CN102306943A - 锂离子电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池管理系统及控制方法，包括电池充放电管理调度、电池信息通信和电池寿命评估。利用开关电路实现了电池单元可控地串入或退出；利用硬件和软件转发电路实现串联的电池单元间的数据传输；通过在额定充放电条件下，对锂离子电池反复进行充放电测试，记录充放电次数、每次充放电的电压曲线和电池内阻，构建四维数据表，利用插值法确定电池的等效循环次数及当前满充容量，确定电池组的等效循环寿命。本发明不需要电感电容等能量转移器件，使同一电池组中电池单体间的特性趋于一致，延长电池组使用寿命，减轻了各元件的耐压要求，建立了估测电池的满充容量和准确估算电池的寿命的基本依据，为大规模互换性应用提供了可能。

Description

锂离子电池管理系统

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。

(3)单元电池浮充浮放状态下满充容量的测定：在额定充放电条件与不同温度t下，对锂离子单元电池反复进行充放电测试，记录充放电次数n、每次充放电的电压曲线u及其对应的单位安时数电压变化率du/dQ或其倒数dQ/du，制作成四维数据表作为估计等效循环充放电次数和满充容量的依据，同时记录充放电n次时对应的满充容量，制作二维数据表，根据锂离子电池当前温度t，电压u，以及浮充浮放过程中，单位安时数的电压升降幅值du/dQ，利用数据表，用插值法确定电池等效的充放电循环次数，从而估计出当前锂离子电池的寿命，同时也可得到对应此充放电循环次数的满充容量。或在额定充放电条件、不同温度t下，对锂离子电池反复进行充放电测试，记录充放电次数n、每次充放电的电压曲线u和电池内阻R_b，构建四维数据表，根据锂离子电池的当前温度t、电压u以及电池内阻R_b，利用数据表采用插值法确定电池的等效循环次数及当前满充容量。

所述的串行通讯的电路是由各个子板之间通过通信线串行连接，母板与连接好的子板也是通过通信线串行连接，提供的串行通信线路通过硬件转发方式或软件转发方式实现互联互通。

所述的硬件转发方式传递是：母板给上面的子板发送查询命令，子板逐级将命令通过硬件电路转发上去，被查询地址的电池单元通过硬件电平转换电路将需要的信息向下发送，逐级转发至母板，由母板处理传递的信息。

所述的软件转发方式传递是：每一块子板上有信号收发电路，各个子板分别接收完信息，根据信息方向向下一级子板转发。

本发明具有以下功能和效果：

(1)采用负反馈机制可以做到无能量损耗的均衡，也不需要电感电容等能量转移器件。

(2)负反馈控制方法具有电池性能负反馈效果，通过合理调度控制，能让性能较好的电池单体得到充分利用，性能较差的电池单体得到更好的保护，使同一电池组中电池单体间的特性趋于一致。

(3)负反馈控制方法使电池组可以实现冗余设计，允许在线检修更换电池单元。在电池组里增加备份电池，当一节或多节电池损坏时，可以将备份电池接入电路，切除损坏电池，延长电池组使用寿命。

