電池管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電池管理系統(tǒng)，包括一電池組、以及與電池組連接的電池管理器和均衡充電控制器，所述電池管理系統(tǒng)還設(shè)有一與所述電池組串聯(lián)連接的第一開(kāi)關(guān)、以及連接所述均衡充電控制器的第二開(kāi)關(guān)；所述電池管理器設(shè)有第一信號(hào)輸出口和第二信號(hào)輸出口，且通過(guò)所述第一、第二信號(hào)輸出口分別連接并控制所述第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)增設(shè)與電池組串聯(lián)的第一開(kāi)關(guān)以及連接均衡充電控制器的第二開(kāi)關(guān)，并經(jīng)由電池管理器來(lái)連接控制所述第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)，使得其能在過(guò)充電或過(guò)放電過(guò)程中有效的保護(hù)電池組，能有效增加電池組的使用壽命，而且本發(fā)明電池管理系統(tǒng)具有更為廣泛的應(yīng)用范圍。
【專利說(shuō)明】電池管理系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池技術(shù)，尤其涉及一種電池管理系統(tǒng)，其具有獨(dú)立保護(hù)功能和均衡充電功能。
【背景技術(shù)】
[0002]各種化學(xué)電池(鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰電池等)、物理電池(電容電池、放射電池等)，單體電池壽命相對(duì)較長(zhǎng)，一旦串聯(lián)成組使用后，壽命就會(huì)因其一致性較差而大大縮短，縮短量常常與串聯(lián)個(gè)數(shù)成正比關(guān)系，串聯(lián)成組越多，壽命就越短。因此，串聯(lián)電池組常常要配備電池管理系統(tǒng)。串聯(lián)電池是電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電站和UPS電源等必不可少的儲(chǔ)能裝置，而電池管理系統(tǒng)則是決定電池組壽命和使用成本的關(guān)鍵部分。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，常見(jiàn)的電池管理系統(tǒng)的示意圖如圖1所示，其包括電池組、并聯(lián)于電池串兩端的電池管理器和均衡充電控制器，所述電池組由El至En串聯(lián)組成，兩者分別連接至一充電器。具體的工作原理如下:
充電時(shí)，首先由供電電源經(jīng)恒流恒壓充電器的精密恒壓整流后，其充電電壓“V+”直接加到電池組“En+”和“E1-”兩端，電池組完全接受充電器輸出的電壓和電流值，所述電池管理器主要做電池組總電壓、單體電池電壓、電池組溫度等參數(shù)檢測(cè)。當(dāng)任一單體電池電壓或電池組總電壓超過(guò)設(shè)定電壓時(shí)，所述電池管理器將輸出TXl指令信號(hào)(即充電信號(hào))到充電器中，經(jīng)充電器解碼后關(guān)閉充電輸出，關(guān)閉充電器充電電流后，超過(guò)單體電壓限制的那部分單體電池旁路放電開(kāi)關(guān)Kh開(kāi)始閉合，對(duì)應(yīng)的超壓?jiǎn)误w電池En則通過(guò)均衡放電電阻Rn，Kh進(jìn)行放電減壓。
[0004]系統(tǒng)放電時(shí)，電池組電壓“En+”和“E1-”直接加在放電控制器上，同時(shí)，電池管理器將檢測(cè)信息和控制信號(hào)，通過(guò)TX2輸送到放電控制器內(nèi)，當(dāng)電池組總電壓或任一單體電池的電壓下降到設(shè)定終止電壓時(shí)，所述放電控制器則停止工作，電池組停止輸出電能。
