CN104795860A - 一种电动汽车锂电池主动均衡管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动汽车的锂电池控制领域，一种电动汽车锂电池主动均衡管理系统主要包括单体电池CPU检测系统、DC/DC电池管理系统、矩阵输出电路、动力锂电池组，所述DC/DC电池管理系统与所述动力锂电池组并联，所述矩阵输出电路连接于所述DC/DC电池管理系统与所述动力锂电池组之间，所述矩阵输出电路选用双开双闭10A/12V小型继电器，所述继电器与所述动力锂电池组的单体电池一一对应连接以实现对最低电池单体进行充电，所述继电器两个触点均分别连接所述DC/DC电池管理系统的正极和负极；所述单体电池CPU检测系统组对组地连接在所述矩阵输出电路与所述动力锂电池组之间并能实时检测单体电池的电压，同时又与所述矩阵输出电路连接以实现对不同电压间进行均衡控制和管理。

Description

一种电动汽车锂电池主动均衡管理系统
技术领域
本发明涉及电动汽车的锂电池控制领域，特别是一种能克服锂电池在成组使用中电池单体的不一致性、通过均衡管理以延长电池组寿命的一种电动汽车锂电池主动均衡管理系统。
背景技术
动力电池作为电动汽车的核心部件，被公认为是制约新能源汽车产业化的最大瓶颈，为了满足电动汽车对功率、能量及电压等方面的要求，动力电池必须成组使用，往往采用并联加串联的方式。一方面，在电池的生产过程中，同一批次出厂的同一型号电池也会有容量和内阻的差别；另一方面，即使生产过程的每道工序都经过严格的检测程序，使每只电池的电压、内阻、容量一致，使用一段时间以后，也会产生差异，而影响电池寿命的一个很重要的原因是电池在成组使用时电池单体的不一致性。这种不一致性导致电池组中某一单只电池由于过充或过放等原因率先失效，形成多米诺效应，致使电池组综合性能下降和电池组被超限使用，严重影响了电池组的安全和使用寿命。目前采用较多的动力电池组均衡控制只是简单地采用被动均衡，由充电器调整输出电压和电流，均衡效果较差；也少有主动均衡系统，但其系统质量又不稳定，很难推广，所述一种电动汽车锂电池主动均衡管理系统能解决问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供的一种电动汽车锂电池主动均衡管理系统另辟蹊径，借鉴水桶补短理论，即电池管理系统实时监控最低电池，始终对最低电池进行补充，由电池单体CPU检测模块检测并控制各单体电池压差在规定范围内，超过规定范围就通过矩阵电路对最低单体进行充电；同时控制各个单体的过充和过放，实现各单体电池的高度一致性，通过在充放电过程中始终把能量转移给电压低的电池，从而实现锂电池组的均衡充放电，节能高效。
本发明所采用的技术方案是：
所述一种电动汽车锂电池主动均衡管理系统主要包括单体电池CPU检测系统、DC/DC电池管理系统、矩阵输出电路、动力锂电池组，所述DC/DC电池管理系统与所述动力锂电池组并联，所述矩阵输出电路连接于所述DC/DC电池管理系统与所述动力锂电池组之间，所述矩阵输出电路选用双开双闭10A/12V小型继电器，所述继电器与所述动力锂电池组的单体电池一一对应连接以实现对最低电池单体进行充电，所述继电器两个触点均分别连接所述DC/DC电池管理系统的正极和负极；所述单体电池CPU检测系统组对组地连接在所述矩阵输出电路与所述动力锂电池组之间并能实时检测单体电池的电压，同时又与所述矩阵输出电路连接以实现对不同电压间进行均衡控制和管理。
所述单体电池CPU检测系统能实时检测单体电池的电压并对不同电压间的单体进行均衡控制和管理，使各电池单体的压差控制在规定范围内，并负责检测数据及指令输出，根据电压均衡的硬件设计和均衡原理设计相应的控制策略，以达到电池单体电压的均衡，同时控制各个单体的过充和过放，实现各单体电池的高度一致性；所述单体电池CPU检测系统控制所述矩阵输出电路中的继电器的开合，以控制所述矩阵输出电路对最低单体电池进行充电，最终完成对所有单体电池的充放电控制。
本系统能达到的技术目标：充电完成后，管理系统维护完成后保证最高单体和最低单体电池压差低于100mV；长时间放置保证电池组最高单体和最低单体电池压差低于100mV；放电过程中最高单体和最低单体电池压差超过500mV时，管理系统对最低单体进行充电补充；系统工作时功率小于100W，休眠期间功耗小于1W；最大均衡电流大于5A；根据电池环境温度，均衡功率自动调整。
本发明的有益效果是：
所述一种电动汽车锂电池主动均衡管理系统设计合理，由于只实时控制最低单体电池，避开传统的将高单体电池能量转化到低单体电池上去的结构及复杂的外电路，又大大减少了材料成本，本系统布线容易、质量稳定，延长电池组的使用寿命，提高系统的安全性，降低整车成本，具有推广价值。
附图说明
下面结合本发明的图形进一步说明：
图1是本发明示意图；
图2是所述矩阵输出电路示意图。
图中，1.单体电池CPU检测系统，2.DC/DC电池管理系统，3.矩阵输出电路，4.动力锂电池组。
具体实施方式
如图1是本发明示意图；
如图2是所述矩阵输出电路示意图，是用4串电池举例的示意图；
