[發明專利]基于N/M冗余均衡策略的動力鋰電池管理系統

有效

• 申請號: 201410387929.4
• 申請日: 2014-08-07
• 公開（公告）號: CN105337327B
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 方斌;彭富明
• 申請（專利權）人: 南京理工自動化研究院有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

本發明提供一種基于N/M冗余均衡策略的動力鋰電池管理系統，包括鋰電池組、主控制單元、數據采集單元、CAN總線、上位機以及顯示單元，所述鋰電池組包括多組電池包，每個電池包包括N節串聯的基本單體電池以及與之串聯的M節均衡單體電池，M≤N，每節單體電池與一開關串聯后再與另一開關并聯以形成一子開關網絡，每個電池包由N+M個子開關網絡串聯形成；所述主控制單元包括一均衡管理模塊，由微處理器根據鋰電池組的狀態參數控制進行電池均衡管理。利用本發明的系統可實現對動力鋰電池充放電過程的均衡管理，尤其是在單體電池電壓、溫度等參數異常或者損壞時，及時用冗余的電池替換過故障電池，保證電池組整體能正常使用。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，尤其是動力鋰電池的管理系統，具體而言涉及一種基于N/M冗余均衡策略的動力鋰電池管理系統。

背景技術

鋰電池具有高能量密度、高工作電壓、無記憶效應、循環壽命長、無污染、質量輕、自放電小等特點，其在電動交通工具領域有非常廣闊的前景。但是由于鋰離子電池具有明顯的非線性、不一致性和時變性，將鋰離子電池通過電池成組技術組成為一個電池組作為電源使用以后，需要對其進行管理，從而更合理地使用鋰離子電池，充分發揮其能量、功率優勢，延長其使用壽命，并降低成本。

現有的鋰電池管理系統主要功能是通過對電池在充放電過程的電壓、電流、溫度、荷電狀態等信息和狀態進行采集和監控，并對采集的各種數據進行分析及處理，實現對鋰電池工作狀態的全面監控以及對鋰電池進行充放電管理、熱管理和均衡管理。

通過測試、應用分析表明，現有的鋰電池管理系統存在諸多缺陷，主要如下：

(1)鋰電池管理系統只適用于單一類型的電池的缺陷：例如錳酸鋰電池工作電壓為3.7V，磷酸鐵鋰電池工作電壓為3.2V，如果采用錳酸鋰電池管理系統管理磷酸鐵鋰電池的工作，有發生過充電的可能。

(2)現有的鋰電池管理系統主控制模塊在軟件設計過程中采用的是前后臺系統的方式。但隨著動力電池的不斷推廣，鋰電池管理系統的功能將越來越完善，使得其對實時性要求更加苛刻，同時對功能的擴展以及后期的系統維護要求也越來越高，已不在適合采用這種開發方式。

(3)現在主流的電池均衡方法分為耗能式和非耗能式。耗能式均衡方法主要是通過限流電阻分擔電壓較高電池的一部分電壓，從而減少電池間的電壓差；其優點是實現電路簡單，缺點是能源得不到合理利用。非耗能式均衡方法主要是通過電容或電感等儲能元件實現能量過渡，從而間接實現電池電壓均衡；其優點是能源在一定程度上得到了合理利用，是以后的發展方向。

無論是耗能式還是非耗能式均衡方法，由于其均衡電流較小，無法及時有效地處理一節或多節單體電池電壓過低或過高問題，尤其是電池出現損壞故障，該均衡方法不能保證電池組正常工作。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于N/M冗余均衡策略的動力鋰電池管理系統，實現對動力鋰電池充放電過程的均衡管理，尤其是在單體電池電壓、溫度等參數異常或者損壞時，及時用冗余的電池替換過故障電池，保證電池組整體能正常使用。

為達成上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種基于N/M冗余均衡策略的動力鋰電池管理系統，包括鋰電池組、主控制單元、數據采集單元、CAN總線、上位機以及顯示單元，其中：

所述鋰電池組包括多組電池包，每個電池包包括N節串聯的基本單體電池以及與之串聯的M節均衡單體電池，M≤N，每節單體電池與一開關串聯后再與另一開關并聯以形成一子開關網絡，每個電池包由N+M個子開關網絡串聯形成；

所述數據采集單元包括多個數據采集模塊，用于采集鋰電池組、每個電池包和單體電池的狀態參數并通過所述CAN總線傳輸至主控制單元的微處理器進行相關處理；

所述主控制單元包括微處理器、絕緣電阻檢測模塊、充放電控制模塊以及均衡管理模塊，其中：