CN101752890A - 电池管理系统均衡装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池管理系统均衡装置，包括旁路单元，旁路单元包括若干旁路器件，至少一部分旁路器件为储能及能量转换装置，较佳地，储能及能量转换装置可以是风扇、超级电容器或二次型化学电源，旁路器件单独使用、并联使用或混联使用，还包括旁路指示单元、开关矩阵单元、电池单元、数据信息采集单元和中央控制单元，本发明还提供了一种电池管理系统均衡方法，通过本发明，使均衡效率在同等条件下大大提高，既缩短了均衡时间，又能满足功率电阻自动、充分散热的需求，使系统散热和均衡自动实现，不需要再单独提供散热装置，同时又能够充分降低均衡系统温度，使电池组的箱包设计更加简单易行，也使电池系统的产品化、实用化进一步提高。

Description

电池管理系统均衡装置及方法

技术领域

本发明涉及储能动力电池系统技术领域，特别涉及储能动力电池系统均衡技术领域，具体是指一种电池管理系统均衡装置及方法。

背景技术

面临能源和环境的巨大压力，21世纪的人们在不断地寻求清洁的代用燃料，以改善日益恶化的交通排放现状，节能减排随之成为全世界共同关心的话题，电动车辆作为节能减排的一项重要手段，也逐渐成为各国政府和汽车制造商关注的焦点。因此，各个国家及大的汽车厂商也都将电动汽车作为研究的重点。针对我国的国情，要缓解城市交通的压力，同时又要保护环境、降低城市大气和噪音污染，必然要大力发展电动车辆。要发展电动车辆，必然要研究和发展电动汽车相关的技术。

目前，作为电动汽车的核心零部件之一——电池系统，与电机、电机控制技术相比，还不是很成熟，仍然存在很多实际的问题：比如动力电池体积和质量比容量低，致使电动汽车续驶里程短；动力电池的比功率低，导致汽车的动力性能差；动力电池的充电时间长，即使是使用快速充电技术也不可能像内燃机汽车加油那样在几分钟内完成，这也使使电动汽车的推广受到严峻挑战；特别值得一提的是由于电池系统中各单体电池性能的不一致，使动力电池组在电动汽车上的性能指标远达不到单电池原有的水平，其使用寿命缩短数倍甚至十几倍，这一结果严重影响着电动汽车的使用性能、也影响着电池的使用成本，从而在很大程度上决定着电动汽车的性价比、市场推广模式、发展进程和市场化进度。

导致电池不一致的原因可以从两个方面来分析：一、单体电池的原因；由于制造工艺的差异，使得同批次生产的同型号电池的容量、内阻等不完全一致；二、电池系统的原因；电池系统的不完善(如无均衡功能或均衡电流太小、无法自动快速调平各单体电池、无法兼顾均衡和散热等)和使用过程中通风散热的差异及电池充放电状态的不完全一致，导致动力电池组的性能必然存在不一致性，这种不一致性又反过来加剧了各单体电池之间充放电状态的差异，特别是随着使用时间的增加，电池的不一致更加显著，进一步影响电池组的使用性能，严重时甚至危及整车的安全；而在这里我们重点论述通过改进均衡系统来弥补电池组的不一致性。

就均衡系统而言，大致分为能耗式均衡和非能耗式均衡。如图1所示，能耗均衡方式的特点是当某节单体电池11的电压满足某一策略条件时，该电池单元开关12接收中央处理单元的指令，闭合开关、启动均衡电路，通过功率电阻13开始对高电压电池进行放电，以确保电池组中各单体电池11的电压或充电状态尽量趋于一致，确保电池组的荷电量最大；这一方案可以防止完成充电的电池发生过充，同时保证尚未完成充电的电池继续完成充电。但由于能耗问题，能耗方案只适用于低电流等级的均衡，例如小容量手机电池的充电。非能耗均衡分为双向反激、同轴变压器和双向DC-DC均衡等，但由于制作工艺的难度和成本限制，虽然本领域的技术人员做了很多研究和探索，但至今无法实现其真正的产品化和实用化。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种电池管理系统均衡装置及方法，通过该装置和方法，使均衡效率在同等条件下大大提高，既缩短了均衡时间，又能满足功率电阻自动、充分散热的需求，使系统散热和均衡自动实现，不需要再单独提供散热装置，同时又能够充分降低均衡系统温度，使电池组的箱包设计更加简单易行，也使电池系统的产品化、实用化进一步提高，设计巧妙、结构简洁，适于大规模推广应用。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种电池管理系统均衡装置，包括旁路单元，所述旁路单元包括若干旁路器件，其特点是，至少一部分所述旁路器件为储能及能量转换装置。