(4)采用逐级转发的通信方式，即使整个电池组的电压较高，也可保证通信线路的安全性，减轻了各元件的耐压要求。

(5)通信电路提供了软件转发和硬件转发方式，可以实现自动排列从站地址。各个电池组单元的电路结构相同，互换性强。

(6)建立了估测电池的满充容量和准确估算电池的寿命的基本依据，为大规模互换性应用提供了可能。

附图说明

图一MCU及各单元连接框图。

图二负反馈原理示意图(功率MOSFET开关)。

图三负反馈原理示意图(继电器、接触器开关)。

图四电池组间通信示意图。

图五电池组信息由低到高传递时的信号控制电路。

图六电池组信息由高到低传递时的信号控制电路。

图七电池组信息整体传递信号控制电路。

图八锂离子电池电压对充放电量的变化率与电池电压以及充放电次数的关系。

图九锂离子电池同一电压时du/dQ与充放电次数的关系。

图十锂离子电池dQ/du与电池电压以及充放电次数的关系。

图十一锂离子电池某一电压时dQ/du与充放电次数的关系。

图十二锂离子电池满充容量与电池电压以及充放电次数的关系。

图十三锂离子电池满充容量的对于充放电次数的变化过程。

图十四锂离子电池内阻与电池电压以及充放电次数的关系。

图十五锂离子电池同一电压和温度时Rb与充放电次数的关系。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图一表示的是MCU及各单元的连接框图，电池组1002与锂离子电池组充放电均衡单元1001和电池检测单元1003连接，电池检测单元包括电压检测单元1005、电流检测单元1006及温度检测单元1004，各检测单元分别连接到相应子板MCU1007的三个AD，完成MCU及各单元连接。

一、电池管理的负反馈原理及其实现

本发明负反馈方法为通过检测单体电池电压，根据不同单体电池电压的差异，由控制电路控制电池单体或电池包动态的从整个电池组充放电回路中退出和串入。

所述电池单体或电池包的串入或退出是由不同的电平信号来控制，具体实现方式可以由硬件的逻辑电路或使用MCU的控制方式来实现。使用逻辑电路硬件麻烦，可靠性低，但成本较小，若使用MCU的方式检测并控制各个开关的状态，硬件简单，可靠性高，功耗低，但成本较高。

该发明包括具有禁止和使能电池单元退出或串入的开关以及发出控制开关开通与关断信号的CPU，具体信号由开关状态确定。具体实现退出和串入的功率开关可以采用反并联二极管的继电器、接触器等有触点电气开关设备，这些设备允许大电流流过，开通关断彻底，能够用于大功率和超大功率应用。可采用功率MOSFET(金属氧化层半导体场效应晶体管)等固态开关器件实现高性能的开关控制，可根据需要的功率等级选择适当的功率MOSFET器件。还可以根据具体需要采用机电混合方式，充分发挥各种开关优点及作用。这里所说的需要是指负载以及电池的组合方式决定的电流及功率大小，还有就是具体的产品的体积以及功耗等要求。

1.负反馈原理方法发明的特点：

1)具有电池性能负反馈效果：让性能较好的电池单体得到充分利用，性能较差的电池单体得到更好的保护，使同一电池组中电池单体间的特性趋于一致。整个电池组的充电时间缩短，单次放电时间和整体寿命都得到延长。

2)均衡过程无发热电阻，也没有能量转换器件电容电感，真正做到无损耗均衡。

3)允许采用冗余设计，允许在线检修更换电池单元。在电池包内增加备份电池，当一节或多节电池损坏时，可以将备份电池接入电路，代替损坏电池，电池包继续使用，不至于因为一节电池的损害而导致整个电池组寿命的结束。

4)可以禁止退出，监控管理系统通过控制电池单元轮休或调节电池单元充放电占空比来实现整体均衡，同时稳定电池组整体电压。

2.充电保护控制工作原理详述：

图二中详细说明开关选择及工作过程，Q1可选择耗尽型的N沟道MOSFET，Q2可选择增强型N沟道MOSFET，此时图中画出的反并联二极管为两个MOSFET自身二极管属性，因此可省略图中的二极管，同样能起到续流的作用，通过Q1与Q2的逻辑组合，可实现充电时Q1导通，Q2截止。充电保护时Q1先截止经过一段时间，Q2导通使得电池从回路中短路掉，起到了该节电池保护的目的。再次启动充电时Q2先截止一段时间，Q1再导通。放电时先关断Q2，一段时间后开通Q1。

所述的关断死区时间可设计硬件的逻辑延时来实现，也可以由软件的延时来实现，硬件精度低，电路复杂但成本低，软件精度高电路简单但成本高，可根据具体的需要与要求选择不同的实现方式。

3.具体工作过程详述

以下以一种电池管理芯片为例来详述负反馈方法的实现过程。

1)充电期间，在充电进行的过程中，如果利用电池管理芯片，则选择电池管理芯片(例如S8209)充电控制引脚CO端输出低电平，电池处于正常的充电过程中，此时充电器输出恒定的电流为锂电池组恒流充电，当电池管理芯片引脚VDD检测到电池电压达到芯片的设定值时，此时表示该节电池已经达到电池的满充电压(4.2V)，该节电池充电结束，引脚CO即充电控制端子会发出高电平，将MOSFET Q1 501关断，但此时由于MOSFET Q1 501内自存在反并联二极管的作用，此时充电仍在进行，经过很短的时间，该处所述很短时间即设定的死区时间，MOSFET Q3 503开通，MOSFETQ3 503一旦开通，MOSFET Q1 501内二极管承受反向电压而自动截止，从而充电结束该节单体锂电池得到过压保护。