所述一种电动汽车锂电池主动均衡管理系统主要包括单体电池CPU检测系统(1)、DC/DC电池管理系统(2)、矩阵输出电路(3)、动力锂电池组(4)，所述DC/DC电池管理系统(2)与所述动力锂电池组(4)并联，所述矩阵输出电路(3)连接于所述DC/DC电池管理系统(2)与所述动力锂电池组(4)之间，所述矩阵输出电路(3)选用双开双闭10A/12V小型继电器，所述继电器与所述动力锂电池组(4)的单体电池一一对应连接以实现对最低电池单体进行充电，所述继电器两个触点均分别连接所述DC/DC电池管理系统(2)的正极和负极；所述单体电池CPU检测系统(1)组对组地连接在所述矩阵输出电路(3)与所述动力锂电池组(4)之间并能实时检测单体电池的电压，同时又与所述矩阵输出电路(3)连接以实现对不同电压间进行均衡控制和管理。
工作在充电模式时，当单体电池之间压差超过200mV，所述DC/DC电池管理系统(2)通过所述矩阵输出电路(3)对最低单体进行充电；当单体电池之间压差低于100mV时管理维护停止，电池组管理系统进入休眠状态。
工作在放电模式时，当单体电池之间压差超过500mV，所述DC/DC电池管理系统(2)通过所述矩阵输出电路(3)对最低单体进行充电；当单体电池之间压差低于200mV时管理维护停止，电池组管理系统进入休眠状态。
工作在放置模式时，当单体电池之间压差超过200mV，所述DC/DC电池管理系统(2)通过所述矩阵输出电路(3)对最低单体进行充电；当单体电池之间压差低于100mV时管理维护停止，电池组管理系统自动进入休眠状态。
所述单体电池CPU检测系统(1)选用凌特6803采集芯片直接采集电池单体电压，把单体电压信号传递给CPU，CPU根据采集到的单体电池压差信号进行计算；依据是电池组在放电时压差超过20mV对最低单体进行充电补充，电池组在充电时压差超过5mV时对最低电池单体进行充电。
所述矩阵输出电路(3)选用双开双闭10A/12V小型继电器，其中1个继电器对应1个单体电池，其两个触点分别连接DC/DC输出的正极和负极。用4串电池举例说明如下：假如电池“CELL1”电池电压最高，电池“CELL4”电池电压最低，当电池组在充电或静置状态下时当单体压差超过200mV时，“单体电池CPU检测系统”检测到该数据后K4-1低电平控制K4线圈，使K4吸合，电池组通过DC/DC、K4常开触点对“CELL4”电池进行充电，充到“CELL4”电压等于或高于“CELL1”时充电截止，此时K4-1高电平控制K4线圈释放，K4常开触点断开，停止对“CELL4”电池单体充电。依此类推当“CELL1”电池电压最高，电池“CELL3”电池电压最低，“单体电池CPU检测系统”检测到该数据后K3-1低电平控制K3线圈，使K3吸合，电池组通过DC/DC、K3常开触点对“CELL3”电池进行充电，充到“CELL3”电压等于或高于“CELL1”时充电截止，此时K3-1高电平控制K3线圈释放，K3常开触点断开，停止对“CELL3”电池单体充电。在放电状态下此过程一样只是单体电池压差控制在500mV范围。
本系统实时监控最低电池，始终对最低电池进行补充，弥补水桶式电池短板效应，(而国内其他厂家普遍采用的锂电池被动均衡模式，是消耗最高的单体电池能量来保证系统电池均衡的目的，能量有一定的浪费)。当电池处于充电状态时为了使所有单体电压平衡一致，当最高单体与最低单体电池电压差超过200mV，单体电池CPU检测模块对最低单体电池进行5A电流补充，充到等于或超过最高单体电池电压100mV时停止，单体电池CPU检测模块继续检测，当最高单体电池和最低单体电池电压低于200mV，管理维护截止；但电动车辆点火信号未启动准备时，单体电池CPU检测模块同样对各个电池单体电压状态进行监控，管理至最高单体和最低单体电池压差小于200mV范围，以保证电池组单体电池特性一致。在放电条件下当最低单体电池和最高单体电池压差超过500mV，对最低单体电池进行5A电流补充，充到等于或超过最高单体电池200mV时管理截止，这样可以在不浪费电池能量的条件下对电池组进行有效均衡，大大节约电能，大幅度延长了电池寿命。

Claims (1)

1.一种电动汽车锂电池主动均衡管理系统，其特征是：主要包括单体电池CPU检测系统(1)、DC/DC电池管理系统(2)、矩阵输出电路(3)、动力锂电池组(4)，所述DC/DC电池管理系统(2)与所述动力锂电池组(4)并联，所述矩阵输出电路(3)连接于所述DC/DC电池管理系统(2)与所述动力锂电池组(4)之间，所述矩阵输出电路(3)选用双开双闭10A/12V小型继电器，所述继电器与所述动力锂电池组(4)的单体电池一一对应连接以实现对最低电池单体进行充电，所述继电器两个触点均分别连接所述DC/DC电池管理系统(2)的正极和负极；所述单体电池CPU检测系统(1)组对组地连接在所述矩阵输出电路(3)与所述动力锂电池组(4)之间并能实时检测单体电池的电压，同时又与所述矩阵输出电路(3)连接以实现对不同电压间进行均衡控制和管理。
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