[发明专利]具备故障电池隔离功能的电池管理系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具备故障电池隔离功能的电池管理系统和方法，更确切点说本发明涉及一种故障电池实时检测与隔离方法。属于电池管理技术领域。

背景技术

蓄电池是国家新能源发展的重要技术，在国民经济各个领域中应用广泛。现有技术中汽车、电动车、船舶、潜水艇、通讯机站备用直流电源、UPS电源、电动工具、视听电子产品等很多设备都需要使用蓄电池。随着各种电池相关新型材料的开发和商用，电池的容量日益增加，例如与目前以钴酸锂为正极材料的普通锂离子电池相比，各种三元正极材料与硅基负极材料锂离子电池可以提高一倍以上的容量。但是随着电池能量密度与功率密度的提高，电池带来的潜在危险也在急剧增加，如经常报道的手机电池爆炸以及电动车着火事故等。因此非常必要针对电池和电池组设计专用的保护与管理系统。当前的电池管理系统主要利用电池单体的电压、阻抗等信息判断电池的安全状态，一旦某个电池单体出现故障可能引起安全问题，则往往直接切断整个电池组不对外供电。这种方法虽然保障了电池系统的安全性，但是过于粗暴，会对整个系统的用电可靠性以及电池组本身的效率带来极大的负面作用。一些新型电池管理系统采用阻塞式二极管可以单独隔离故障电池，这往往导致系统灵活性差，使能隔离的电池单体数量严重受限。本发明拟在传统电池管理系统技术的基础上，提出利用开关网络隔离故障电池，控制灵活，有利于满足电动车等对大型电池组的需求。本发明电池组中其它非故障电池继续正常供电，在确保电池组安全性的前提下，提高了整个系统工作的连贯性与效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备故障电池隔离功能的电池管理系统。本发明利用电池组中每个电池单体本身具有的独立性特点，通过开关网络隔离故障电池，兼顾了电池组的安全性与使用效率。电池的故障可能是由于电池单体产生了结构性缺陷，如内部出现断路，此时必须立即隔离该电池并在适当的时机进行替换；另一种可能是部分电池单体出现过充或者过放等现象，此时只要停止继续充电或者放电即可。本发明所述的电池管理系统可以同时适用以上两种情况，有效保证电池组的安全性和充分利用电池组的容量。

为了达到上述目标，本发明采用的技术方案是：

一种具备故障电池隔离功能的新型电池管理系统，所述电池组至少由两个电池单体串联构成。所述系统包括对所述电池组安全性问题评估的健康状态诊断模块，利用高效开关网络实现的故障电池隔离模块，用于控制开关网络中各个开关状态和负责各个模块之间协调通信的控制模块；所述控制模块分别与电池健康状态诊断模块与故障电池隔离模块相连，根据诊断模块确定的故障电池计算并控制电池隔离模块中所有开关的状态。

上述用于隔离故障电池的开关网络，可以使用机械开关或者继电器、MOSFET等电子开关以导通网络的形式实现。通过控制每个开关的开闭来形成不同的通路，隔离故障电池的同时继续保留剩余电池对外供电。

上述电池健康诊断模块主要通过单体电池的电压、电流、阻抗、温度、内部压力等状态参数判断对应电池单体是否发生故障。其中每个单体电池电压值的测量，可以使用单独的测量模块，如采用电阻分压与单刀多掷开关等。其它参数也可用类似相关方法测量。电池健康诊断模块需要把故障电池的标号以及故障的种类发送到控制模块。

上述控制模块是整个系统的控制核心，它需要同时和电池健康诊断模块和故障电池隔离模块进行通信，并针对不同的应用需求显示电池组的相关信息。为了控制整个电池管理系统的功耗水平，控制模块也可以对相关模块应用一定的睡眠机制。

上述电池组管理系统的运行过程，主要包含如下步骤：

步骤1、电池健康诊断模块通过分析整个电池组模块各个单体电池的状态信息来判断其安全性，例如利用单体电池端电压的大小、同其它电池电压的偏差、电池表面温度高低、交流/直流阻抗的变化等，实时评估每个电池单体的安全状况，比如过充、过放、严重老化、内部短路等。电池安全状态诊断模块最后把每个故障电池的标号与相应的故障种类发送给控制模块。

步骤2、控制模块根据诊断模块提供的故障电池标号与故障种类，确定对外的报警方式与所需要的隔离方法，最后把所需改变的每个开关状态发送到故障电池隔离模块。

步骤3、故障电池隔离模块收到控制模块关于每个开关的工作状态后，改变相关开关的控制信号，完成故障电池的隔离功能。