较佳地，所述储能及能量转换装置包括风扇、超级电容器和二次型化学电源的一种或几种。

较佳地，一部分所述旁路器件为储能及能量转换装置，其余所述旁路器件为功率电阻。

较佳地，所述旁路器件单独使用、并联使用或混联使用。

较佳地，所述电池管理系统均衡装置还包括旁路指示单元，所述旁路指示单元与所述旁路单元电连接。

较佳地，所述电池管理系统均衡装置还包括开关矩阵单元，所述开关矩阵单元包括若干开关，所述开关与所述旁路器件连接。

更佳地，所述开关为机械开关、继电器或电子开关。

更进一步地，所述电子开关包括三极管、场效应管和光继电器的一种或几种。

更佳地，所述电池管理系统均衡装置还包括电池单元、数据信息采集单元和中央控制单元，所述数据信息采集单元电连接所述电池单元，所述旁路单元通过所述开关矩阵单元与所述电池单元电连接，所述中央控制单元电连接所述开关矩阵单元。

更进一步地，所述电池单元不仅适用于锂离子电池，还适用于镍氢电池、铅酸电池等二次化学电源和超级电容器等二次储能装置。

在本发明的第二方面，提供了一种电池管理系统均衡方法，其特点是，包括以下步骤：

(1)通过数据采集单元采集电池单元内每只单体电池的信息，并发送给中央控制单元；

(2)所述中央控制单元对所述信息进行处理，并根据处理结果控制开关矩阵单元各开关的断开或关闭，从而控制电池旁路的关断达到平衡对应的单体电池的目的；

(3)对应的电池旁路开启或关断，当电池旁路闭合时，通过储能及能量转换装置将至少部分电能储存或转换。

较佳地，所述信息包括每只单体电池的电压、电池单元内的温度场、电池单元总电流或电池单元总电压的一种或几种。

较佳地，所述数据采集单元通过内部通讯网络将所述信息发送给所述中央控制单元。

更佳地，所述内部通讯网络为485、232或CAN。

较佳地，在步骤(3)中还包括步骤：当电池旁路闭合时，通过旁路指示电路的指示，判断旁路是否打开。

本发明的有益效果具体如下：

1、本发明通过用风扇、超级电容器、二次型化学电源或其它储能及能量转换装置代替功率电阻，也可以用上述装置并联在功率电阻两端，还可以上述装置和功率电阻混联使用，从而对旁路单元进行改造，设计巧妙、结构简洁；

2、本发明采用风扇进行上述改造后，使得当中央控制单元控制相应的电池单体旁路闭合时，系统既能对相应的单体电池旁路，同时又有一部分多余的电能转化为风能，这样既增大了旁路电流，提高均衡效率，缩短均衡时间，又能满足功率电阻自动、充分散热的需求，不需要再单独提供散热装置，使系统散热和均衡自动实现，同时又能够充分降低均衡系统温度，使电池组的箱包设计更加简单易行，适于大规模推广应用。

附图说明

图1是现有的电池管理系统均衡装置的部分结构示意图。

图2是本发明的电池管理系统均衡装置的一具体实施例的部分结构示意图。

图3是本发明的电池管理系统均衡装置的另一具体实施例的部分结构示意图。

图4是本发明的电池管理系统均衡方法的控制原理示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参见图2-4所示，本发明的电池管理系统均衡装置，包括旁路单元，所述旁路单元包括若干旁路器件，其特点是，至少一部分所述旁路器件为储能及能量转换装置。

较佳地，所述储能及能量转换装置包括风扇1、超级电容器和二次型化学电源的一种或几种。请参见图2和图3所示，在本发明的具体实施例中，一部分所述旁路器件为储能及能量转换装置，所述储能及能量转换装置采用风扇1，其余所述旁路器件为功率电阻2。

较佳地，所述旁路器件单独使用、并联使用或混联使用。请参见图2所示，在本发明的具体实施例中，用风扇1并联在功率电阻2两端；请参见图3所示，在本发明的具体实施例中，用风扇1代替功率电阻2、用风扇1并联在功率电阻2两端、或者一部分保留均衡电阻2、一部分用风扇1代替，总之，实现风扇1和功率电阻2的混联。

请参见图4所示，在本发明的具体实施例中，所述电池管理系统均衡装置还包括旁路指示单元，所述旁路指示单元与所述旁路单元电连接。

请参见图2-4所示，在本发明的具体实施例中，所述电池管理系统均衡装置还包括开关矩阵单元，所述开关矩阵单元包括若干开关3，所述开关3与所述旁路器件连接。开关3不仅可以是机械开关、继电器，还可以是三极管、场效应管、光继电器等电子开关。

