[发明专利]一种磷酸铁锂动力电池管理系统及管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸铁锂动力电池管理系统及管理方法。

背景技术

能源危机和环境污染是当今世界面临的两大难题。电动汽车以节能、环保而广受人们的欢迎，已成为未来汽车发展的必然趋势。我国“十二五”规划确立了电动汽车“三纵三横”的战略布局。三纵即混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车；三横即电池、电机、电控。其中，车载动力电池作为电动汽车的关键部件，其性能对整车的动力性、经济性和安全性至关重要，是制约电动汽车规模发展的关键因素。而锂离子电池因其高能量密度、低放电率和没有记忆效应，作为动力源广泛应用在电动汽车和混合电动汽车中。

但是，锂离子动力电池的滥用能力差、充放电特性受环境影响较大，并且锂离子电池串联成组应用到电动汽车上时，其性能远不及单体电池，甚至出现安全性问题。究其原因，锂电池本质上具有高非线性、强耦合性、迟滞效应和时变特性，导致对其建模精度低、通用性差，SOC(State of Charge)、SOH(State of Health)、RUL(Remaining Useful Life)估计误差大，均衡效果不佳，并且随着电池的老化，电池SOC等状态估计误差越来越大，单体间的不一致性越来越明显，从而产生锂离子动力电池过充过放，可用容量降低，循环寿命下降，能量管理不合理，发生半路抛锚等问题，久而久之最终将导致安全事故发生。因此，对于锂离子动力电池来说，电池管理策略更为复杂。如何在保证寿命的基础上最大限度的发挥动力电池的充放电特性是电池管理系统的核心目标和技术难题。

电动汽车技术的迅速发展对电池管理系统提出了更高要求：电池管理系统除了能够稳定可靠的运行、配合车辆控制策略、监视电池状态以及保护电池组的安全之外，还应具备高效、优化的电池组能量控制策略。因此，成组电池优化充放电控制策略成为目前亟待解决的技术难题，也是未来电池管理系统的发展方向。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种磷酸铁锂动力电池管理系统及管理方法，本系统具有以下功能：①电池单体电压及总电压检测；②电池组充放电电流检测；③电池组故障诊断及过充、过放和均衡的强制保护以及温度保护；④电池组各种状态(SOC、SOH、RUL)的精确估计；⑤高效快速均衡；⑥预充电；⑦电池组绝缘测量；⑧电池组运行和故障数据记录；⑨与车辆控制器及显示系统通讯；⑩与充电机通讯，为充电机提供电池充电信息。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种磷酸铁锂动力电池管理系统，包括主控制器、电压检测电路、温度检测电路、绝缘检测电路、电流传感器、均衡电路、保护电路、预充电电路和动力电池组；其中，主控制器连接电压检测电路、均衡电路、温度检测电路、保护电路和绝缘检测电路，电压检测电路、均衡电路分别连接动力电池组中的各个电池单体两端，温度检测电路连接各个电池单体，绝缘检测电路连接电池组的正负极两端，用于判断电池组各个电池单体电压是否超出限值的保护电路连接各个电池单体的两端，电池组两端串联预充电电路、充电机；

所述电压检测电路检测动力电池组中各个电池单体的电压，温度检测电路获取电池组中各电池单体温度，主控制器根据电压、温度值的不同，与相应的设定范围比较，控制均衡电路进行相应的均衡动作。

所述动力电池组的正、负极两端分别通过一个手动开关S1和一个开关Kb连接DC/DC供电电路的一端，DC/DC供电电路的另一端具有正负输出端，分别连接有电压检测电路、温度检测电路、均衡电路和冷却风扇，为上述模块供电。

所述预充电电路包括并联的两路支路，一路连接继电器开关Kp后连接一个大功率电阻R；另一路为继电器开关K+，预充电电路的一端通过熔断器KF、电流传感器连接动力电池组，另一端连接充电机。

所述主控制器通过CAN2总线连接充电机，主控制器通过CAN1总线连接车辆控制器，主控制器通过RS232串口连接PC机，主控制器连接有存储模块。

基于上述磷酸铁锂动力电池管理系统的管理方法，包括以下步骤：

(1)电压检测电路检测动力电池组中各个电池单体的电压，主控制器判断电压是否超过阈值或在最佳范围内，根据电压值的不同，主控制器控制开关K+、K-、均衡电路的所有开关和开关Kb的开合；

(2)温度检测电路获取电池组中各电池单体温度，主控制器判断电池组温度是否超过规定值，如果超过规定值，断开所有开关，不允许进行充、放电和均衡操作；