[0005]然而，上述電池管理系統(tǒng)仍然存在一些缺陷，例如，其電池管理器主要進(jìn)行電壓等參數(shù)檢測(cè)和參數(shù)輸送功能，沒(méi)有自主關(guān)閉和寬壓均衡充電功能。具體來(lái)說(shuō):在充電時(shí)，一旦發(fā)生傳輸故障就會(huì)停止充電，有時(shí)因充電器本身解碼和關(guān)閉功能失效，無(wú)法自動(dòng)中止對(duì)電池組的充電，還會(huì)發(fā)生過(guò)充電事故，由于充電器電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電池管理系統(tǒng)均衡電流，當(dāng)任一單體電池到達(dá)均衡電壓時(shí)，就會(huì)向充電器發(fā)出關(guān)閉指令，充電器結(jié)束充電，當(dāng)超壓?jiǎn)误w電池電壓下降到解除均衡封鎖電壓時(shí)，電池管理系統(tǒng)又會(huì)向充電器發(fā)出充電指令，因而常常造成充電器頻繁的開(kāi)關(guān)機(jī)，容易造成充電器損壞。而在放電時(shí)，一旦發(fā)生電池管理系統(tǒng)與放電控制器之間的信息傳輸故障或放電控制器欠壓關(guān)閉電路出現(xiàn)故障，就會(huì)導(dǎo)致電池組放電失控，從而導(dǎo)致過(guò)放電，造成蓄電池組損壞。
[0006]通常電池過(guò)放電或過(guò)充電均會(huì)造成電池的提前報(bào)廢。因此，現(xiàn)有電池管理系統(tǒng)難以對(duì)電池進(jìn)行有效保護(hù)，確有必要提供一種新的電池管理系統(tǒng)來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種電池管理系統(tǒng)，其可有效保護(hù)電池組，防止在充電和放電過(guò)程中受到損壞。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明米用如下技術(shù)方案:一種電池管理系統(tǒng)，包括一電池組、以及與電池組連接的電池管理器和均衡充電控制器，所述電池組包括若干相關(guān)串聯(lián)連接的單體電池，所述每個(gè)單體電池的正負(fù)極兩端連接至所述電池管理器，所述電池管理系統(tǒng)還設(shè)有一與所述電池組串聯(lián)連接的第一開(kāi)關(guān)、以及連接所述均衡充電控制器的第二開(kāi)關(guān)；所述電池管理器設(shè)有第一信號(hào)輸出口和第二信號(hào)輸出口，且通過(guò)所述第一、第二信號(hào)輸出口分別連接并控制所述第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)。
[0009]作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述每個(gè)單體電池的正負(fù)極兩端還并聯(lián)有一旁路放電電阻及與該旁路放電電阻串聯(lián)的放電開(kāi)關(guān)。
[0010]作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電池管理器內(nèi)設(shè)有一實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)單體電池的溫度參數(shù)和電壓參數(shù)的芯片。
[0011]作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二開(kāi)關(guān)為一寬壓均衡充電調(diào)壓調(diào)流器件。
[0012]作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)為晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明電池管理系統(tǒng)通過(guò)增設(shè)與電池組串聯(lián)的第一開(kāi)關(guān)以及連接均衡充電控制器的第二開(kāi)關(guān)，并經(jīng)由電池管理器來(lái)連接控制所述第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)，使得其能在過(guò)充電或過(guò)放電過(guò)程中有效的保護(hù)電池組，能有效增加電池組的使用壽命，而且本發(fā)明電池管理系統(tǒng)具有更為廣泛的應(yīng)用范圍。【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中電池管理系統(tǒng)的連接示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明所述的電池管理系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]請(qǐng)參閱圖2所示，本發(fā)明提供一種電池管理系統(tǒng)，其兩端分別連接充電器和放電控制器，所述充電器與一供電電源連接，用于供電電源的電能輸出，所述放電控制器則與用電器連接，用于將電池管理系統(tǒng)內(nèi)的電能傳輸至用電器。