请参见图4所示，在本发明的具体实施例中，所述电池管理系统均衡装置还包括电池单元、数据信息采集单元和中央控制单元，所述数据信息采集单元电连接所述电池单元，所述旁路单元通过所述开关矩阵单元与所述电池单元电连接，所述中央控制单元电连接所述开关矩阵单元。

所述电池单元不仅可以采用锂离子电池，还可以采用镍氢电池、铅酸电池等二次化学电源和超级电容器等二次储能装置。

请参见图4所示，本发明的电池管理系统均衡方法，包括以下步骤：

(1)通过数据采集单元采集电池单元内每只单体电池4的信息，并发送给中央控制单元；

(2)所述中央控制单元对所述信息进行处理，并根据处理结果控制开关矩阵单元各开关3的断开或关闭，从而控制电池旁路的关断达到平衡对应的单体电池4的目的；

(3)对应的电池旁路开启或关断，当电池旁路闭合时，通过储能及能量转换装置将至少部分电能储存或转换。

所述信息包括每只单体电池4的电压、电池单元内的温度场、电池单元总电流、电池单元总电压等。

所述数据采集单元通过内部通讯网络(如485、232或CAN)将所述信息发送给所述中央控制单元。

当电池旁路闭合时，还通过旁路指示电路的指示，判断旁路是否打开，方便客户调试。

这样，通过本发明既能对相应的单体电池4旁路，同时又能把一部分多余的电能转化为风能，这样既增大了旁路电流，提高均衡效率，缩短均衡时间，又能满足功率电阻2自动、充分散热的需求；这样的设计也避免了再单独提供散热装置，使系统散热和均衡自动实现，同时又能够充分降低均衡系统温度，使电池组即电池单元的箱包设计更加简单易行。

本发明的电池管理系统均衡装置的旁路器件首选风扇1，但不仅限于风扇1；不仅可使用于充电均衡，还可用于放电均衡和动态均衡；不受外接负载的影响；不仅适用于电压均衡，还使用于电量均衡；旁路器件功率、电压和电流可以任意选择和搭配；储能装置容量大小不限、总电压等级不限。

综上，本发明的电池管理系统均衡装置及方法使均衡效率在同等条件下大大提高，既缩短了均衡时间，又能满足功率电阻自动、充分散热的需求，使系统散热和均衡自动实现，不需要再单独提供散热装置，同时又能够充分降低均衡系统温度，使电池组的箱包设计更加简单易行，也使电池系统的产品化、实用化进一步提高，设计巧妙、结构简洁，适于大规模推广应用。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种电池管理系统均衡装置，包括旁路单元，所述旁路单元包括若干旁路器件，其特征在于，至少一部分所述旁路器件为储能及能量转换装置。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统均衡装置，其特征在于，所述储能及能量转换装置包括风扇、超级电容器和二次型化学电源的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的电池管理系统均衡装置，其特征在于，一部分所述旁路器件为储能及能量转换装置，其余所述旁路器件为功率电阻。

4.根据权利要求1所述的电池管理系统均衡装置，其特征在于，所述旁路器件单独使用、并联使用或混联使用。

5.根据权利要求1所述的电池管理系统均衡装置，其特征在于，所述电池管理系统均衡装置还包括旁路指示单元，所述旁路指示单元与所述旁路单元电连接。

6.根据权利要求1所述的电池管理系统均衡装置，其特征在于，所述电池管理系统均衡装置还包括开关矩阵单元，所述开关矩阵单元包括若干开关，所述开关与所述旁路器件连接。

7.根据权利要求6所述的电池管理系统均衡装置，其特征在于，所述电池管理系统均衡装置还包括电池单元、数据信息采集单元和中央控制单元，所述数据信息采集单元电连接所述电池单元，所述旁路单元通过所述开关矩阵单元与所述电池单元电连接，所述中央控制单元电连接所述开关矩阵单元。

8.一种电池管理系统均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过数据采集单元采集电池单元内每只单体电池的信息，并发送给中央控制单元；

(2)所述中央控制单元对所述信息进行处理，并根据处理结果控制开关矩阵单元各开关的断开或关闭，从而控制电池旁路的关断达到平衡对应的单体电池的目的；

(3)对应的电池旁路开启或关断，当电池旁路闭合时，通过储能及能量转换装置将至少部分电能储存或转换。

9.根据权利要求8所述的电池管理系统均衡方法，其特征在于，所述信息包括每只单体电池的电压、电池单元内的温度场、电池单元总电流或电池单元总电压的一种或几种。

10.根据权利要求8所述的电池管理系统均衡方法，其特征在于，在步骤(3)中还包括步骤：当电池旁路闭合时，通过旁路指示电路的指示，判断旁路是否打开。

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