CN102761165A - 一种动力锂电池组电压动态均衡管理系统 - Google Patents

Abstract

一种动力锂电池组电压动态均衡管理系统，涉及串联动力电池组的充放电均衡电路。设有微处理器、霍尔传感器模块、通道选择模块、开关驱动电路模块和DC/DC变压器，微处理器通过第一通道选择模块选通电池组中的单体电池；DC/DC变压器输入端与电池组两端连接，输出端依次通过开关驱动电路模块和开关驱动电路模块与单体电池两端连接；第一霍尔传感器模块输入端与充放电开关的充电电流输入端和放电电流输出端连接，输出端与微处理器连接；第二霍尔传感器模块的输入端与开关驱动电路模块的均衡充电电流输出端连接，输出端接微处理器输入端口，开关驱动电路模块输入端接第二通道选择模块输出端，开关驱动电路模块输出端接电池组的单体电池两端。

Description

一种动力锂电池组电压动态均衡管理系统

技术领域

本发明涉及串联动力电池组的充放电均衡电路，尤其是涉及一种串联动力锂电池组充放电过程电压自动均衡管理系统。

背景技术

随着大型锂电池组的模块化以及中型锂电池组的广泛应用，电池组的循环性能和安全性能问题成为了当前制约发展的主要因素，因电池组中各单体电池之间存在的不一致性，及连续的充放电循环导致的单体电池的差异，将使某些单体电池容量加速衰减。而电池组的容量是由单体电池最小容量决定的，因此这些差异将使电池组的使用寿命缩短。目前，电池组在使用前的匹配要求较高，能减少一些不均衡性的影响，但是仍不能根本解决均衡性的问题。为了解决这种不均衡对锂离子电池组的影响，在电池组的充放电过程中需要使用均衡电路。

为了改善以上问题，国内外都相应提出了一系列有关串联电池组充放电均衡问题的技术方案，据检索，国外相关专利（Lithium-ion battery balancing）约超过1000项，国内相关专利约超过100项，其中，在66项相关发明和实用新型专利里真正提出实际均衡方案的只有41项，从均衡功能分类，其中采用充电均衡方式的有33项，采用放电均衡方式的有2项，采用动态均衡方式的有6项。

以下给出对上述41项均衡技术的分析：

在充电均衡33项专利中，通过单体电池的并联电阻进行充电分流从而实现均衡的占一半以上，其中少数专利采用主/分充电单元分别进行充电、采用同轴线圈进行充电过程能量的转换或采用继电器开关信号进行充电过程能量的转换。以上充电均衡电路的不足如下：1、采用并联电阻进行充电分流实现充电均衡的不足之处：属于能量耗散型，存在能量浪费和热管理问题；2、采用主/分充电单元分别进行充电实现充电均衡的不足之处：每个单体电池都需要一个单独的充电模块，造成电路结构复杂，成本太高；3、采用同轴线圈进行能量转换实现充电均衡的不足之处：每个单体电池都需要一个次级绕组，成本较大，而且采用同轴线圈进行能量转换存在一定的能量耗散，在实际使用过程中，电路结构复杂，不适合级联；4、采用继电器开关信号进行能量转换实现充电均衡的不足之处：每个单体电池对应两个继电器开关，造成充电均衡电路体积太大，且继电器开关切换时容易产生火花氧化，导致开关接触处接触内阻增大，功耗变大，能量补充采用逆变电源电路实现，成本较高，电路实现结构较为复杂。综上所述，采用单一方式的充电均衡，无法实现放电过程电池组的均衡，容易导致过放，或因个别单体电池提前低于放电截止电压而导致整个电池组提前终止对外供电，不能充分发挥电池组的效能。

