CN111509808A - 一种锂电池组电池管理系统及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池组电池管理系统及管理方法，包括由多组锂电池组串联组成的电池，电池的正极端上设有继电器；每组锂电池组的两端并联有电压检测模块；所述电池引线连接有逆变模块，逆变模块经电感变压器连接有整流模块；所述整流模块的正极端连接有第一开关和第三开关，负极端连接有第二开关和第四开关；所述第一开关和第二开关连接有多个第一mos管开关；所述第三开关和第四开关连接有多个第二mos管开关；多个所述第一mos管开关分别对应连接在奇数组锂电池组的负极端，多个所述第二mos管开关分别对应连接在偶数组锂电池组的正极端。本发明可以平衡多组锂电池组之间充电过程，减少锂电池电池组之间容量不一致所导致的故障，大大的提高了电池的使用寿命。

Description

一种锂电池组电池管理系统及管理方法

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种锂电池组电池管理系统及管理方法。

背景技术

锂电池组是由若干个锂电池单体并联和串联组成。在目前的使用中，锂电池组都会有一块锂电池保护板进行对其控制，锂电池保护板的原理主要是检测每一组锂电池的电压过高或过低、某几组之间电压相差过大等问题，若出现这些情况都会停止供电，防止电芯过充过放造成损伤，此外电池保护板外还有过流、短路、过热保护。过放保护是指当电池电快要用完时，电压到一个要求的最低值，锂电池保护板也会关闭，不能在继续放电，产品因此会自动关机，形成的一种过放保护作用。过充保护是指在给产品充电时，电压达到电池最高电压时，锂电池保护板就会自动断电关闭，显示充满不在继续充电，形成的一种过充保护作用。短路保护是指当电池不小心短路时，锂电池保护板会在几毫秒内自动关闭，不会在通电，这时就是正负极碰到一块也没事，形成的一种短路保护不会引起爆炸事件发生。过电流保护是指当电池放电时，保护板会有一个最大的限制电流，不同产品是不一样的，当放电超过这个电流保护板也会自动关闭。但是随着锂电池的使用，如一组出现异常导致电压过低，如果不做处理，因为串联电流处处相等，继续放电会使该组锂电池率先到达过放截止电压，此时锂电池保护板会断电，但是其他组锂电池的电量还很充足，造成电池不工作，严重浪费电池资源，反之在充电过程中，其他锂电池冲到额定电压时，该组异常的锂电池却不能充电达到额定电压，长此以往会加快消耗锂电池的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种锂电池组电池管理系统及管理方法。本发明可以平衡多组锂电池组之间充电过程，减少锂电池电池组之间容量不一致所导致的故障，大大的提高了电池的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种锂电池组电池管理系统，包括由多组锂电池组串联组成的电池，电池的正极端上设有继电器；每组锂电池组的两端并联有电压检测模块；所述电池的正负极端分别引线连接有逆变模块，逆变模块经电感变压器连接有整流模块；所述整流模块的正极端连接有第一开关和第三开关，整流模块的负极端连接有第二开关和第四开关；所述第一开关和第二开关一同连接有多个第一mos管开关；所述第三开关和第四开关一同连接有多个第二mos管开关；以电池负极向正极的方向将多组锂电池组按奇数组和偶数组划分，多个所述第一mos管开关分别连接在奇数组对应的锂电池组的负极端，多个所述第二mos管开关分别连接在偶数组对应的锂电池组的正极端。

上述的锂电池组电池管理系统，所述继电器的两端均设有导线，且一同连接到逆变模块的正极端；所述导线上设有二极管。

前述的锂电池组电池管理系统，所述的电感变压器采用高频变压器。

前述的锂电池组电池管理系统的管理方法，多组锂电池组串联组成的电池总正负极依次接出由逆变模块、电感变压器和整流模块构成的平衡充电模块；所述平衡充电模块经开关阵列连接mos管开关阵列，mos管开关阵列再对应连接每组锂电池组；