2)放电期间，放电保护控制电池管理芯片(例如S8209)的放电控制端子DO控制，在正常的放电过程中，DO输出低电平控制MOSFET Q3 503开通，MOSFET Q1 501截止。当电池管理芯片管脚VDD检测到电压信号低于该芯片设置的过放电压保护的阈值时，DO发出电平信号将MOSFETQ3503关断，但此时由于二极管的作用，放电仍在进行，经过短暂时间打开MOSFETQ1 501时，二极管承受反向电压而截至。放电结束，有效的起到了放电保护的作用，此述短暂时间可与充电过程中设置的死区时间一致。

3)也可以采用其它芯片或MCU对501和503进行主动独立控制，让相应的电池退出或串入主电路，即让相应的电池休息或工作。通过对各节电池MOSFET的调度控制，例如让电压较高的单元更多时间工作，让电压较低的单元更多时间休息，可以使得所有电池单元性能基本均衡，实现各节电池同时充满电或同时放完电的最佳调度控制效果。

注：实际设计中充电回路与放电回路独立。

图二、图三对于负反馈以及其负反馈控制方法的其他开关方法进行详细说明，本例中的开关可以采取电子式、机械式及电子式与机械式(例如继电器)的配合使用。如图二中所示MOSFETQ1 501和MOSFETQ3 503构成互补联动开关。正常充放电时MOSFETQ1 501导通，MOSFETQ3503截止；当过充或过放时控制芯片发出控制信号控制MOSFETQ1 501截止，MOSFETQ3 503导通。MOSFETQ1 501和MOSFETQ3 503的并联二极管负责处理MOSFETQ1 501、MOSFETQ3 503动作过程中电流续流问题，在互补联动开关关断的瞬间，电流会经过二极管续流，以消减开关动作造成的电流波动，使电路中的电流做平稳的过渡。

图三所示的开关采用继电器，另外在快关回路中反并联了一个二极管，继电器的开关方式与上述电子开关类似。

方案中若采用继电器或接触器可以减小电池组内部阻抗，使电池组尽可能多的放出能量，提高利用率；并且可以减小损耗，包括器件损耗和能量损耗；可以大大提高负载能力。

二、一种锂离子电池不同电平单元电池信息通信方法及其管理方法，实现实时的观测电池的各项参数

1、通信及其管理方法

为了适应动力电池高压多节串联的特点，实现不同电压系统间安全可靠、节能低耗、低成本的通信方式，提出了如图四所示的电池单元间通信方案。

在本方案中每组锂离子电池组自成独立的板子，锂离子电池组电压处于由各个锂离子电池组构成整体的锂离子电池组电压低压单元(Bottom Unit)为母板(Mother Board)，处于锂离子电池组电压高压单元(High Voltage Unit)为子板(Body Board)。

锂离子电池组整体是由各个子板(Body Board)之间通过通信线串行连接，母板(MotherBoard)与连接好的子板(Body Board)也是通过通信线串行连接，即一块母板(Mother Board)与多个子板(Body Board)并行，呈现平行结构；或者将子板(Body Board)逐个并排竖直插在母板(Mother Board)上，即一块母板(Mother Board)上插有多个子板(Body Board)。由串行线实现的串行通信线路实现互联互通，

在通信过程中，锂离子电池组的电压、电流及温度信息从母板(Mother Board)开始逐级向子板(Body Board)传递，具体来讲当某子板检测到的某单体电池的电压、电流及温度信息需要向母板传递时，此子板检测到的以上信号会从该子板开始，向更高一级板单元传递，高一级板单元接收到信息后将此信息再传递到比本板更高一级的板单元，直到传递到最高级的板单元为止。

