[發(fā)明專利]一種磷酸鐵鋰動力電池管理系統(tǒng)及管理方法

在審

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• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN104104137A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設計）人: 崔納新;張承慧;商云龍;于廣
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發(fā)明涉及一種磷酸鐵鋰動力電池管理系統(tǒng)及管理方法。

背景技術

能源危機和環(huán)境污染是當今世界面臨的兩大難題。電動汽車以節(jié)能、環(huán)保而廣受人們的歡迎，已成為未來汽車發(fā)展的必然趨勢。我國“十二五”規(guī)劃確立了電動汽車“三縱三橫”的戰(zhàn)略布局。三縱即混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車；三橫即電池、電機、電控。其中，車載動力電池作為電動汽車的關鍵部件，其性能對整車的動力性、經(jīng)濟性和安全性至關重要，是制約電動汽車規(guī)模發(fā)展的關鍵因素。而鋰離子電池因其高能量密度、低放電率和沒有記憶效應，作為動力源廣泛應用在電動汽車和混合電動汽車中。

但是，鋰離子動力電池的濫用能力差、充放電特性受環(huán)境影響較大，并且鋰離子電池串聯(lián)成組應用到電動汽車上時，其性能遠不及單體電池，甚至出現(xiàn)安全性問題。究其原因，鋰電池本質(zhì)上具有高非線性、強耦合性、遲滯效應和時變特性，導致對其建模精度低、通用性差，SOC(State?of?Charge)、SOH(State?of?Health)、RUL(Remaining?Useful?Life)估計誤差大，均衡效果不佳，并且隨著電池的老化，電池SOC等狀態(tài)估計誤差越來越大，單體間的不一致性越來越明顯，從而產(chǎn)生鋰離子動力電池過充過放，可用容量降低，循環(huán)壽命下降，能量管理不合理，發(fā)生半路拋錨等問題，久而久之最終將導致安全事故發(fā)生。因此，對于鋰離子動力電池來說，電池管理策略更為復雜。如何在保證壽命的基礎上最大限度的發(fā)揮動力電池的充放電特性是電池管理系統(tǒng)的核心目標和技術難題。

電動汽車技術的迅速發(fā)展對電池管理系統(tǒng)提出了更高要求：電池管理系統(tǒng)除了能夠穩(wěn)定可靠的運行、配合車輛控制策略、監(jiān)視電池狀態(tài)以及保護電池組的安全之外，還應具備高效、優(yōu)化的電池組能量控制策略。因此，成組電池優(yōu)化充放電控制策略成為目前亟待解決的技術難題，也是未來電池管理系統(tǒng)的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種磷酸鐵鋰動力電池管理系統(tǒng)及管理方法，本系統(tǒng)具有以下功能：①電池單體電壓及總電壓檢測；②電池組充放電電流檢測；③電池組故障診斷及過充、過放和均衡的強制保護以及溫度保護；④電池組各種狀態(tài)(SOC、SOH、RUL)的精確估計；⑤高效快速均衡；⑥預充電；⑦電池組絕緣測量；⑧電池組運行和故障數(shù)據(jù)記錄；⑨與車輛控制器及顯示系統(tǒng)通訊；⑩與充電機通訊，為充電機提供電池充電信息。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種磷酸鐵鋰動力電池管理系統(tǒng)，包括主控制器、電壓檢測電路、溫度檢測電路、絕緣檢測電路、電流傳感器、均衡電路、保護電路、預充電電路和動力電池組；其中，主控制器連接電壓檢測電路、均衡電路、溫度檢測電路、保護電路和絕緣檢測電路，電壓檢測電路、均衡電路分別連接動力電池組中的各個電池單體兩端，溫度檢測電路連接各個電池單體，絕緣檢測電路連接電池組的正負極兩端，用于判斷電池組各個電池單體電壓是否超出限值的保護電路連接各個電池單體的兩端，電池組兩端串聯(lián)預充電電路、充電機；

所述電壓檢測電路檢測動力電池組中各個電池單體的電壓，溫度檢測電路獲取電池組中各電池單體溫度，主控制器根據(jù)電壓、溫度值的不同，與相應的設定范圍比較，控制均衡電路進行相應的均衡動作。

所述動力電池組的正、負極兩端分別通過一個手動開關S1和一個開關Kb連接DC/DC供電電路的一端，DC/DC供電電路的另一端具有正負輸出端，分別連接有電壓檢測電路、溫度檢測電路、均衡電路和冷卻風扇，為上述模塊供電。

所述預充電電路包括并聯(lián)的兩路支路，一路連接繼電器開關Kp后連接一個大功率電阻R；另一路為繼電器開關K+，預充電電路的一端通過熔斷器KF、電流傳感器連接動力電池組，另一端連接充電機。

所述主控制器通過CAN2總線連接充電機，主控制器通過CAN1總線連接車輛控制器，主控制器通過RS232串口連接PC機，主控制器連接有存儲模塊。

基于上述磷酸鐵鋰動力電池管理系統(tǒng)的管理方法，包括以下步驟：

(1)電壓檢測電路檢測動力電池組中各個電池單體的電壓，主控制器判斷電壓是否超過閾值或在最佳范圍內(nèi)，根據(jù)電壓值的不同，主控制器控制開關K+、K-、均衡電路的所有開關和開關Kb的開合；

(2)溫度檢測電路獲取電池組中各電池單體溫度，主控制器判斷電池組溫度是否超過規(guī)定值，如果超過規(guī)定值，斷開所有開關，不允許進行充、放電和均衡操作；