在放电均衡2项专利中，通过放电过程中向单体电池电压低的电池补充能量或采用主/分放电单元分别放电从而实现均衡。采用主/分放电单元分别放电实现放电均衡的不足之处：每个单体电池都需要一个单独的放电模块，造成电路结构复杂，成本太高；综上所述，放电均衡方式在电池组使用初期可以采用，在后期电池性能变化大的情况下，在充电过程中，单体电池内阻较大的电池充电电压将高于其它电池，从而使得过充的可能性增大。

在动态均衡6项专利中，目前采用的主要均衡电路有以下几种：

1、充电过程，采用一对一并行控制，实现充电均衡，放电过程，采用逆变电源电路实现电池组向单体电池的能量转换，从而达到放电均衡目的。

2、充电过程，任一单体电池充满电，通过分流将多余电量消耗，直到电池组都充满电，放电过程，任一单体电池达到放电截止电压，停止整个电池组对外供电或通过开关选择补充能量。

3、采用同轴线圈，充电过程，采用单体电池向单体电池能量转换，放电过程，采用电池组向单体电池能量转换。

4、利用电感储能元件，将相邻两个电池中容量高的单体电池通过储能元件转移到容量低的电池上。

以上动态均衡电路的不足如下：前三点不足之处已在上面单一均衡方式中陈述过，第四点利用电感储能元件实现能量转移方式的动态均衡电路，其不足之处：因为只能实现相邻电池间的能量传递，所以均衡过程中必须有多次传输，均衡时间长，不适合多串的电池组。综上所述，采用动态均衡方式结合了充电均衡和放电均衡的优点，在整个充放电循环过程中对电池组进行均衡，避免了单一均衡存在的问题，但是目前从国内采用动态均衡方式的专利来看，未能真正充分地发挥动态均衡的优势，而只是简单的把现有的充电均衡和放电均衡技术结合在一起，所以仍存在很多单一均衡所遗留下的问题。

以下针对国内部分相关专利说明如下：

其中，中国专利公开号为CN201611789的锂电池组均衡充电器公开一种均衡方案，该方案采用主充电电路和N个单串充电电路同时给电池组充电，当电池组达到预定标准电压时，主充电电路停止工作，由N个单串充电电路继续分别给未达标的单串电池充电，直到每串电池都达到标准电压，该方案不足之处：只能实现充电均衡，而无法达到放电均衡的目的；每个单体电池都需要一个单独的充电模块，没必要而且实现起来电路较复杂，成本较高；没有对各个单体电池进行电压采集，对单体电池的均衡只能凭经验，误差较大。

中国专利公开号为CN101643054B的一种汽车动力锂电池管理系统公开了一种均衡方案，该管理系统由主控板和保护板组成，保护板置于每个电池包中，主控板与保护板之间通过CAN网络通讯实现均衡目的，该方案不足之处：每个单体电池中的保护板都需要有一个微处理器、一个与微处理器相连的CAN网关以及一块锂电池专用保护芯片构成，通过该硬件结构实现电池组的保护成本较高，相比于通过软件方式实现电池组的过充、过放、过流保护，软件方式的实现显得更为直接、简单，成本很低，而且可靠稳定。

中国专利公开号为CN102111005A的无损锂电池均衡管理系统及方法公开一种均衡方案，该方案不足之处：每个电池单体电池，都需要一个均衡电路和一块单片机，每个均衡电路均需要单独隔离的变压器，电路结构过于庞大，成本较高。

中国专利公开号为CN202103447U的一种能量补偿式锂电池均衡控制器公开一种均衡方案，该方案选用同轴线圈方式利用整个电池组的能量对电池组中电压偏低的电池单体电池补充能量，通道切换电路针对每一个电池单体电池设置有高频隔离变压器结构，即每个单体电池设有一个次绕组，该方案不足之处：只能实现充电均衡，而无法达到放电均衡的目的；每个单体电池都需要一个次级绕组，成本较大，而且采用同轴线圈进行能量转换存在一定的能量耗散，在实际使用过程中，电路结构复杂，不适合级联；均衡电流较小（电池组容量（AH）的1%），均衡速度慢。