如图四所述，对于电池保护单元，此系统通信的方法是，如果某子板对应的电池需要保护的时候，例如当某板单元对应的电池组过压、欠压、过流或超温时，母板(Mother Board)704会发出信息，信息开始逐级向子板(Body Board)701、702、703等传递，具体来讲例如当检测到的某节电池电压达到要保护的电压时，此电压信号会从该母板704开始，将此信号向更高一级子板704传递，高一级子板704接收到电压信息后将此信息再传递到比本板更高一级的板单元703，以此类推，直到检测到的电压信号传递到最高级的板单元701为止。所述母板是处于系统的低压单元(Bottom Unit)704的板单元，子板是处于高压单元(HighVoltage Unit)701、702、703等的板单元，电流及温度的保护过程相同。

电池组在使用之前各个子板的信息通过软件转发的方式进行传递。在此传递过程中，各个子板都接收到检测信号，并且按照接收到的检测信号的顺序依次保存一个地址到各个子板的CPU上，提高了检测信号的灵活性。母板CPU根据地址可以检测任意一块子板的电池信息。而当各个子板都有自己固定的地址后，信号的传递通过硬件来实现。

下面详细叙述该通信方法的具体信号传递过程。

1)、软件转发信号创建子板地址

图五所示的是检测电池单体信息的信号从低电压端的子板向高电压端的子板传递的信号控制电路，在每一块子板上都有图五所示的信号控制电路。在充电过程中，图五中的TXD_R控制信号来自比本子板电压低的子板，例如BAT4为本子板上第四节电池的电压，当TXD_R为低电平时，PNP三极管Q4导通，进而驱动NPN三极管Q1导通，此时接收到的信号RXD为低电平，并将该信号送给单片机，单片机接收到该低电平信号后做相应处理。

S1和Q2是两个独立存在的开关，在本发明中可以使用其中任意一种。

当使用开关S1时，可以进行手动控制。在各个子板分别创建自己的地址时，首先打开S1，单片机发出的TXD_Z信号为高电平时，NPN管Q3导通，TXD_T变为低电平，TXD_T信号同时驱动比本子板电压高的子板，来进行信号传递，在传递过程中各个子板都保存好自己的地址到CPU中。当各个子板的信号都依次传递完毕后，即完成了子板地址的创建。在此后的检测电池信息的过程中S1始终处于关闭状态。

当使用开关结型场效应管Q1时，HARD信号由单片机发出，HARD信号为高时，Q1截止，HARD信号为低时，Q1导通。在子板地址的创建过程中Q1处于截止状态，当单片机发出的TXD_Z信号为高电平时，NPN管Q3导通，TXD_T变为低电平，TXD_T信号同时驱动比此子板电压高的子板，来进行信号传递，在传递过程中各个子板都保存好自己的地址到CPU中。当各个子板的信号都依次传递完毕后，即完成了子板地址的创建。在此后的检测电池信息的过程中S1始终处于关闭状态。

2)、硬件转发信号检测子板信息

当子板的地址创建完毕后，各个子板之间的通信通过硬件传递信号的方式实现。

在充电过程中，图五中的TXD_R控制信号来自比本子板电压低的子板，BAT4为本子板上第四节电池的电压，当TXD_R为低电平时，PNP三极管Q4导通，进而驱动NPN三极管Q1导通，此时接收到的信号RXD为低电平，并且送给单片机。RXD与本子板的MCU1007连接，当MCU1007检测到RXD为低电平时，开始进行检测电池单体电压的工作，并且将检测到的电池信息储存到MCU1007中。

当使用开关S1时，此时S1应保持闭合状态；而当使用开关Q2时，单片机发出的HARD信号始终为低电平，以保持Q2的导通。当单片机发出的TXD_Z信号为高电平时，NPN管Q3导通，TXD_T变为低电平，TXD_T信号同时驱动比此子板电压高的子板，来进行信号传递，在电压更高的子板上具有相同的信号控制电路，依次类推可以给所有的子板发出检测信号，直到主板发出要检测的子板为止，此时将检测的信号再依次送回主板CPU。

