[发明专利]电池组管理及无损均衡系统

说明书

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，具体说是一种对电动汽车电池组内各单体电池的一致性进行管理并控制的电池组管理及无损均衡系统。 

背景技术

电池组的电池管理是指通过实时检测和估算电池组内各单体电池的状态（包括温度、电压、电流、最大可用容量、一致性等），缩小电池组中电池不一致性差别，预防电池组不一致性扩散，并据此提供电池组的优化使用方法，保障其使用的安全性及长寿命。能源紧张及环保危机迫使中国市场急需开发和生产新能源电动汽车，而发展电动汽车的瓶颈在于电池，由于锂离子电池在能量密度、功率密度上的优势，使其作为电动汽车用动力电池已成趋势，但锂离子电池比较“娇贵”，在安全性上存在隐患，一次过充或过放就有可能造成损坏。在使用过程中，若单体电池的各种参数（温度、电压、电流、最大可用容量等）产生不一致，未适时管理并实施必要的控制，那么，电池组的安全性能不能得到有效保证，使用寿命将大幅度降低。电池组中各单体电池的一致性是电动汽车运行过程非常重要的参数，是防止电池过充、过放的主要依据，只有通过电池管理及均衡系统来保证各个单体电池的一致性，才能有效地提高电动汽车的使用效率，延长电池组的使用寿命。为了发挥锂离子电池的优势，避开其缺点，发展电动汽车电池管理及均衡系统已成为必然。 

发明内容

为克服现有锂离子电池组存在的不能对单体电池各种参数的不一致性自动调整及控制的不足，本发明的发明目的在于提供一种电池组管理及无损均衡系统，通过对动力电池组单体电池的各种参数进行实时在线测量，进而对各单体电池的不一致性进行估算，经系统中的无损均衡电路对单体电池实施动态在线均衡，同时实施必要的控制，以实现提高电池组的安全性能，延长其使用寿命的目的。 

为实现上述目的，本发明充电机经动力电池组与负载连接，其特征在于：电池管理模块经中央处理器与显示单元、中央通信单元及面板操作单元分级联接，中央处理器与电动汽车能源管理系统连接，电池管理模块为两个及以上。 

所述电池管理模块由均衡功率单元、信号驱动和保护模块、数字信号处理器、模块通信单元与电池参数检测模块组成；电池管理模块的均衡功率单元、电池参数检测模块分别与动力电池组的电池模块连接；均衡功率单元经信号驱动和保护模块与数字信号处理器、模块通信单元与中央处理器分级联接；电池参数检测模块经数字信号处理器、模块通信单元与中央处理器分级联接，电池模块为两个及以上。电池管理模块能对电池模块的总电压、总电流、各单体电池的电压及温度进行精确测量，通过测量电池组的总电压、总电流来估算电池组的剩余容量及能量，对电池模块进行过流及短路的保护。通过测量电池模块中各单体电池的电压，来控制均衡功率单元，均衡各单体电池的不一致性，提高电池组的使用寿命。电池参数检测模块采用1个模块检测十二个单体电池参数的集中测量方案，将电池模块各单体电池的单体电压及温度信号整形、处理转换为标准信号送入数字信号处理器，数字信号处理器根据各单体电池参数，计算各单体电池的不一致性差异并根据不一致性差异的结果输出脉宽调制信号至脉宽信号驱动和保护模块，脉宽信号驱动和保护模块将数字信号处理器输出的脉宽调制信号放大整形后控制均衡功率单元中的MOS管的关断与导通，通过不同MOS管的关断与导通，可完成能量由剩余能量高的电池向剩余能量低的电池的转移，达到均衡各单体电池不一致性的目的。同时，数字信号处理器通过模块通信单元完成与中央处理器之间的通信，将各单体电池的信息上传至中央处理器，并接受中央处理器的指令。中央处理器接受各电池管理模块的信息并通过显示单元显示，向各电池管理模块下发面板操作单元的指令，同时，通过中央通信单元完成与电动汽车能源管理系统的通信。 

所述均衡功率单元由两个MOS管Q、两个二极管D和一个储能电感L组成。 

本发明可对动力电池组总电压、总电流及各单体电池的各种参数进行实时在线测量，对各单体电池的不一致性进行估算，通过系统中的无损均衡电路，对单体电池的充电、放电、静置实施动态在线无损均衡，同时实施必要的控制，以保证电池组的安全，延长其使用寿命。 

本发明与现有技术相比，具有以下优点： 

1、采用分层、分级管理：一个电池管理模块管理数个单体电池，一套管理系统管理数个电池管理模块。

2、无损耗均衡：通过能量的转移，达到均衡单体电池不一致性的目的，能量无损耗，均衡效率高，均衡效果好，单体电池电压不一致性差异优于20mv。 

3、电压、温度测量精度高：电压测量精度优于0.5%，温度测量误差小于2℃。