中国专利公开号为CN101026307A的串联动力锂电池组充放电自动均衡方法公开一种均衡方案，该方案每个单体电池均设置一个充放电均衡控制单元，一对一控制，并行分别监视直到充电电压达到设定值，放电时，发现某一单体电池低于电池组平均电压且超出下限值，激活逆变电路，以电池组自身直流电源实现有源逆变，产生交流输出，经脉宽调制处理输出交流脉宽调制信号，接着控制功率微MOS管通过变压器隔离输出，整流、滤波后对该单体电池补充充电，该方案不足之处：充电均衡为一对一结构控制，功能结构重复，没有一对多结构灵活简单，每个单体电池都需要一个逆变电源，成本较高，电路实现结构较为复杂。

中国专利公开号为CN201438493U的车载动力电池组的均衡装置公开一种均衡方案，该方案通过充电端极性单元将电压高的电池单体电池与DC/DC功率变换器的输入端连接，通过DC/DC功率变换器进行能量转换，DC/DC功率变换器的输出端通过放电端极性单元连接到电压较低的电池单体电池上，对电压较低的电池单体电池充电，实现电池组电压均衡，该方案电路结构简单，控制过程相对以上专利较为简单，不足之处：能量补充方式为单体电池电压高的向单体电池电压低的进行能量转换，转换效率相对电池组向单体电池转换方式低，且采用充放电极性开关控制均衡单体电池极性，控制不当容易造成电池单体电池两端反接，开关控制量较大。

中国专利公开号为CN201438493U的一种串联锂电池组均衡管理装置公开一种均衡方案，该方案采用级连连接的转换开关与电池组中各单体电池连接，实现对电池组中各单体电池的端电压进行均衡调整，该方案不足之处：采用级连连接的转换开关增加了控制上的不便和风险度，即对单体电池n充电时，必须保证前面n-1个单体电池对应的转换开关必须级连在一起，控制较为麻烦，一旦出现个别转换开关的故障或误动作很容易造成均衡单体电池的选错，这样电池组各单体电池的差异性反而加快，失去了均衡的目的。

综上所述，目前，国内对于动力锂电池组电压均衡管理的改进技术或产品还不能充分发挥锂电池组的效能，即使有些人提出了动态均衡的方式，但实质上都未能真正充分地发挥动态均衡应有的优势，大多数只是简单的把现有的充电均衡和放电均衡技术结合在一起，所以其动态均衡电路中仍存在很多单一均衡所遗留下的问题，部分采用电感储能元件实现能量转移方式的动态均衡电路，因只能实现相邻电池间的能量传递，所以均衡过程中必须有多次传输，均衡时间长，不适合多串的电池组，而且大多数动态均衡其控制方案复杂，电路体积大，成本高，实际应用困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动力锂电池组电压动态均衡管理系统。

本发明设有微处理器、第一霍尔传感器模块、第二霍尔传感器模块、第一通道选择模块、第二通道选择模块、开关驱动电路模块和DC/DC变压器，所述微处理器通过第一通道选择模块选通电池组中的单体电池，所述DC/DC变压器的输入端与电池组两端连接，DC/DC变压器的输出端依次通过开关驱动电路模块和开关驱动电路模块与电池组中的单体电池两端连接，所述第一霍尔传感器模块的输入端与充放电开关的充电电流输入端和放电电流输出端连接，第一霍尔传感器模块的输出端与微处理器连接，所述第二霍尔传感器模块的输入端与开关驱动电路模块的均衡充电电流输出端连接，第二霍尔传感器模块的输出端与微处理器的输入端口连接，所述开关驱动电路模块的输入端与第二通道选择模块的输出端连接，开关驱动电路模块的输出端与电池组的单体电池两端连接。

