[發(fā)明專利]電池管理單元、電池管理系統(tǒng)和電池管理方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310433717.0
• 申請(qǐng)日: 2013-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN103545879A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘東龍;魏淵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鐘東龍;魏淵
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00;H01M10/44
• 代理公司: 成都惠迪專利事務(wù)所 51215
• 代理人: 劉勛

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及電子技術(shù)。

背景技術(shù)

在節(jié)能環(huán)保為世界當(dāng)今的努力目標(biāo)和技術(shù)發(fā)展方向的前提下。通信技術(shù)，電動(dòng)交通，電子電氣產(chǎn)品的迅速發(fā)展，便攜式移動(dòng)智能終端越來越智能化，小型化，功能人性化。傳統(tǒng)的移動(dòng)電源已經(jīng)不能滿足這些復(fù)雜的系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。所以解決移動(dòng)電源供電問題成為技術(shù)上的一個(gè)重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。

移動(dòng)電源經(jīng)過幾十年的發(fā)展，人們最終使用了“鋰電池”供電解決了這一技術(shù)難題。追溯移動(dòng)電源的發(fā)展大致經(jīng)歷了三次革命。第一個(gè)時(shí)期是五十年代興起的鉛酸蓄電池移動(dòng)電源。第二個(gè)時(shí)期是指六十年代開發(fā)成功鎘鎳堿性蓄電池時(shí)期，該系列電池由于高功率、高壽命以及良好的低溫性能，廣泛地應(yīng)用于航海、通訊、電力、鐵路、通訊、電動(dòng)工具、辦工自動(dòng)化等諸多部門。第三個(gè)時(shí)期指進(jìn)入九十年代至今，九十年代初期，中國(guó)已有了研制鋰電池的初級(jí)產(chǎn)品，主要是用于電子計(jì)算器上的二氧化錳扣式電池，以及少量的鋰、碘和卷邊封口的鋰、二氧化硫電池，隨后又研制出小型碳包式的鋰、亞硫氯電池。

由于鋰離子電池的特性，當(dāng)電壓超過或低于允許范圍時(shí)都會(huì)導(dǎo)致電池單元以及整個(gè)電池組的損壞或失效。所以，對(duì)使用鋰離子電池組作為能量來源使用時(shí)，每個(gè)電池單元的電壓檢測(cè)至關(guān)重要。即使每個(gè)電池單元的電壓都能夠準(zhǔn)確測(cè)量，但是由于每節(jié)電池單元的參數(shù)在出廠時(shí)的細(xì)微差別，以及使用過程中不同的內(nèi)阻、不同的環(huán)境溫度等，都可能會(huì)導(dǎo)致電池單元充電與放電速率的不同。當(dāng)它們串聯(lián)在一起組成電池組時(shí)，就有可能在充電時(shí)有部分電池提前充滿電，而放電時(shí)部分電池提前放完電的情況出現(xiàn)。如果不進(jìn)行均衡的話，就使得電池的實(shí)際容量與標(biāo)定容量有差別，日積月累，可能會(huì)明顯地減低整個(gè)電池組的表現(xiàn)。同時(shí)，由于使用環(huán)境的嚴(yán)酷，以及鋰離子電池的自然老化，還會(huì)導(dǎo)致電池單元容量發(fā)生變化，在經(jīng)過一段時(shí)間的使用后，將會(huì)有一小部分電池單元的有效容量接近于零，導(dǎo)致失效。因此，為了提高整個(gè)電池組的壽命，如何均衡這些老化較快的電池單元也是電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要考慮的一個(gè)重要課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種鋰電池管理方案，完全取替鋰電池使用過程中的配阻問題。從而延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間和電池壽命。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，電池管理單元，其特征在于，包括上級(jí)連接點(diǎn)、電池連接點(diǎn)、時(shí)分開關(guān)和串/并聯(lián)切換開關(guān)；串/并聯(lián)切換開關(guān)具有至少兩個(gè)并聯(lián)接口，每個(gè)并聯(lián)接口連接有時(shí)分開關(guān)，電池連接點(diǎn)與時(shí)分開關(guān)連接；時(shí)分開關(guān)與時(shí)分開關(guān)控制模塊連接，串/并聯(lián)切換開關(guān)與串/并聯(lián)切換開關(guān)控制模塊連接。

進(jìn)一步的，還有一個(gè)電池連接點(diǎn)通過時(shí)分開關(guān)連接到上級(jí)連接點(diǎn)。所述上級(jí)連接點(diǎn)連接有蓄電裝置。

本發(fā)明還提供帶有前述電池管理單元的電池管理系統(tǒng)，所述電池管理單元通過樹形連接結(jié)構(gòu)與外部電路連接點(diǎn)連接；所述樹形連接結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)子模塊，所述子模塊包括連接有至少兩個(gè)組合時(shí)分開關(guān)的組合連接點(diǎn)；各組合時(shí)分開關(guān)與時(shí)分開關(guān)控制模塊連接。

所述樹形連接結(jié)構(gòu)至少有兩層，下層子模塊的組合連接點(diǎn)連接到上層子模塊的組合時(shí)分開關(guān)，最底層子模塊的組合時(shí)分開關(guān)連接電池管理單元的上級(jí)連接點(diǎn)，頂層子模塊的組合連接點(diǎn)用于連接外部電路。

頂層的組合連接點(diǎn)還連接有蓄電裝置。或者每一個(gè)組合連接點(diǎn)都連接有蓄電裝置。

本發(fā)明還提供一種電池管理方法，其特征在于，包括下述步驟：

充電階段：各電池置于并聯(lián)狀態(tài)，然后對(duì)各電池進(jìn)行時(shí)分方式的充電；

放電階段：各電池置于混聯(lián)狀態(tài)，然后進(jìn)行時(shí)分方式對(duì)外部放電；

充電或放電階段，各電池通過共同連接的蓄電裝置實(shí)現(xiàn)平衡。

所述時(shí)分方式為：以時(shí)域劃分的方式控制不同電池組，對(duì)單個(gè)電池組來說，實(shí)現(xiàn)間歇式的充電和放電；對(duì)整個(gè)電池組來說，實(shí)現(xiàn)持續(xù)放電。

所述蓄電裝置為電容。本發(fā)明采用電容自平衡，結(jié)合電容累積電荷和釋放電荷的原理和節(jié)點(diǎn)電流原理，把電容作為電荷的中轉(zhuǎn)站，灌入和搬運(yùn)中轉(zhuǎn)站內(nèi)電荷的多少來實(shí)現(xiàn)自平衡。

本發(fā)明完全革新了傳統(tǒng)的“配阻”方式電池管理方案，解決了傳統(tǒng)模式下的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制精確度不高、無功損耗嚴(yán)重、電池壽命短等缺點(diǎn)。本發(fā)明采用時(shí)分控制、電池間歇式供電、電容自平衡的技術(shù)，從物理層面上解決了無功損耗，延長(zhǎng)了電池續(xù)航時(shí)間和電池壽命。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是實(shí)施例2的電池管理單元電路圖。

圖4是時(shí)分方式的波形圖。

圖5是2倍頻的原理圖。

圖6是2倍頻波形圖。