当TXD_R为高电平时，PNP三极管Q4截止，则不检测电池信息。

当母板发出检测子板的信息后，子板通过以上方式传递信息，将信息传递到要被检测信息的子板，此子板的CPU将检测到的信息再传递给母板。此传递过程中的信号控制电路如图六所示，RXD_R控制信号来自比本子板电压高的子板，BAT4为本子板上第四节电池的电压，当RXD_R为高电平时，NPN三极管Q29导通，进而驱动PNP三极管Q28导通，RXD_T变为高电平，RXD_T信号同时驱动比本子板电压低的子板来产生控制信号，这种通信方式就可以驱动各个子板将MCU1007中的电池信息传递给母板上的MCU1101。

在充电过程中，如果过压，过流或者超温，子板将检测到信号如上所述的逐级传送到控制模块MCU1007中，由控制模块MCU 1007判断并发出相应的控制信号，将该控制信号从MCU1007通过通信单元705传递到母板704，再由母板上的MCU1101将检测到的电压信号逐级传递到相应的子板单元701、702、703的MCU1007，控制开关量，例如当检测到过压信号时则立即关断充电均衡单元1001与电池组1002的连接，切断主回路，完成了对电池充电过压，过流，超温的保护。

在放电过程中，将检测到的放电电压信号以相同的机制将检测到的欠压、过流、超温信号传递到控制模块MCU 1007，同样的由控制模块MCU 1007作相应的处理，并且发出信号给母板MCU1101，例如当控制模块MCU1101接收到某节电池的欠压、过流及超温信号时，由控制模块MCU1101发出控制信号将主回路关断，完成了对电池放电欠压、过流及超温的保护。

图七表示的是整体的各个子板上的通讯电路图的连接方式。当有高电平信号发送到电压最低的母板时，三极管803导通，导通后由于电阻801和802的分压，会使三极管804导通，同样的方式将信号传递到电压最高的子板对应的三极管805上去，完成该种连接方式的信号传递。

各个子板之间通过通信线串行连接，母板与连接好的子板也是通过通信线串行连接，即一块母板与多个子板并行，呈现平行结构；或者将子板逐个并排竖直插在母板上，母板提供的串行通信线路实现互联互通，即一块母板上插有多个子板。

三、当前锂离子电池在浮充或浮放状态下满充容量的标定

衡量电池寿命或健康状况，可以将电池当前使用状态换算到电池在标准充放电条件下n次充放电后电池对应的满充容量值，得出电池当前情况下的满充容量值，进而可以估算出电池的使用寿命。所述标准工作条件即室温25℃，放电倍率为1C，连续循环充放电。

电池实际使用过程中不能保证满足上述标准工作条件，因此通过下面的方法得到的循环充放电次数是等效为标准工作条件下的等效充放电次数。

本发明通过测定锂离子电池在标准情况下充放电时的特性，记录充放电次数n、每次充放电的电压曲线u、其对应的单位安时数电压变化率dQ/du及温度t。由上述四个参数构建四维数据表，形成如图八表示的曲面。充电和放电情况不相同时则分别采用充电和放电的参数，分别构建四维数据表。

图八是电池在同一电压下充放电次数从0到2000过程中dQ/du的基本变化趋势。由于电池反复充放电性能下降，dQ/du的值会单调下降。

利用上述数据表进行锂电池寿命评估的方法是：根据电池当前电压，确定图八或图九中的数列或曲线。再根据电池充放电时测得的dQ/du或du/dQ的值来确定电池所处的充放电次数横坐标位置。由于是“等效”循环次数，因此可以利用线性插值法得到包含小数的等效循环次数。

也可以用dQ/du的倒数即du/dQ来表示上述变化过程，其曲面和曲线如图十和图十一表示。所有附图中的电压范围只是一个示意，具体范围取决于电池种类和测试范围。充放电次数也是以0-2000为例。

图十二为需要通过实验测得的锂离子电池满充容量与电池电压以及充放电次数的三维关系曲面，满充容量采用与标称容量的百分比表示。随着锂离子电池充放电次数的增加，其满充容量随之下降。图中锂离子电池充放电2000次后满充容量降为标称容量的80％。图中数据也是示意性的，具体数据决定于满足生产标准的电池的标准实测结果。