所述微处理器设有电压采集处理单元、脉宽调制处理单元、串行通信处理单元、单体电池地址选择处理单元、单体电池地址锁存处理单元，监视和控制单体电池和电池组；霍尔传感器模块包括霍尔效应的线性电流传感器和电压输出端口，监视电池组充放电过程和单体电池均衡过程电流情况，防止过流发生；通道选择模块包括单体电池地址锁存模块和单体电池地址选择模块，选通需要监视和均衡控制的单体电池；开关驱动电路模块包括一对对称MOS开关，选择均衡单体电池两端；DC/DC变压器包括5V和12V直流输出，控制均衡电路的充电电压和驱动电压。

串联动力锂电池组充放电电压自动均衡系统结合了均衡充电和均衡放电的优点，该均衡管理系统采用能量非耗散型方式通过开关信号将锂电池组的整体能量向单体电池进行能量转换，充电过程中首先通过主充电模块（外接电源）对电池组进行充电，电压检测电路对每个单体电池进行监控，当任一单体电池的电压达到设定值时，主充电电路就会关闭，接着激活动态均衡电路，电池组经过DC/DC变压器向单体电池进行能量转换，使整个电池组的能量得到重新分配，实现各单体电池能量均衡，从而达到充电过程均衡的目的，放电过程中，电压检测电路同样对每个单体电池进行监控，一旦发现某节单体电池电压偏低，直接激活动态均衡电路，通过电池组整体向单体电池的能量转换，使得电压偏低的单体电池及时从电池组补充能量，循环检测并均衡，实现各单体电池能量均衡，从而达到放电过程均衡的目的。霍尔传感器模块包括霍尔效应的线性电流传感器和电压输出端口，监视电池组充放电过程和单体电池均衡过程电流情况，防止过流发生；通道选择模块包括单体电池地址锁存模块和单体电池地址选择模块，选通需要监视和均衡控制的单体电池；开关驱动电路模块包括一对对称MOS开关，选择均衡单体电池两端；DC/DC变压器包括5V和12V直流输出，控制均衡电路的充电电压和驱动电压。在整个充放电循环过程中对整个电池组进行均衡，从而避免了单一均衡所存在的问题，本发明巧妙利用通道选择模块实现一对多的均衡控制，利用整个电池组的能量向单体电池转换的方式实现动态均衡，其控制过程极其简单、电路结构简单、体积小、成本低、易级联扩展。

本发明具有以下优点：

1）解决现有均衡技术存在的控制电路复杂、成本高、难级联扩展问题。

2）有效对电池组的充放电进行实时监控与保护，防止电池组中单体电池出现过充、过放或电池组过流而造成的损坏。

3）实现充放电过程动态均衡，保证充放电过程各单体电池电压维持一致，充分发挥整个电池组的效能。

4）有效克服锂电池组在使用后期因个别单体电池出现较大差异性而导致整个电池组系统崩溃问题，确保系统运行的稳定性和可靠性，延长电池组的工作寿命。

本发明均衡管理系统在充放电过程中，通过第一通道选择模块可以实现实时检测和监视各单体电池的电压状态，微处理器会根据检测和监视回来的数据通过第二通道选择模块和MOS开关驱动电路实现电池组能量向最需均衡的单体电池转换，即通过微处理器实现一对多动态均衡控制。

所述第一通道选择模块，用于串联锂电池组中单体电池的选择，该模块一次选通一个单体电池且电路结构简单可靠，被选择单体电池的端电压通过第一通道选择模块反馈到微处理器的ADC采集模块，从而实现实时检测和监视各单体电池的电压状态，防止单体电池过充、过放，以及为确定最需均衡的单体电池做准备。

所述第二通道选择模块，用于串联锂电池组中最需均衡的单体电池的选择，该模块同样一次选通一个单体电池且电路结构简单可靠，第二通道选择模块的输出端与MOS开关驱动电路的输入端连接，被第二通道选择模块选择的最需均衡的单体电池，其两端对应的MOS开关会自动导通，从而实现电池组能量向最需均衡的单体电池转换，达到动态均衡控制的目的，其中MOS开关驱动电路结构简单、易级联。

