[发明专利]一种电池组充放电路均衡电路

说明书

技术领域

本发明涉及电池管理系统，特别涉及一种电池管理系统中在蓄电池组充电、放电过程中对蓄电池组中单个蓄电池进行控制使整个蓄电池组的所有电池均衡充电和放电的电池组充放电均衡电路。

背景技术

电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM BMS)，是用来对电池工作进行管理使电池组工作在最佳状态，使用BMS能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。随着电池管理系统的发展，也会增添其它的功能。比如：

1、准确估测动力电池组的荷电状态(State of Charge，即SOC)，即电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤，从而随时预报混合动力汽车储能电池还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态。

2、动态监测动力电池组的工作状态：在电池充放电过程中，实时采集电动汽车蓄电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。同时能够及时给出电池状况，挑选出有问题的电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性，使剩余电量估计模型的实现成为可能。除此以外，还要建立每块电池的使用历史档案，为进一步优化和开发新型电、充电器、电动机等提供资料，为离线分析系统故障提供依据。

3、单体电池间的均衡：即为单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。均衡技术是目前世界正在致力研究与开发的一项电池能量管理系统的关键技术。

其一般结构是：包括采集板、主控板、显示屏三大模块。其中：采集板采集电压、电流、温度(霍尔)，使用16位单片机；主控板：与整车系统进行通讯，控制充电机，也使用16位单片机；显示屏一般采用彩色液晶屏：使用串口液晶屏，带触摸，实现人机交互功能。

目前BMS的一般功能是：

1)容量预测SOC：在充放电过程中在线实时监测电池容量，随时给出电池系统的剩余容量。

2)过流、过压、温度保护：当电池系统出现过流、过压、匀压和温度超标时，能自动切断电池充放电回路，并通知管理系统发出示警信号。

3)自动充电控制：当电池的荷电量不足45％时，根据当前电压，对充电电流提出要求，当达到或是超过70％的荷电量时停止充电。

4)充电均衡：在充电过程中，通过调整单体电池充电电流方式，保证系统内所有电池的电池端电压在每一时刻有良好的一致性。

5)自检报警：自动检测电池功能是否正常，及时对电池有效性进行判断，若发现系统中有电池失效或是将要失效或是与其它电池不一致性增大时，则通知管理系统发出示警信号。

6)通讯功能：采用CAN总线的方式与整车管理系统进行通讯。

7)参数设置：可以设置系统运行的各种参数。

8)上位机管理系统：电池管理系统设计了相应的上位机机管理系统，可以通过串口读取实时数据，可实现BMS数据的监控、数据转储和电池性能分析等功能，数据可灵活接口监视器、充电机、警报器、变频器、功率开关、继电器开关等，并可与这些设备联动运行。

其中，关于第4)充电均衡

1、电池失衡原因：通常我们把因单体电池的性能差异而导致的电池组性能降低的现象称为电池匹配失衡。大多数情况下，引起匹配失衡的原因是电池的制作工艺和检测手段的不完善，而不是锂离子电池本身的化学属性变化。即使在生产出电池后进行检测分类再进行组合，也会出现电池匹配失衡的现象。比如：各单体的自放电量不同导致电池组在搁置过程中的容量失衡、单体之间电阻不同导致个别单体在电池组充电过程中过充等。电池匹配失衡主要表现在两个方面：电池荷电状态失衡(即：所有单体的容量相同，但在电池组制作或搁置过程中，单体的荷电状态不同)和电池容量或能量的失衡。采用电池均衡处理技术便可解决以上两种失衡问题，从而改进串联电池组的电性能。电池荷电态失衡需在电池组初次充、放电时进行均衡调整电池，此后只需在充电期间进行均衡即可，而容量或能量失衡则必须在充、放电过程都进行均衡。

2、电池均衡目的：电池的充放电特性以及单体电池存在一定差异的这一实际情况，需要对电池组中各单体之间实现均衡控制，从而避免个别单体的过充、过放所导致的电池组失效，使其性能接近单体电池的平均水平。