[0017]所述電池管理系統(tǒng)包括一電池組、與電池組連接的電池管理器和均衡充電控制器、與所述電池組串聯(lián)的第一開(kāi)關(guān)K、以及連接所述均衡充電控制器的第二開(kāi)關(guān)KQ。所述電池組包括若干串聯(lián)連接的單體電池Ef En，所述每個(gè)單體電池的正負(fù)極兩端分別連接至所述電池管理器，通過(guò)所述電池管理器內(nèi)的芯片來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)單體電池的參數(shù)(如溫度參數(shù)、電壓參數(shù)等)。同時(shí)，所述每個(gè)單體電池的兩端還并聯(lián)有一旁路放電電阻R (R1、R2…Rη)及與該旁路放電電阻串聯(lián)的放電開(kāi)關(guān)Kh(Khl、Kh2…Khn)，其中，所述均衡充電控制器分別連接控制所述放電開(kāi)關(guān)Kh。所述電池管理器設(shè)有第一信號(hào)輸出口 KC和第二信號(hào)輸出口KH,所述KC和KH為芯片管腳，其中，所述第一信號(hào)輸出口 KC連接控制所述第一開(kāi)關(guān)K，所述第二信號(hào)輸出口 KH連接控制所述第二開(kāi)關(guān)KQ，由此，可經(jīng)由所述電池管理器的發(fā)出的信號(hào)來(lái)控制所述第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)，從而改變均衡充電控制器的狀態(tài)。
[0018]值得一提的是，本發(fā)明中所述第一開(kāi)關(guān)K和第二開(kāi)關(guān)KQ均為廣義上的開(kāi)關(guān)元件，其可為晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、以及其他具有開(kāi)關(guān)作用的電子器件或模塊。所述第一開(kāi)關(guān)K與所述電池組串聯(lián)設(shè)置，形成了可控制電池組充放電通道的獨(dú)立開(kāi)關(guān)，使電池組無(wú)需依靠外部的開(kāi)關(guān)器件來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電通道的開(kāi)啟或關(guān)閉，從而有效保護(hù)電池組，相比而言，現(xiàn)有技術(shù)中需要依靠外部的充電器內(nèi)的開(kāi)關(guān)KC (參圖1)來(lái)控制電池組的充放電通道。所述第二開(kāi)關(guān)KQ為一寬壓均衡充電調(diào)壓調(diào)流器件，其在主充電結(jié)束后仍可進(jìn)行小電流連續(xù)均衡充電功能，并可選擇第二開(kāi)關(guān)KQ的耐壓參數(shù)，使得本發(fā)明可連接到較高輸出電壓的各種充電環(huán)境中。
[0019]以下主要介紹本發(fā)明電池管理系統(tǒng)的工作原理:
如圖2所示，首先，供電電源經(jīng)充電器內(nèi)整流單元D的整流、限壓及限流后，由VC+、VC-連接輸出到電池管理系統(tǒng)的主電路兩端V+、V-，此時(shí)通過(guò)第一信號(hào)輸出口 KC輸出高電平，使第一開(kāi)關(guān)K被導(dǎo)通，電流由充電器輸出V+經(jīng)電池組En...E2、E1、第一開(kāi)關(guān)K回到充電器的V-端，本發(fā)明增設(shè)了第一開(kāi)關(guān)K、第二開(kāi)關(guān)KQ兩個(gè)充放電控制開(kāi)關(guān)器件，其中第一開(kāi)關(guān)K進(jìn)行快速充電和放電及過(guò)載保護(hù)開(kāi)關(guān)，其可單獨(dú)對(duì)電池組進(jìn)行控制。充電時(shí)，當(dāng)電池管理器檢測(cè)到電池組任一單體電池的電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，則由第一信號(hào)輸出口 KC輸出低電平，第一開(kāi)關(guān)K被斷開(kāi)，快速充電結(jié)束，本電池管理系統(tǒng)將進(jìn)入均衡充電階段，此時(shí)，由第二信號(hào)輸出口 KH輸出高電平，使第二開(kāi)關(guān)KQ被導(dǎo)通，充電電流流過(guò)第二開(kāi)關(guān)KQ，電流被限制在均衡電流以下，此時(shí)達(dá)到設(shè)定均衡電壓的單體電池開(kāi)始進(jìn)行旁路放電，旁路放電電流等于總的均衡充電電流。當(dāng)所有單體電池均達(dá)到均衡充電設(shè)定電壓時(shí)，系統(tǒng)斷開(kāi)第二開(kāi)關(guān)KQ，充電及均衡充電結(jié)束。