所述微处理器，用于控制第一通道选择模块和第二通道选择模块来寻址不同单体电池，作为整个均衡管理系统的控制核心，通过第一通道选择模块实时检测和监视各单体电池，防止过充、过放，采集反馈回来的数据通过均衡控制方案及时控制第二通道选择模块的寻址，实现动态均衡，同时，微处理器通过霍尔效用的线性电流传感器采集整个电池组的充放电电流和单体电池的均衡电流，其中充放电电流的反馈用于防止电池组过流的发生，单体电池均衡电流的反馈用于微处理器控制设定均衡电流的输出。

在放电过程中，微处理器通过第一通道选择模块检测各单体电池瞬时电压Vt，并与设定的终止放电电压V_放停进行比较，当检测到该单体电池瞬时电压Vt低于终止放电电压V_放停时断开放电开关终止电池组继续放电，否则比较单体电池瞬时电压Vt与电池组其余单体电池平均瞬时电压V_平，当单体电池瞬时电压Vt低于电池组其余单体电池平均瞬时电压V_平，但未超出设定下限值时，均衡电路单元处于等待状态；当单体电池瞬时电压Vt低于电池组其余单体电池平均瞬时电压V_平，并超出设定下限值时，通过第二通道选择模块选通最需均衡的单体电池（需均衡单体电池中电压最低的单体电池），利用整个电池组的能量向均衡单体电池补充能量，直至单体电池瞬时电压Vt接近电池组其余单体电池平均瞬时电压V_平满足不超出下限值设定或者在能量补充过程中出现其它最需均衡的单体电池（非当前能量补充单体电池）时停止补充充电，循环以上操作，检测是否存在下一个最需均衡的单体电池，其中通过微处理器中的脉宽调制处理单元PWM通过第二通道选择模块控制单体电池均衡时的均衡电流；

在充电过程中，微处理器通过第一通道选择模块检测各单体电池瞬时电压Vt，并与设定的第一个充电设定值V_set1（V_set1<设定的终止充电电压V_充停）进行比较，直至电池组中存在单体电池瞬时电压Vt达到V_set1，断开充电开关，通过均衡电路单元进行整个电池组各单体电池能量的重新分配，即循环通过整个电池组的能量向当前最需均衡的单体电池补充能量，直至各单体电池电压互相接近，使均衡电路单元处于等待状态，重新打开充电开关对整个电池组充电，比较各单体电池瞬时电压Vt与设定的第二个充电设定值V_set2（在V_set1的基础上按照一定的电压增量值设定V_set2，当然V_set2<设定的终止充电电压V_充停），直至电池组中存在单体电池瞬时电压Vt达到V_set2，断开充电开关，循环以上操作，直至电池组各单体电池瞬时电压Vt都接近终止充电电压V_充停，其中电压增量值不是固定不变，应随着越接近终止充电电压V_充停而越小。

由于上述技术方案的运用，本发明具有以下技术效果：

1）本发明通过微处理器定时控制第一通道选择模块来检测和监视各单体电池充放电过程，防止电池组中单体电池过充、过放的发生。

2）本发明通过微处理器实时检测和监视霍尔传感器反馈回来的数据，防止电池组过流的发生。

3）本发明在充放电过程中，微处理器通过第一通道选择模块检测单体电池瞬时电压Vt是否低于电池组其余单体电池平均瞬时电压V_平且超出设定下限值，一旦超出，微处理器通过第二通道选择模块选通最需均衡的单体电池，利用电池组自身的直流电源经开关电源电路输出降压后的稳定的均衡充电电压给最需均衡的单体电池进行能量补充。

