CN203491740U - 一种动力钛酸锂电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了属于电池管理技术领域的一种具有保护功能和监控功能的动力钛酸锂电池管理系统。该系统的充电机与主控单元连接，主控单元通过CAN总线与采集单元，均衡单元和显示单元相连接。本实用新型充电保护、过放电保护以及过电流保护模块，确保电池使用安全，高低温保护和平衡等功能，能使电池的使用寿命延长。

Description

一种动力钛酸锂电池管理系统

技术领域

本实用新型属于电池管理技术领域，具体涉及一种具有保护功能和监控功能的动力钛酸锂电池管理系统。

背景技术

作为锂离子电池负极材料-钛酸锂，可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成2.4V或1.9V的锂离子二次电池，此外它还可以用作正极，与金属锂或锂合金负极组成1.5V的锂二次电池。由于钛酸锂的高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点。可以预见：钛酸锂材料一定会成为新一代锂离子电池的负极材料而被广泛应用在新能源汽车、观光车、电动自行车摩托车和要求高安全性、高稳定性和长周期储能等电池的应用领域。

实际应用中，钛酸锂电池组必须配备专用电池管理系统，以确保钛酸锂电池安全及使用寿命，电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)的功能可分为两类：保护功能和监控功能。可靠的BMS能够使电池始终保持在最佳工作状态下，最大限度延长电池的寿命。传统的钛酸锂电池管理系统缺乏过充电保护、过放电保护、过电流保护以及高低温保护和平衡等功能，不能确保电池使用安全，使用寿命低。

实用新型内容

本实用新型针对目前的电池管理系统缺乏过充电保护、过放电保护、过电流保护以及高低温保护和平衡等功能，不能确保电池使用安全，使用寿命低的问题，提出一种动力钛酸锂电池管理系统。

一种动力钛酸锂电池管理系统，充电机1与主控单元2连接，主控单元2通过CAN总线3(控制器局域网络)与采集单元4，均衡单元5和显示单元6相连接。

所述主控单元2包括过充电保护模块，过放电保护模块，过流保护模块，温度保护模块，平衡功能模块。

所述采集单元4的个数为2-400个。

所述均衡单元5的个数为2-400个。

本实用新型的有益效果：本实用新型充电保护、过放电保护以及过电流保护模块，确保钛酸锂电池使用安全，高低温保护和平衡等功能，能使钛酸锂电池的使用寿命延长。

附图说明

图1为本实用新型动力钛酸锂电池管理系统结构示意图；

图中，1-充电机、2-主控单元、3-CAN总线、4-采集单元、5-均衡单元、6-显示单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例1

一种动力钛酸锂电池管理系统，充电机1与主控单元2连接，主控单元2通过CAN总线3(控制器局域网络)与采集单元4，均衡单元5和显示单元6相连接。所述主控单元2包括过充电保护模块，过放电保护模块，过流保护模块，温度保护模块，平衡功能模块。所述采集单元4的个数为2个。所述均衡单元5的个数为2个。

各功能模块的作用如下所述：

(1)过充电保护模块

锂电池充电过程中，电芯电压超过上限电压(2.75V)时，过量的锂离子将从电池正极脱出，引起正极晶格结构被破坏，导致电芯容量急剧变小。当电芯电压过高时，锂离子会沿着负极表面生长出树枝状结晶，进而造成正负极短路发生爆炸。所以锂电池使用中，过充电是被严格禁止的。BMS会监控系统中每节电芯电压，当电芯电压超过充电限制电压(2.75V)时，BMS会关断充电回路从而保护电池组。内部集成芯片过充电保护阈值电压的精度典型值为：±25mV。

(2)过放电保护模块

锂电池放电过程中，电芯电压低于下限电压时，电芯负极的金属集流体将被溶解，会大大缩短电芯的使用寿命，且给电芯造成的损害往往是不可逆的。在极限情况下，给过度放电的电芯充电时，金属集流体会在负极附近沉积，当沉积达到电芯正极时将造成电芯内部短路或者漏液。BMS进行过放电保护的动作类似于过充电保护，但很多BMS在电芯过放电保护后，为了防止锂电池进一步过度放电，均会进入自身功耗降低模式。常见的过放电保护阈值精度为：±50mV。

(3)过流保护模块

电池都存在一定的内阻，当电池工作电流过大时，电池内部的发热明显增加，电池温度会升高，从而导致电池的热稳定性下降，并形成正反馈。而且，锂离子电池的正负极的脱嵌锂离子的能力是有限的，当电池的充放电电流大于电池的脱嵌能力时，将导致电池的极化电压增加，导致电池的实际容量减小，严重时还会导致锂离子的淀积影响电池的安全性。锂离子电池保护系统会根据电池组放电电流大小，选择不同的过流保护延时。较为常见的过流保护延时在20mS左右，而短路保护延时则大多在200～500uS之间。随着钛酸锂电池应用领域的拓展，对纯保护功能的BMS的要求也越来越高，包括高低温保护甚至平衡功能逐渐成为此类BMS的必备功能。

(4)温度保护模块

电芯温度对锂离子电池性能的发挥具有重要影响，电池温度高时，电芯活性增加，能量能够得到更加有效的发挥，但是高温下，锂离子电池正极晶格结构稳定性会变差，长期高温工作会明显缩短电池寿命；相对而言，低温下锂电子电池活性下降，可用容量减小，能量利用率变低，尤其是低温下充电容量将变得很低，同时可能产生安全隐患。较完善的锂电池保护系统，在电芯温度超过预订的高温或是低于预订的低温，均会禁止电池组进行充放电，从而延长电池寿命，提高容量利用率。

(5)平衡功能模块

动力锂离子电池一般都要几串、几十串甚至几百串以上，由于电池在生产过程中，从涂膜开始到成为成品要经过很多道工序，即使经过严格的检测程序，使每组电源的电压、电阻、容量一致，但使用一段时间以后，电池内阻、电压、容量等参数产生波动，形成不一致的状态，就会产生这样或那样的差异。这种差异体现为电池组充满或放完时串联电池芯之间的电压不相同。这种情况下导致电池组充电的过程中，电压过高的电池芯提早触发电池组过充电保护，而在放电过程中电压过低的电池芯导致电池组过放电保护，从而使电池组的整体容量明显下降，整个电池组体现出来的容量为电池组中性能最差的电池芯的容量，而且使用时很容易发生过充和过放现象，且不易发现，导致提前失效。当前，相当一部分锂离子电池保护系统具备平衡功能，用以从具有较高电压的电池抽取多余的电流，消耗多余的电量，实现电池均衡，最大限度地发挥动力锂电池的效用，延长电池的使用寿命，增加安全性。

Claims (3)

1.一种动力钛酸锂电池管理系统，其特征在于，充电机(1)与主控单元(2)连接，主控单元(2)通过CAN总线(3)与采集单元(4)，均衡单元(5)和显示单元(6)相连接。 

所述主控单元(2)包括过充电保护模块，过放电保护模块，过流保护模块，温度保护模块，平衡功能模块。 

2.根据权利要求1所述一种动力钛酸锂电池管理系统，其特征在于，所述采集单元(4)的个数为2-400个。 

3.根据权利要求1所述一种动力钛酸锂电池管理系统，其特征在于，所述均衡单元(5)的个数为2-400个。 

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