所述逆变模块用于控制平衡充电模块的通断工作与否和输出电压；所述电感变压器用于变压和隔离电势差；所述整流模块用于将交流电变成直流电；

利用电压检测模块检测单组锂电池的电压，检测出最低电压一组锂电池组后，再通过开关阵列和mos管开关阵列使其单独与平衡充电模块连接，平衡充电模块输出的直流电对其进行充电，进而平衡各组锂电池组的电压差。

前述的锂电池组电池管理系统的管理方法，所述的开关阵列包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，第一开关和第三开关和整流模块的正极连接，第二开关和第四开关和整流模块的负极连接；所述的mos管开关阵列包括多个第一mos管开关和多个第二mos管开关，所述第一开关和第二开关一同连接有第一mos管开关；所述第三开关和第四开关一同连接有多个第二mos管开关；以电池负极向正极的方向将多组锂电池组按奇数组和偶数组划分，多个所述第一mos管开关分别对应连接在奇数组锂电池组的负极端，多个所述第二mos管开关分别对应连接在偶数组锂电池组的正极端；

在单独给一组锂电池组充电时，将该组锂电池组正负极端上对应的连接的开关阵列中的开关以及mos管阵列中的mos管开关打开，其他关闭既可。

前述的锂电池组电池管理系统的管理方法，其特征在于：所述逆变模块通过pwm调制改变方波的占空比来改变电压值，再通过电感变压器改变两边线圈匝数比值来改变降压的比例，降压到适合给单组锂电池组充电的电压。

与现有技术相比，本发明从电池总正负极引线到逆变模块，逆变模块通过振荡电路产生高频方波交流电，可以通过pwm调制改变方波的占空比来改变电压值，再通过电感变压器改变两边线圈匝数比值来改变降压的比例，降压到适合给单组锂电池组充电的电压，在这之中由于直接降压后的负极与单组锂电池组的负极之间有电势差，接上后会发生短路，无法直接充电，因此通过电感变压器形成隔离作用，不会发生短路现象，最后再通过电感变压器降压到适合给单组电池充电的电压，最后经过整流模块将从变压器出来的低压交流电整流成稳定的直流电，利用第一开关至第四开关以及第一mos管开关和第二mos管开关的配合，单独对某一锂电池组进行充电。本发明整体系统结构相对简单，不需要频繁切换第一开关至第四开关，仅在一组锂电池组平衡充电完成后，才需要切换到另外的电压最低的一组，而且单组平衡充的电压仅需调节逆变模块中逆变交流电的占空比即可，因此控制起来简单。本发明平衡效率高，而且可以根据电池容量大小和实际需求改变平衡充电的电流大小。本发明可以大大减少电池中由于多组锂电池组之间容量不一致所导致的故障，大大降低因为其中一组或几组容量降低对整组电池容量牵连性的打击，提高了电池的使用寿命。本发明还提高锂电池组的成组率，降低了锂电池组一致性要求，允许差异的范围更大，减少了成本。而且充电电流相对于其他保护板可以更大。此外，本发明通过在继电器前后都有导线连接到逆变模块，可以在充电或者放电的过程中，如果有单组电压过高或过低或者其他异常导致继电器断开，此时逆变模块与后续模块依然有电，仍然可以进行平衡工作，因此在充电、放电或不工作时均可进行平衡工作，而且逆变模块自带开关可以控制整个模组的通断和工作与否，大大的提高了锂电池组的充放电效率。本发明还采用高频变压器，提高效率，减少损耗。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是反激型变换的平衡充电模块示意图；