4）本发明所采用的均衡方式属于能量转换式均衡，克服了现有技术采用能量转换式均衡所存在的无法动态均衡（只能单一均衡），电路复杂，不适合级联等问题。

5）本发明系统在动态均衡过程，控制电路简单可靠，无需通过同轴线圈、逆变电路等较为复杂的控制电路进行能量的补充，只需简单的利用整个电池组的直流电源通过开关电源电路产生单体电池的均衡电压，通过第二通道选择模块和MOS开关驱动电路实现具体的均衡过程，控制方案简单、硬件电路结构大大简化。

6）本发明所述的MOS开关驱动电路，每一路驱动电路包含一对对称的MOS开关管，通过与第二通道选择模块连接控制最需均衡的单体电池，其电路结构简单对称、易级联。

7）本发明有效地克服锂电池组在使用后期因个别单体电池出现较大差异性而导致整个电池组系统崩溃问题，通过充放电过程电压的动态均衡，对早期有退化趋势的电池可以减缓它的退化速率，降低单体电池个性差异的速度，提高了电池组运行的安全性，延长电池组的工作寿命，另外，微处理器在实时检测和监视单体电池的同时根据采集反馈回来的数据可以计算推断出电池组中各单体电池的退化程度，达到一定差异性，通过报警显示的方式提醒用户更换该单体电池模块，即插即用，充分发挥整个电池组的效能。

总之，本发明结合了均衡充电和均衡放电的优点，有效的控制了锂电池组在充放电过程中单体电池电压的一致性，降低了电池组单体电池差异性的速度，避免过充、过放和过流等情况发生，有效延长电池组的寿命，确保系统安全运行，保证了电池组充分发挥其效能。

本发明提出的动态均衡管理系统，其充电过程均衡和放电过程均衡是采用同一均衡电路单元实现，而不是简单的把充电均衡和放电均衡两个均衡电路结合在一起；本发明主要通过软件方式实现单体电池过充、过放以及电池组过流等保护，而且其保护过程是伴随整个电池组充放电均衡过程，两者同步进行；本发明在充放电过程均采用通道选择模块（开关信号）实现电池组向单体电池的能量转换，整个充放电过程能够实时检测和监控各单体电池的电压状况，及时实现均衡目的，均衡速度快，控制方案、电路结构简单，克服了现有不管单一均衡还是动态均衡所存在的一些问题。

本发明所提出的动态均衡管理系统，其充电过程均衡和放电过程均衡是采用同一均衡电路单元实现，而不是简单的把充电均衡和放电均衡两个均衡电路结合在一起，克服了单一均衡所存在的问题以及充分发挥了动态均衡技术的真正优势，本发明均衡系统的主要优点有：通过软件方式实现单体电池过充、过放以及电池组过流等保护，而且其保护过程是伴随整个电池组充放电均衡过程，两者同步进行；本发明在充放电过程均采用通道选择模块（开关信号）实现电池组向单体电池的能量转换，整个充放电过程能够实时检测和监控各单体电池的电压状况，及时实现均衡目的，均衡速度快，控制方案、电路结构简单，成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成原理框图。

图2为本发明电压均衡电路原理图。

图3为本发明均衡放电流程图。

图4为本发明均衡充电流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

如图1所示，本发明实施例设有微处理器1、第一霍尔传感器模块2、第二霍尔传感器模块3、第一通道选择模块4、第二通道选择模块5、开关驱动电路模块6和DC/DC变压器7，所述微处理器1通过第一通道选择模块4选通电池组N中的单体电池n，所述DC/DC变压器7的输入端与电池组N两端连接，DC/DC变压器7的输出端依次通过开关驱动电路模块5和开关驱动电路模块6与电池组N中的单体电池n两端连接，所述第一霍尔传感器模块2的输入端与充放电开关M的充电电流输入端A和放电电流输出端B连接，第一霍尔传感器模块2的输出端与微处理器1连接，所述第二霍尔传感器模块3的输入端与开关驱动电路模块6的均衡充电电流输出端连接，第二霍尔传感器模块3的输出端与微处理器1的输入端口连接，所述开关驱动电路模块6的输入端与第二通道选择模块5的输出端连接，开关驱动电路模块6的输出端与电池组N的单体电池n两端连接。

