[實(shí)用新型]一種具有單體電池間能量均衡控制的電池管理系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220653216.4
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN203014420U
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王奉瑾
• 申請（專利權(quán)）人: 王奉瑾;中山普潤斯電源設(shè)備技術(shù)有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 中山市科創(chuàng)專利代理有限公司 44211
• 代理人: 謝自安

[技術(shù)領(lǐng)域]

本實(shí)用新型涉及電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是一種具有單體電池間能量均衡控制的電池管理系統(tǒng)。

[背景技術(shù)]

在對串聯(lián)連接的蓄電池組進(jìn)行充電時(shí)，由于電池組中各基本單元的電化學(xué)特性存在差異，當(dāng)一些單元電池被充滿電時(shí)，而另一些單元電池尚需繼續(xù)充電，這使得被充滿電的單元發(fā)生過充電現(xiàn)象。過充電，對蓄電池產(chǎn)生非常不利的影響。相反，那些長期充電不足的蓄電池，會使蓄電池容量下降，內(nèi)阻增加，造成蓄電池的早期損壞。因此，如何防止蓄電池在充電過程中出現(xiàn)過充和充電不足現(xiàn)象，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，提出了許多解決上述問題的方法。其中最有效，也被廣泛使用的一種方法就是定期為電池進(jìn)行均衡充電，使各個(gè)電池都達(dá)到均衡一致的狀態(tài)。目前對電池組進(jìn)行均衡管理的算法，主要有能量耗散型和非能量耗散型兩種。

能量耗散型的典型方法是電阻均衡，如圖3所示，B1、B2…一Bn為組成鋰離子電池組的各單元電池，K1、K2、、Kn為MCU控制的多路開關(guān)，R1、R2、、Rn，為放電平衡電阻。當(dāng)電池組充電時(shí)充電電流I在各節(jié)電池中都相等。當(dāng)某節(jié)例如B2電池電壓高于其他電池超過某值時(shí)，MCU控制的多路開關(guān)K2合上，B2通過R2分流，使B2電壓下降，如此反復(fù)循環(huán)11次使得鋰離子電池組各單元電池能平衡充電。此方案簡單、可靠，但電阻會消耗電能并發(fā)熱，使用中需注意選取電阻阻值及功率，其最大的缺點(diǎn)是放電工作使用中，各單元平衡白白消耗了鋰離子電池組的電能。

而非能量耗散型模式主要有共享變壓器均衡方法、雙向可逆DC／DC動(dòng)態(tài)均衡方法等。這三種方法都可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均衡，而且沒有復(fù)雜的控制系統(tǒng)，只要電池組中電池單體電壓差超過一定范圍，均衡模塊就在相鄰電池間進(jìn)行能量交換，從而實(shí)現(xiàn)均衡。

共享變壓器均衡方法原理如圖4所示，它只有一根磁芯，次級線圈分別接在每一接單體，電池組的電流I流入變壓器的初級，每個(gè)次級分別產(chǎn)生感應(yīng)電流。單體電池的電壓越低，它的電抗就越小，因而感應(yīng)電流越大。用這種方法，每一節(jié)單體獲得的均衡電流與其SOC成反比。在共享變壓器中，唯一的活動(dòng)元件就是次級的轉(zhuǎn)換晶體管。不需要閉合線圈，共享變壓器方法能快速而且低損耗的對電池組進(jìn)行均衡。它的缺點(diǎn)也是復(fù)雜、元件眾多，因?yàn)槊恳粋€(gè)次級都需要整流器件。均衡電路在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮能均衡盡可能多的單體，因?yàn)樵黾哟渭壘€圈十分復(fù)雜。

雙向可逆DC／DC動(dòng)態(tài)均衡方法原理如圖5所示，利用DC／DC變換器在相鄰兩個(gè)單體電池間建立能量轉(zhuǎn)移的雙向通道，相鄰單體電池問能量均衡也就保證了整組電池的能量均衡，但其不能直接實(shí)現(xiàn)任意兩點(diǎn)間的均衡，均衡效果不好。

因此，有必要解決如上問題。

[實(shí)用新型內(nèi)容]

本實(shí)用新型克服了上述技術(shù)的不足，提供了一種通過反激變壓器實(shí)現(xiàn)單體電池與能量總線存儲單元之間的能量傳遞，單片機(jī)通過控制反激變壓器上的初級開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊和次級開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)順序，實(shí)現(xiàn)單體電池的能量釋放或能量接收，實(shí)現(xiàn)單體電池點(diǎn)對點(diǎn)的能量快速均衡，主控制器通過對各單體電池上單片機(jī)的多次控制，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)電池組內(nèi)單體電池的能量均衡。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了下列技術(shù)方案：

一種具有單體電池間能量均衡控制的電池管理系統(tǒng)，包括有主控制器10和用于在單體電池之間能量從高位向低位傳遞時(shí)作為能量中轉(zhuǎn)的能量總線存儲單元1，所述主控制器10與能量總線存儲單元1之間設(shè)有若干個(gè)用于控制電池組內(nèi)單體電池進(jìn)行能量傳遞的均衡控制單元2，所述均衡控制單元2包括有用于單體電池與能量總線存儲單元1進(jìn)行能量中轉(zhuǎn)交換的反激變壓器T，所述反激變壓器T初級繞組與單體電池之間連接有用于控制兩者連通形成回路以使能量從高位向低位傳遞的初級開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊3，反激變壓器T次級繞組與能量總線存儲單元1之間連接有用于控制兩者連通形成回路以使能量從高位向低位傳遞的次級開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊4，所述能量均衡裝置還包括有用于控制初級開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊3和次級開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊4的導(dǎo)通順序的單片機(jī)5，所述單片機(jī)5與主控制器10連接，所述單片機(jī)5上還連接有用于檢測單體電池能量狀態(tài)以判斷單體電池是否需要進(jìn)行能量均衡的電壓檢測模塊11。

所述反激變壓器T初級繞組上連接有用于消除尖峰作用的穩(wěn)壓管D23和二極管D24，所述穩(wěn)壓管D23正極與反激變壓器T初級繞組一端連接，穩(wěn)壓管D23負(fù)極與所述二極管D24負(fù)極連接，二極管D24正極與反激變壓器T初級繞組另一端連接。

所述初級開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊3包括有受單片機(jī)5控制的由開關(guān)管Q7和Q9組成的初級推挽驅(qū)動(dòng)電路和由該初級推挽驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)、用于控制反激變壓器T初級繞組是否與單體電池連通形成回路的開關(guān)管Q8。