[0020]在充電時(shí)，本系統(tǒng)接受充電器最大輸出電流，使其工作在充電器標(biāo)準(zhǔn)恒流或限流狀態(tài)，快充結(jié)束后，充電器工作在限壓或恒壓狀態(tài)，充電器輸出電壓可以高過(guò)電池組總電壓較多，此時(shí)由第二開(kāi)關(guān)KQ承受充電器電壓V+與電池組電壓之間的差值。這樣，就允許充電器電壓高過(guò)電池組電壓，對(duì)充電器的精度和電壓范圍要求大大降低。而且，不同于現(xiàn)有技術(shù)，本電池管理系統(tǒng)可以直接代替鉛酸蓄電池而使用到鉛酸蓄電池系統(tǒng)中。
[0021]向外放電時(shí)，由El、E2...En單體電池組成的電池組，其電流由En+經(jīng)普通放電控制器VK+、VK-(或直接經(jīng)用電器VF+、VF-)、K、回到El-極。放電時(shí)，電池管理器將隨時(shí)監(jiān)測(cè)電池組內(nèi)各單體電池的電壓，當(dāng)任一只單體電池電壓下降到設(shè)定值時(shí)，所述第一信號(hào)輸出口 KC則將發(fā)出斷開(kāi)信號(hào)，斷開(kāi)所述第一開(kāi)關(guān)K，從而切斷電池組的放電通道，電池組停止放電。放電時(shí)，如果電池管理器檢測(cè)到放電電流超過(guò)額定值時(shí)，所述第一信號(hào)輸出口 KC也將發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)K，保護(hù)本電池組不受損壞。
[0022]綜上所述，本發(fā)明電池管理系統(tǒng)可直接代替鉛酸蓄電池，使用到鉛酸蓄電池系統(tǒng)中，應(yīng)用范圍更廣，而且，其通過(guò)設(shè)置第一開(kāi)關(guān)K和第二開(kāi)關(guān)KQ，使具有獨(dú)立保護(hù)功能，可有效保護(hù)電池組，其明顯不同于現(xiàn)有技術(shù)中僅以檢測(cè)為主的電池管理系統(tǒng)，而且具有寬壓均衡充電設(shè)計(jì)，可在充電時(shí)同步進(jìn)行均衡充電，不需要關(guān)閉充電器。
[0023]以上所述，僅是本發(fā)明的最佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，利用上述揭示的方法內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，均屬于權(quán)利要求書保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電池管理系統(tǒng)，包括一電池組、以及與電池組連接的電池管理器和均衡充電控制器，所述電池組包括若干相關(guān)串聯(lián)連接的單體電池，所述每個(gè)單體電池的正負(fù)極兩端連接至所述電池管理器，其特征在于:所述電池管理系統(tǒng)還設(shè)有一與所述電池組串聯(lián)連接的第一開(kāi)關(guān)、以及連接所述均衡充電控制器的第二開(kāi)關(guān)；所述電池管理器設(shè)有第一信號(hào)輸出口和第二信號(hào)輸出口，且通過(guò)所述第一、第二信號(hào)輸出口分別連接并控制所述第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述每個(gè)單體電池的正負(fù)極兩端還并聯(lián)有一旁路放電電阻及與該旁路放電電阻串聯(lián)的放電開(kāi)關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電池管理器內(nèi)設(shè)有一實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)單體電池的溫度參數(shù)和電壓參數(shù)的芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述第二開(kāi)關(guān)為一寬壓均衡充電調(diào)壓調(diào)流器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)為晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103701162SQ201310650340
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】翟東波 申請(qǐng)人:翟東波