[发明专利]一种单体充放尾补均衡模块及其电池组均衡保护管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种单体充放尾补均衡模块及其电池组均衡保护管理系统，主要应用于电动汽车、电动摩托车、电动自行车的电池组的均衡保护管理系统，也可用于大型超级电容器组的电压均衡保护。

背景技术

电池组管理系统主要功能是保护和均衡，电池组保护技术已经很成熟，例如凹凸科技公司的单片OZ890可保护13节串联电池组，可16片OZ890级连保护208节串联电池组；保护电压检测精确度一般都能到±25mV，例如日本精工电子公司S系列电池保护集成电路.

均衡技术与保护技术相比，均衡技术明显迟后，特别是放电均衡基本没有什么有效的办法，不仅民用产品普遍没有放电均衡措施，就连航天站和卫星，有关充电均衡研究报道很多，放电均衡难见应用研究报道。电池组产生不均衡的原因，不仅是充电不均衡造成的，而且主要是放电不均衡造成的。

目前，首先对单体电池严格挑选后组成电池组，选择容量、内阻一致，甚至充放电曲线一致。但电池组在使用过程中有又会产生新的不均衡，对一组经严格挑选的12串联的磷酸铁锂电池组做循环寿命试验，到第64次时各单体电池电压差就达到542mV；且只要有一次非正常充电或放电，各单体电池容量立即就不均衡。因此挑选技术对提高电池组性能的作用有限。

目前，通常的充放电管理方法都是，充电时只要电池组中有一只单体电池先行充满，系统就停止充电，但此时多数单体电池尚未充满；而放电时，只要有电池组有一只电池先行放完，系统就停止放电。这样，高价配置的电池组既不敢充满，又不敢足放，只能用电量中间那段，容量配置浪费极大。电池组的容量只能等于最小单体电池容量。电池组的循环寿命只能等于最小单体电池循环寿命。

目前，市场常用电池组管理系统均衡技术有三种：

1.大多数采用分流均衡技术，例如精工电子公司的S8209、凹凸科技公司的OZ930、ti仪器公司的bq3060、凌力尔特公司的LTC6802、基准稳压电路TL431分流等。而比亚迪微电子公司的BM309/BM320虽也为分流均衡，但具有充放电均衡且为相对比较均衡，较阀值定压均衡先进。虽然分流均衡技术较为成熟，但在放电均衡时消耗的是电池电量，且均衡分流电流不能大，小电流分流均衡不能满足大容量电动摩托车、电动汽车电池组需求。

2.少数采用电容或电感转移电池之间的电荷的级连均衡方案，因路径长而效率低。例如采用电感级连的ti仪器公司的PowerPump-bq78PL114，但也只能将85％能量转移到第6节电池。采用电容级连均衡方案，使用开关管的数量多，可靠性和安全性尚待突破。

3.有源变换均衡：曾见某锰酸锂电动自行车充电器采用电池组侧集中式变换器对电池组和单体电池同时充电的设计；《电动汽车锂离子电池能量管理系统研究 》（万向电动汽车有限公司）中介绍 “…均衡功能使用了高效的DC—DC功率转换模块…单体电压最低的电池进行补充充电…均衡模块并没有直接安装在车上…”，只是充电有源变换均衡；《动力电池组特性分析与均衡管理》（陈守平等著）中述“均衡器由双向高频开关电源电路完成…每个均衡器对应一只单体电池…” 这是在电动汽车中配置单片机实施的有源能量变换均衡，成本很高，电动自行车、电动摩托车中不可能实施。

发明内容

本发明所要解决的问题旨在克服上述技术缺陷，应用直流电压变换技术、电压检测技术、电池保护集成电路技术，提出一种电路简单、无需另加软件、充电放电均衡、单体独立均衡、直流电压能量变换均衡、与单体电池一致性基本无关、电池组容量和寿命达到各单体电池的平均值、且功耗低的单体充放尾补均衡模块及其电池组均衡保护管理系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

该单体充放尾补均衡模块基础方案设置有直流电压变换控制器、第一电压检测器、第一光电耦合器（内含输入发光二极管和输出光敏三极管）、第二光电耦合器（内含输入发光二极管和输出光敏三极管）、场效应管、三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻。这些元器件组焊在印制电路板上而组成模块结构，模块上设置有：输出正接点，输出负接点，输入正接点，输入负接点，次级控制接点，均衡输入接点，充电控制接点。

直流电压变换控制器初级、次级隔离，其上有输入正脚、输入负脚、输出正脚、输出负脚、次级控制脚、初级控制脚、漏脚、源脚。其输出正脚、输入负脚即单体充放尾补均衡模块的输出正接点、输出负接点，其输入正脚、输入负脚与单体充放尾补均衡模块输入正接点、输入负接点连接，其漏脚、源脚与场效应管漏极、源极连接，其初级控制脚与场效应管的栅极连接，其次级控制脚即单体充放尾补均衡模块的次级控制接点。