[发明专利]锂离子电池管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池管理系统，特别是一种锂离子电池管理系统及其控制方法，具体为动力型锂离子电池组的充电均衡系统，电池组信息管理系统，单体电池在浮充浮放状态下满充容量的测定，通过阻抗特性以及温度的影响计算电池寿命。

背景技术

电池及其管理系统(BMS)是电动汽车领域的关键技术，然而我国在这方面的研究还很不完善，还有很多问题不能解决。

电池管理系统首先要解决的问题就是锂离子电池组的充放电均衡问题。均衡的作用就是利用电子技术，使锂离子电池单体电压偏差保持在预期的范围内，让不同的电池差别很小或几乎不存在差异，从而保证每个单体电池在正常使用时不发生损坏。若不进行均衡控制，随着充放电循环的增加，各单体电池容量逐渐分化，出现“正反馈”现象，即容量越小的电池越容易出现过充和过放现象而导致容量加速萎缩。导致电池组整体单次充放电时间变短，电池组的容量变低，不能有效地利用所有电池单体的能量，使用寿命将大大缩减。

电池在反复使用过程中影响其满充容量变化的因素有很多，所述的满充容量是指电池从满充电压放电到截止电压的总放电量。通过研究发现，电池满充容量变化与充放电次数、充放电电流和使用温度有着密切的关系，随着充放电次数的增加，电池的满充容量逐渐减小。

电池的内阻是表征电池寿命以及电池运行状态的参数，是电池最为重要的特性参数之一，是衡量电子和离子在电极内传输难易程度的主要标志。锂离子电池是一个高度非线性系统，因此锂离子电池内阻并不能直接得到。我们需要建立一个简单、准确、适合工程化应用的模型，估算出锂离子电池的内阻，并以此作为衡量电池寿命状态的参量，并且得到电池内阻与寿命状态的相应关系，为实现电池寿命估计提供参考。

发明内容

本发明提供了一种锂离子电池管理系统及控制方法，它是一种负反馈型锂离子电池管理系统及控制方法，其中包括负反馈型电池单元充放电管理调度方法、串联的锂离子电池单元之间的通讯方法、以及通过阻抗特性估测电池寿命方法。

本发明提供的一种锂离子电池管理系统包括：

负反馈充电均衡单元，由开关以及控制开关单元组成，用于实现电池单元从电池组退出或串入；所述的开关采用带反并联二极管的继电器、接触器等或采用功率MOSFET及其它们的结合。

电池充放电控制保护单元，由温度检测单元、电压检测单元和电流检测单元组成，用于电池在过压，欠压，过流以及超温情况下的保护，使对应的电池单元退出电池组；

串行通讯单元，用于将实时的观测电池单体或电池组的电压、电流各项参数的信号在子板与母板之间以及子板与子板之间的接收与发送；

所述的功率MOSFET开关为增强型的P沟道MOSFET(Q1)与增强型N沟道MOSFET(Q2)组合，充电时Q1导通，Q2截止；充电保护时Q1先截止，再令Q2导通，使得电池从回路中退出，达到了保护该节电池的目的；再次启动充电时Q2先截止，Q1再导通；放电时先关断Q2，再令Q1导通。

本发明提供的一种锂离子电池管理系统的控制方法包括的步骤：

(1)电池单元负反馈均衡充电：设置锂离子电池单元从串联的电池组中自由退出或串入的电路，并进行负反馈型充放电控制，即在充电时，由控制单元检测电池电压，并发出指令让充满电的电池先退出电池组，或采用占空比控制的办法让电压较高的电池单元更多的时间退出充电回路；在放电时也由控制单元检测电池电压，并发出指令让放完电的电池先退出电池组，或采用占空比控制的办法让电压较低的电池单元更多的时间退出放电回路。

(2)电池组信息管理：串联的锂离子电池单元之间设置串行通讯的电路，在不同电位的锂离子电池单元之间，通讯信息通过逐级硬件转发或软件转发的方式进行上下传递，传递的信息包括锂离子电池单元的电压、电流和温度等。