[發明專利]一種電池管理系統

有效

• 申請號: 201910454233.1
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110021985B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 甫日甫才仁;霍群海;尹靖元;吳理心;韋統振
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種電池管理系統，包括控制模塊、數據監測模塊、均衡模塊、驅動模塊等。多節電池單體串聯或并聯組成電池模塊。數據監測模塊的輸入端與每一個電池單體相連，數據監測模塊的輸出端與通信模塊的輸入端相連，通信模塊的輸出端分別與控制模塊輸入端和顯示模塊輸入端相連。控制模塊的輸出端與驅動模塊的輸入端連接，輸入端與數據采集模塊的輸出端相連。均衡模塊由底層均衡單元和頂層均衡單元組成，底層均衡單元和頂層均衡單元的輸入端均與驅動模塊的輸出端相連，底層均衡單元的輸出端與電池單體連接；頂層均衡單元的輸出端和電池模塊相連；所述的電池管理系統電池單體之間通過底層均衡單元進行能量均衡，電池模塊之間通過頂層均衡單元進行能量的均衡。

技術領域

本發明涉及一種電池管理系統。

背景技術

動力電池在工作過程中，由于電池組中單體電池的不一致性，在電池組充電過程中，部分單體已經充滿，但會有部分單體尚未充滿。但因為部分單體已經充滿，所以電池組停止充電，導致電池組可充入電量大大小于所有單體容量之和。而放電過程中，會出現部分單體已經放電完畢，部分單體尚未放電完畢的情況。因為有部分單體已經放電完畢，電池組會停止放電，導致電池組放出的電量小于電池組實際充入的電量。單體電池的不一致性不但影響整個電池容量利用率，還會造成電池組壽命受損。專利CN105490350A公開了一種模塊化電池網絡系統和模塊化電池網絡系統管理方法，該專利提供了電池管理系統管理方法和電池網絡化的技術方案，但未能解決電池單體之間容量不均衡問題，也沒有解決電池充放電中過度充電和過度放電問題。主動型電池管理系統的均衡方法采取了主動均衡方案，利用電感或電容以及開關變換器作為能量轉移的工具將能量高的單體電池能量轉移到能量低的單體電池中。

常見的均衡管理方法包括被動型均衡，基于飛渡電容的均衡，基于變換器型的均衡。被動均衡利用電阻消耗多余能量，變相的增加了電池組自身的溫度及周圍環境的溫度，從而降低了其工作效率以及安全性，此外，也在某種程度上降低了電池組整體的額定容量，并且不利于電池組長時間的運行。基于飛渡電容的均衡可以實現單體間直接的能量轉移，但由于電容本身的特性，均衡速度較慢，而且電容投切的瞬間容易產生較大的沖擊電流，控制相當復雜。基于變換器型的均衡方式大多以Buck、Buck-Boost、Cuk等直流變換電路為基本構成均衡電路，對電池組進行均衡存在均衡速度慢、損耗較大、控制復雜的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點，提出一種電池管理系統。本電池管理系統采用了主動型均衡方法案，采用底層均衡單元解決任意兩個電池單體之間電壓均衡問題，頂層均衡模塊解決電池模塊間電壓均衡問題。本發明的電池單體和電池模塊可獨立進行電壓均衡，提高了均衡效率和速度，解決電池組內部各個電池單體間、各個模塊間的電壓不一致性問題，可提升電池組的壽命周長和性能，保證電池組運行安全可靠。

本發明的目的通過以下技術方案實現。

本發明電池管理系統包括電源模塊、控制模塊、數據監測模塊、均衡模塊、驅動模塊、顯示模塊及通信模塊。多節電池單體串聯或并聯組成電池模塊，多個電池模塊串聯或并聯組成電池組。所述數據監測模塊的輸入端與每一個電池單體相連，數據監測模塊的輸出端與通信模塊的輸入端相連，所述的通信模塊的輸出端分別與控制模塊輸入端和顯示模塊輸入端相連。所述的控制模塊的輸出端與驅動模塊的輸入端連接，控制模塊的輸入端與數據采集模塊的輸出端相連。所述的均衡模塊由底層均衡單元和頂層均衡單元兩部分組成，底層均衡單元和頂層均衡單元的輸入端均與驅動模塊的輸出端相連，底層均衡單元的輸出端與電池單體連接，頂層均衡單元的輸出端和電池模塊相連。所述的電源模塊分別與控制模塊、驅動模塊、均衡模塊、顯示及通信模塊相連。

所述的數據監測模塊檢測電池單體的電壓、電池模塊的電壓、電池模塊的溫度，并將數據傳輸至控制模塊。所述的控制模塊對來自數據監測模塊的數據信息進行分析，若任意兩個電池單體之間電壓差大于單體均衡閥值，則發出底層均衡指令，若任意兩個電池模塊之間電壓差大于模塊均衡閥值，則發出頂層均衡指令。所述的均衡模塊受到控制模塊的指令，對電池單體和電池模塊的電壓進行均衡，直到單體電池的電壓和電池模塊的電壓一致為止。