图3是正激型变换的平衡充电模块示意图；

图4是桥式变换的平衡充电模块示意图。

附图标记

1、锂电池组；2、电池；3、继电器；4、电压检测模块；5、逆变模块；6、电感变压器；7、整流模块；8、第一开关；9、第三开关；10、第二开关；11、第四开关；12、第一mos管开关；13、第二mos管开关；14、导线；15、二极管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例：一种锂电池组电池管理系统及管理方法，如图1所示，包括由多组锂电池组1串联组成的电池2，本实施例中锂电池组为5组，分别以第1组-第5组代替，电压为2.7-4.2V，其中第1组的节点1和节点2之间的电压为2.7-4.2v，节点1为负极，节点2为正极，同理第2组中节点2和节点3之间的电压为2.7-4.2V，节点2为负极，节点3为正极；第3组中节点3和节点4之间的电压为2.7-4.2V，节点3为负极，节点4为正极；第4组中节点4和节点5之间的电压为2.7-4.2V，节点4为负极，节点5为正极；第5组中节点5和节点6之间的电压为2.7-4.2V，节点5为负极，节点6为正极，因此电池2的总电压为13.5-21V；电池2的正极端上设有继电器3，继电器3用于通断；每组锂电池组1的两端并联有电压检测模块4，其中模块a检测第1组，模块b检测第2组，模块c检测第3组，模块d检测第4组，模块e检测第5组,其五组检测的值均传给控制芯片，控制芯片为市面上最普通、最常规的锂电池控制芯片，可以通过市售获得，其具体的连接方式和构造均为本领域技术人员所熟知和掌握的，为此本发明不在具体赘述；所述电池2的正负极端分别引线连接有逆变模块5，逆变模块5通过振荡电路产生高频方波交流电，可以通过pwm调制改变方波的占空比来改变电压值；所述逆变模块5经电感变压器6连接有整流模块7，所述的电感变压器6采用高频变压器，所述电感变压器6改变两边线圈匝数比值来改变降压的比例，降压到适合给单组锂电池组充电的电压，再这之中由于直接降压后的负极与单组锂电池组的负极之间有电势差，接上后会发生短路，无法直接充电，通过电感变压器形成隔离作用，不会发生短路现象，最后经过整流模块将从变压器出来的低压交流电整流成稳定的直流电；如图2-图4所示的由逆变模块、电感变压器和整流模块构成三种不同形式的平衡充电模块，图2和图3中平衡充电模块分别为反激型变换和正激型变换，图4为桥式变换；通过平衡充电模块的电压输入端Vin端输入，在电感变压器两端产生高频脉冲，电感变压器将产生的高频脉冲以磁场感应的方式传递到次级线圈，然后通过二极管、电容和电感的整流滤波作用，在整流模块Vo输出端得到稳定的直流输出，平衡充电模块的电压输入端Vin端输入至逆变模块，再通过电感变压器进行变压，由整流模块的Vo端输出；所述整流模块7的正极端连接有第一开关8和第三开关9，整流模块7的负极端连接有第二开关10和第四开关11，在本实施中，第一开关8用S1表示，第二开关10用S2表示，第三开关9用S3表示，第四开关11用S4表示；所述第一开关8和第二开关10一同连接有多个第一mos管开关12；所述第三开关9和第四开关11一同连接有多个第二mos管开关13；以电池2负极向正极的方向将多组锂电池组1按奇数组和偶数组划分，多个所述第一mos管开关12分别对应连接在奇数组锂电池组1的负极端，多个所述第二mos管开关13分别对应连接在偶数组锂电池组1的正极端，本实施例中，设有三个第一mos管开关12，用序号1、3、5来表示，其中1号第一mos管开关连接在节点1,3号第一mos管开关连接在节点3,5号第一mos管开关连接在节点5，本实施例中，设有三个第二mos管开关13，用序号2、4、6来表示，其中2号第二mos管开关连接在在节点2,4号第二mos管开关连接在节点4,6号第二mos管开关连接在节点6。使用时，在充电情况下，由充电器提供，通过电池的正负极进行充电，如果遇到有某一组或几组率先到达充电截止电压（4.2V），其他组却没满（如4.0V），此时电池主路继电器会断开，无法继续通过电池的正负极主路充电，而控制芯片会采集各组锂电池组的电压，找出电压最低的一组，然后分别打开相应开关给其充电，为防止切换过于频繁，可以设置一个差值，比如最低组电压与最高组差距超过0.02伏便开始充电，举例来说，单独给第1组充电时，节点1为负极，节点2为正极，所以需要打开1号第一mos管开关、2号第二mos管开关、S2、S3，其他关闭。单独给第2组充电时，节点2变为负极，节点3变为正极，打开S1、S4、2号第二mos管开关、3号第一mos管开关打开，其他关闭，同理其他组亦然，直至各组都充满。