附图十三说明了锂离子电池满充容量对于充放电次数的变化过程，电池满充状态所对应的电压和电压的范围由电池类型和特性决定，附图中的数值均为示意。

根据前述方法得到的等效循环次数，由图十四可以得到对应的满充容量。

可以在额定充放电条件、不同温度t下，对锂离子电池反复进行充放电测试，记录充放电次数n、每次充放电的电压曲线u和电池内阻R_b，构建四维数据表，如图十五表示。充电和放电情况不相同时则分别采用充电和放电的参数，分别构建四维数据表。根据锂离子电池的当前温度t、电压u以及电池内阻R_b，利用数据表用插值法确定电池的等效循环次数及当前满充容量。

本发明提供了一种锂离子电池管理系统及控制方法，包括电池充放电管理调度方法，电池信息通信方法和电池寿命评估方法。其中基于负反馈原理的电池单元充放电管理调度方法，它利用开关电路实现了电池单元可控地串入或退出电池组回路的方法；串联的锂离子电池单元之间的通讯方法，它利用相应的硬件和软件转发电路实现了串联的电池单元间的数据可靠的传输；电池组等效循环寿命的评估方法，通过在额定充放电条件、不同温度下，对锂离子电池反复进行充放电测试，记录充放电次数、每次充放电的电压曲线和电池内阻，构建四维数据表，利用插值法确定电池的等效循环次数及当前满充容量，来确定电池组的等效循环寿命。

Claims (7)

1.一种锂离子电池管理系统，其特征在于该系统包括：

负反馈充放电均衡单元，由开关以及控制开关单元组成，用于实现电池单元或电池组退出或串入；

电池检测保护单元，由温度检测单元、电压检测单元和电流检测单元组成，用于标定当前锂离子电池单元或电池组在浮充浮放状态下满充容量；

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接收与发送；

2.根据权利要求1所述的锂离子电池管理系统，其特征在于所述的开关采用反并联二极管的继电器、接触器或采用功率MOSFET及其它们的结合。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池管理系统，其特征在于所述的开关为标记为S1的耗尽型的N沟道MOSFET，与标记为S2的增强型N沟道MOSFET组合。

4.一种权利要求1所述的锂离子电池管理系统的控制方法，其特征包括的步骤：

电池单元负反馈均衡充电：设计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；

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；

单元电池浮充浮放状态下满充容量的测定：在额定充放电条件与不同温度t下，对锂离子单元电池反复进行充放电测试，记录充放电次数n、每次充放电的电压曲线u及其对应的单位安时数电压变化率dQ/du或其倒数du/dQ，制作成四维数据表作为估计等效循环充放电次数和满充容量的依据，同时记录充放电n次时对应的满充容量，制作二维数据表，根据锂离子电池当前温度t，电压u，以及浮充浮放过程中，单位安时数的容量升降幅值dQ/du，利用数据表，采用插值法确定电池等效的充放电循环次数，从而估计出当前锂离子电池的寿命，同时也可得到对应此充放电循环次数的满充容量；

在额定充放电条件、不同温度t下，对锂离子电池反复进行充放电测试，记录充放电次数n、每次充放电的电压曲线u和电池内阻R_b，构建四维数据表，根据锂离子电池的当前温度t、电压u以及电池内阻R_b，利用数据表用插值法确定电池的等效循环次数及当前满充容量。

5.根据权利要求4所述的的控制方法，其特征在于所述的串行通讯的电路是由各个子板之间通过通信线串行连接，母板与连接好的子板也是通过通信线串行连接。

6.根据权利要求4所述的的控制方法，其特征在于所述的硬件转发方式传递是：母板给上面的子板发送查询命令，子板逐级将命令转发上去，被查询地址的电池单元将需要的信息向下发送，然后逐级转发至母板。

7.根据权利要求4所述的的控制方法，其特征在于所述的软件转发方式传递是：每一

块子板上有信号控制电路，充电过程中控制信号来自比本子板电压低的子板，低电平送给单片机；

使用MOSFET(Q1)或开关Q2，来进行信号传递，在传递过程中各个子板都保存好自己的地址到CPU中，当各个子板的信号都依次传递完毕后，即完成了子板地址的创建。

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