所述微处理器1设有电压采集处理单元、脉宽调制处理单元、串行通信处理单元、单体电池地址选择处理单元、单体电池地址锁存处理单元，监视和控制单体电池和电池组；霍尔传感器模块包括霍尔效应的线性电流传感器和电压输出端口，监视电池组充放电过程和单体电池均衡过程电流情况，防止过流发生；通道选择模块包括单体电池地址锁存模块和单体电池地址选择模块，选通需要监视和均衡控制的单体电池；开关驱动电路模块包括一对对称MOS开关，选择均衡单体电池两端；DC/DC变压器包括5V和12V直流输出，控制均衡电路的充电电压和驱动电压。

串联动力锂电池组充放电电压自动均衡系统，所述系统结合了均衡充电和均衡放电的优点，该均衡管理系统采用能量非耗散型方式通过开关信号将锂电池组的整体能量向单体电池进行能量转换，充电过程中首先通过主充电模块（外接电源）对电池组进行充电，电压检测电路对每个单体电池进行监控，当任一单体电池的电压达到设定值时，主充电电路就会关闭，接着激活动态均衡电路，电池组经过DC/DC变压器向单体电池进行能量转换，使整个电池组的能量得到重新分配，实现各单体电池能量均衡，从而达到充电过程均衡的目的，放电过程中，电压检测电路同样对每个单体电池进行监控，一旦发现某节单体电池电压偏低，直接激活动态均衡电路，通过电池组整体向单体电池的能量转换，使得电压偏低的单体电池及时从电池组补充能量，循环检测并均衡，实现各单体电池能量均衡，从而达到放电过程均衡的目的。霍尔传感器模块包括霍尔效应的线性电流传感器和电压输出端口，监视电池组充放电过程和单体电池均衡过程电流情况，防止过流发生；通道选择模块包括单体电池地址锁存模块和单体电池地址选择模块，选通需要监视和均衡控制的单体电池；开关驱动电路模块包括一对对称MOS开关，选择均衡单体电池两端；DC/DC变压器包括5V和12V直流输出，控制均衡电路的充电电压和驱动电压。在整个充放电循环过程中对整个电池组进行均衡，从而避免了单一均衡所存在的问题，本发明巧妙利用通道选择模块实现一对多的均衡控制，利用整个电池组的能量向单体电池转换的方式实现动态均衡，其控制过程极其简单、电路结构简单、体积小、成本低、易级联扩展。

在放电过程中，微处理器通过第一通道选择模块检测各单体电池瞬时电压Vt，并与设定的终止放电电压V_放停进行比较，当检测到该单体电池瞬时电压Vt低于终止放电电压V_放停时断开放电开关终止电池组继续放电，否则比较单体电池瞬时电压Vt与电池组其余单体电池平均瞬时电压V_平，当单体电池瞬时电压Vt低于电池组其余单体电池平均瞬时电压V_平，但未超出设定下限值时，均衡电路单元处于等待状态，即图2（标记7为DC/DC变压器）所示电压均衡电路中10对开关（S1～S10）均为断开状态（即此时第二通道选择模块不选通任何一对开关）；当单体电池瞬时电压Vt低于电池组其余单体电池平均瞬时电压V_平，并超出设定下限值时，微处理器控制第二通道选择模块选通S1这对开关（这里假设S1这对开关对应的单体电池为最需均衡的电池），利用整个电池组的能量向均衡单体电池补充能量，直至单体电池瞬时电压Vt接近电池组其余单体电池平均瞬时电压V_平满足不超出下限值设定或者在能量补充过程中出现了其它最需均衡的单体电池（非当前能量补充单体电池）时停止补充充电，循环以上操作，检测是否存在下一个最需均衡的单体电池，其中通过微处理器中的脉宽调制处理单元PWM通过第二通道选择模块可以控制单体电池均衡时的均衡电流，其均衡放电流程图如图3所示。