进一步地，所述继电器3的两端均设有导线14，且一同连接到逆变模块5的正极端；所述导线4上设有二极管15，通过在继电器前后都有导线14连接到逆变模块，可以在充电或者放电的过程中，如果有单组电压过高或过低或者其他异常导致继电器断开，此时逆变模块与后续模块依然有电，仍然可以进行平衡工作，因此在充电、放电或不工作时均可进行平衡工作，而且逆变模块自带开关可以控制整个模组的通断和工作与否，大大的提高了锂电池组的充放电效率。

综上所述，本发明可以平衡多组锂电池组之间充放电过程，减少锂电池电池组之间容量不一致所导致的故障，大大的提高了电池的使用寿命。

Claims (6)

1.一种锂电池组电池管理系统，其特征在于：包括由多组锂电池组（1）串联组成的电池（2），电池（2）的正极端上设有继电器（3）；每组锂电池组（1）的两端并联有电压检测模块（4）；所述电池（2）的正负极端分别引线连接有逆变模块（5），逆变模块（5）经电感变压器（6）连接有整流模块（7）；所述整流模块（7）的正极端连接有第一开关（8）和第三开关（9），整流模块（7）的负极端连接有第二开关（10）和第四开关（11）；所述第一开关（8）和第二开关（10）一同连接有多个第一mos管开关（12）；所述第三开关（9）和第四开关（11）一同连接有多个第二mos管开关（13）；以电池（2）负极向正极的方向将多组锂电池组（1）按奇数组和偶数组划分，多个所述第一mos管开关（12）分别对应连接在奇数组锂电池组（1）的负极端，多个所述第二mos管开关（13）分别对应连接在偶数组锂电池组（1）的正极端。

2.根据权利要求1所述的锂电池组电池管理系统，其特征在于：所述继电器（3）的两端均设有导线（14），且一同连接到逆变模块（5）的正极端；所述导线（4）上设有二极管（15）。

3.根据权利要求1所述的锂电池组电池管理系统，其特征在于：所述的电感变压器（6）采用高频变压器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的锂电池组电池管理系统的管理方法，其特征在于：多组锂电池组串联组成的电池总正负极依次接出由逆变模块、电感变压器和整流模块构成的平衡充电模块；所述平衡充电模块经开关阵列连接mos管开关阵列，mos管开关阵列再对应连接每组锂电池组；

所述逆变模块用于控制平衡充电模块的通断工作与否和输出电压；所述电感变压器用于变压和隔离电势差；所述整流模块用于将交流电变成直流电；

利用电压检测模块检测单组锂电池的电压，检测出最低电压一组锂电池组后，再通过开关阵列和mos管开关阵列使其单独与平衡充电模块连接，平衡充电模块输出的直流电对其进行充电，进而平衡各组锂电池组的电压差。

5.根据权利要求4所述的锂电池组电池管理系统的管理方法，其特征在于：所述的开关阵列包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，第一开关和第三开关和整流模块的正极连接，第二开关和第四开关和整流模块的负极连接；所述的mos管开关阵列包括多个第一mos管开关和多个第二mos管开关，所述第一开关和第二开关一同连接有第一mos管开关；所述第三开关和第四开关一同连接有多个第二mos管开关；以电池负极向正极的方向将多组锂电池组按奇数组和偶数组划分，多个所述第一mos管开关分别对应连接在奇数组锂电池组的负极端，多个所述第二mos管开关分别对应连接在偶数组锂电池组的正极端；

在单独给一组锂电池组充电时，将该组锂电池组正负极端上对应的连接的开关阵列中的开关以及mos管阵列中的mos管开关打开，其他关闭既可。

6.根据权利要求4所述的锂电池组电池管理系统的管理方法，其特征在于：所述逆变模块通过pwm调制改变方波的占空比来改变电压值，再通过电感变压器改变两边线圈匝数比值来改变降压的比例，降压到适合给单组锂电池组充电的电压。

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