與電池參數檢測模塊組成；電池管理模塊的均衡功率單元、電池參數檢測模塊分別與動力電池組的電池模塊連接；均衡功率單元經信號驅動和保護模塊與數字信號處理器、模塊通信單元與中央處理器分級聯接；電池參數檢測模塊經數字信號處理器、模塊通信單元與中央處理器分級聯接，電池模塊為兩個及以上。電池管理模塊能對電池模塊的總電壓、總電流、各單體電池的電壓及溫度進行精確測量，通過測量電池組的總電壓、總電流來估算電池組的剩余容量及能量，對電池模塊進行過流及短路的保護。通過測量電池模塊中各單體電池的電壓，來控制均衡功率單元，均衡各單體電池的不一致性，提高電池組的使用壽命。電池參數檢測模塊采用1個模塊檢測十二個單體電池參數的集中測量方案，將電池模塊各單體電池的單體電壓及溫度信號整形、處理轉換為標準信號送入數字信號處理器，數字信號處理器根據各單體電池參數，計算各單體電池的不一致性差異并根據不一致性差異的結果輸出脈寬調制信號至脈寬信號驅動和保護模塊，脈寬信號驅動和保護模塊將數字信號處理器輸出的脈寬調制信號放大整形后控制均衡功率單元中的MOS管的關斷與導通，通過不同MOS管的關斷與導通，可完成能量由剩余能量高的電池向剩余能量低的電池的轉移，達到均衡各單體電池不一致性的目的。同時，數字信號處理器通過模塊通信單元完成與中央處理器之間的通信，將各單體電池的信息上傳至中央處理器，并接受中央處理器的指令。中央處理器接受各電池管理模塊的信息并通過顯示單元顯示，向各電池管理模塊下發面板操作單元的指令，同時，通過中央通信單元完成與電動汽車能源管理系統的通信。

所述均衡功率單元由兩個MOS管Q、兩個二極管D和一個儲能電感L組成。

本實用新型可對動力電池組總電壓、總電流及各單體電池的各種參數進行實時在線測量，對各單體電池的不一致性進行估算，通過系統中的無損均衡電路，對單體電池的充電、放電、靜置實施動態在線無損均衡，同時實施必要的控制，以保證電池組的安全，延長其使用壽命。

本實用新型與現有技術相比，具有以下優點：

1、采用分層、分級管理：一個電池管理模塊管理數個單體電池，一套管理系統管理數個電池管理模塊。

2、無損耗均衡：通過能量的轉移，達到均衡單體電池不一致性的目的，能量無損耗，均衡效率高，均衡效果好，單體電池電壓不一致性差異優于20mv。

3、電壓、溫度測量精度高：電壓測量精度優于0.5%，溫度測量誤差小于2℃。