在充电过程中，微处理器通过第一通道选择模块检测各单体电池瞬时电压Vt，并与设定的第一个充电设定值Vset1（Vset1<设定的终止充电电压V_充停）进行比较，直至电池组中存在单体电池瞬时电压Vt达到Vset1，如图1所示断开充电开关，通过均衡电路单元进行整个电池组各单体电池能量的重新分配，即循环通过整个电池组的能量向当前最需均衡的单体电池补充能量，直至各单体电池电压相互接近，微处理器停止通过第二通道选择模块选通任何一路单体电池，使均衡电路单元处于等待状态，即如图2所示电压均衡电路中10对开关（S1～S10）全部断开，接着重新打开充电开关对整个电池组充电，比较各单体电池瞬时电压Vt与设定的第二个充电设定值Vset2（在Vset1的基础上按照一定的电压增量值设定Vset2，当然Vset2<设定的终止充电电压V_充停），直至电池组中存在单体电池瞬时电压Vt达到Vset2，断开充电开关，循环以上操作，直至电池组各单体电池瞬时电压Vt都接近终止充电电压V_充停，其中电压增量值不是固定不变，应随着越接近终止充电电压V_充停而越小，其均衡充电流程图如图4所示。

过充、过放、过流的有效控制是本发明的特色之一，这三个问题如何有效的控制一直影响着串联锂电池的广泛应用，本发明在充放电过程中能够实时有效的控制过充、过放、过流现象的发生，伴随充放电单体电池动态均衡过程中，两者同步执行，通过软件方式，微处理器能够实时检测和监视各单体电池的电压状态以及电池组的电流情况，实时分析有无过充、过放的单体电池存在或者电池组过流发生，同时根据采集反馈回来的数据决策出当前有无最需均衡的单体电池存在，对整个电池组在充放电使用过程中采取动态均衡，可以保证电池组各单体电池的电压基本维持一致，保证各单体电池接近同时发生过充或过放现象，充分发挥整个电池组的效能。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域技术人员能够了解本发明的内容，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修改，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种动力锂电池组电压动态均衡管理系统，其特征在于设有微处理器、第一霍尔传感器模块、第二霍尔传感器模块、第一通道选择模块、第二通道选择模块、开关驱动电路模块和DC/DC变压器，所述微处理器通过第一通道选择模块选通电池组中的单体电池，所述DC/DC变压器的输入端与电池组两端连接，DC/DC变压器的输出端依次通过开关驱动电路模块和开关驱动电路模块与电池组中的单体电池两端连接，所述第一霍尔传感器模块的输入端与充放电开关的充电电流输入端和放电电流输出端连接，第一霍尔传感器模块的输出端与微处理器连接，所述第二霍尔传感器模块的输入端与开关驱动电路模块的均衡充电电流输出端连接，第二霍尔传感器模块的输出端与微处理器的输入端口连接，所述开关驱动电路模块的输入端与第二通道选择模块的输出端连接，开关驱动电路模块的输出端与电池组的单体电池两端连接。

2.如权利要求1所述的一种动力锂电池组电压动态均衡管理系统，其特征在于所述微处理器设有电压采集处理单元、脉宽调制处理单元、串行通信处理单元、单体电池地址选择处理单元、单体电池地址锁存处理单元，监视和控制单体电池和电池组；霍尔传感器模块包括霍尔效应的线性电流传感器和电压输出端口，监视电池组充放电过程和单体电池均衡过程电流情况，防止过流发生；通道选择模块包括单体电池地址锁存模块和单体电池地址选择模块，选通需要监视和均衡控制的单体电池；开关驱动电路模块包括一对对称MOS开关，选择均衡单体电池两端；DC/DC变压器包括5V和12V直流输出，控制均衡电路的充电电压和驱动电压。

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