[发明专利]一种锂电池电源模块管理系统及其方法

说明书

锂电池充放电保护技术领域，具体涉及一种锂电池电源模块管理系统及其方法。用于管理锂电池构成的电源模块，电源模块由若干个电池组构成，电池组由若干个电池片串联构成，电池片由一个电池单体或多个并联的电池单体构成，电池片并联一个第一转换开关，每个电池组中的第一转换开关组成一个开关阵列，开关阵列连接电池组控制单元，电池组控制单元能够监测电池片的充放状态的状态参数并发出相应驱动信号控制开关阵列中的第一转换开关改变状态使相应的电池片移出充、放电回路；还包括与电池组控制单元相连的电源模块管理单元，与电源模块管理单元连接的充电机，电源模块管理单元根据状态参数产生指令，控制充电机调整对充电模式和充电电流大小。

技术领域

本发明属于锂电池充放电保护技术领域，具体涉及一种锂电池电源模块管理系统及其方法。

背景技术

目前，电动汽车以其独特的节能环保的优势引起越来越多的国家的重视，开展了大量的相关研究和开发工作。其中动力锂电池电源以其所具备的体积小、质量轻、能量密度大、无记忆效应、使用寿命长、使用范围广、工作电压高和自放电率低等优点而成为主流电动力源技术。

通常地，动力锂电池成组串联使用，多组之间再串联及并联形成电池包。电池组充电时若有一个电池充电电压达到设定值(例如4.2V)，即切断充电回路以避免过充电。但由于电池之间存在一致性的问题，导致“木桶效应”的出现，即电池组总电量受某个单体电池限制，充电只能将一个单体电池充满，整个电池组不满，使得电池组放电容量变小。同样，电池组放电时若有单体达到设定值即需切断放电回路以避免过放电，进一步缩小电池组放电容量。

为此人们采用一些充放电均衡技术来试图改善这个问题。其中包括采用旁路电阻的被动式均衡、采用补偿电容的主动式均衡、采用主从式电感线圈的主动式均衡等相关技术。目前的均衡技术都是基于分流原理，在不断开电池的工作回路的前提下对于偏离多数区间的单体电池或者进行分流减负，或者进行汇流补充。其存在问题是大功率的分流、汇流效果不易实现，而且当单体电池处于过充电、过放电时仍需持续工作，一旦均衡控制措施匹配不佳时会加速电池老化；同时也无法简单地用新电池替换旧电池。

另一方面，当锂电池在使用过程中由于某个单体电池内部微短路等原因出现潜在故障时，现有的均衡技术会在相当程度上掩盖这个问题；而当故障明显出现后现有的电池管理系统只能在发出警告信号的同时选择将电池电源回路快速切断以避免故障造成损失，从而也使得汽车丧失动力无法行驶。

发明内容

为了克服目前动力锂电池电源存在的电池一致性差异所带来的问题,本发明的目的是提供一种锂电池电源模块管理系统，该装置能够以较为简单、经济的方式来实现电池单体的过充、过放异常状态的保护，从而改善电池组的使用容量并延长电池组的使用寿命，并且在电池出现潜在故障时可以将损坏电池从主回路中移除，让其余电池继续提供电力，提高了电池系统的可靠性。其原理是利用断流均衡的方法，即对每一个电池并联一个单刀双掷开关(机械触点或电力电子部件)，一旦电池出现过充电、过放电时即转换开关将电池单独旁路断开，避免电池过度使用，同时减轻木桶效应的影响，方便更换新电池。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种锂电池电源模块管理系统，用于管理锂电池构成的电源模块，所述电源模块由若干个电池组构成，所述电池组由若干个电池片串联构成，所述电池片由一个电池单体或多个并联的电池单体构成，所述电池片并联一个第一转换开关，每个所述电池组中的所述第一转换开关组成一个开关阵列，所述开关阵列连接电池组控制单元，所述电池组控制单元能够监测所述电池片的充放状态的状态参数并发出相应驱动信号控制所述开关阵列中的所述第一转换开关改变状态使相应的所述电池片移出充、放电回路；其中还包括与所述电池组控制单元相连的电源模块管理单元，与所述电源模块管理单元连接的充电机，所述电源模块管理单元根据所述电池组控制单元发送的所述状态参数产生相应指令，控制所述充电机调整对所述电源模块的充电模式和充电电流大小。