一種電動汽車鋰電池主動均衡管理系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電動汽車的鋰電池控制領域，特別是一種能克服鋰電池在成組使用中電池單體的不一致性、通過均衡管理以延長電池組壽命的一種電動汽車鋰電池主動均衡管理系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]動力電池作為電動汽車的核心部件，被公認為是制約新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的最大瓶頸，為了滿足電動汽車對功率、能量及電壓等方面的要求，動力電池必須成組使用，往往采用并聯(lián)加串聯(lián)的方式。一方面，在電池的生產(chǎn)過程中，同一批次出廠的同一型號電池也會有容量和內阻的差別；另一方面，即使生產(chǎn)過程的每道工序都經(jīng)過嚴格的檢測程序，使每只電池的電壓、內阻、容量一致，使用一段時間以后，也會產(chǎn)生差異，而影響電池壽命的一個很重要的原因是電池在成組使用時電池單體的不一致性。這種不一致性導致電池組中某一單只電池由于過充或過放等原因率先失效，形成多米諾效應，致使電池組綜合性能下降和電池組被超限使用，嚴重影響了電池組的安全和使用壽命。目前采用較多的動力電池組均衡控制只是簡單地采用被動均衡，由充電器調整輸出電壓和電流，均衡效果較差；也少有主動均衡系統(tǒng)，但其系統(tǒng)質量又不穩(wěn)定，很難推廣，所述一種電動汽車鋰電池主動均衡管理系統(tǒng)能解決問題。
【發(fā)明內容】
[0003]為了解決上述問題，本發(fā)明提供的一種電動汽車鋰電池主動均衡管理系統(tǒng)另辟蹊徑，借鑒水桶補短理論，即電池管理系統(tǒng)實時監(jiān)控最低電池，始終對最低電池進行補充，由電池單體CPU檢測模塊檢測并控制各單體電池壓差在規(guī)定范圍內，超過規(guī)定范圍就通過矩陣電路對最低單體進行充電；同時控制各個單體的過充和過放，實現(xiàn)各單體電池的高度一致性，通過在充放電過程中始終把能量轉移給電壓低的電池，從而實現(xiàn)鋰電池組的均衡充放電，節(jié)能高效。
[0004]本發(fā)明所采用的技術方案是:
[0005]所述一種電動汽車鋰電池主動均衡管理系統(tǒng)主要包括單體電池CPU檢測系統(tǒng)、DC/DC電池管理系統(tǒng)、矩陣輸出電路、動力鋰電池組，所述DC/DC電池管理系統(tǒng)與所述動力鋰電池組并聯(lián)，所述矩陣輸出電路連接于所述DC/DC電池管理系統(tǒng)與所述動力鋰電池組之間，所述矩陣輸出電路選用雙開雙閉10A/12V小型繼電器，所述繼電器與所述動力鋰電池組的單體電池一一對應連接以實現(xiàn)對最低電池單體進行充電，所述繼電器兩個觸點均分別連接所述DC/DC電池管理系統(tǒng)的正極和負極；所述單體電池CPU檢測系統(tǒng)組對組地連接在所述矩陣輸出電路與所述動力鋰電池組之間并能實時檢測單體電池的電壓，同時又與所述矩陣輸出電路連接以實現(xiàn)對不同電壓間進行均衡控制和管理。
[0006]所述單體電池CPU檢測系統(tǒng)能實時檢測單體電池的電壓并對不同電壓間的單體進行均衡控制和管理，使各電池單體的壓差控制在規(guī)定范圍內，并負責檢測數(shù)據(jù)及指令輸出，根據(jù)電壓均衡的硬件設計和均衡原理設計相應的控制策略，以達到電池單體電壓的均衡，同時控制各個單體的過充和過放，實現(xiàn)各單體電池的高度一致性；所述單體電池CPU檢測系統(tǒng)控制所述矩陣輸出電路中的繼電器的開合，以控制所述矩陣輸出電路對最低單體電池進行充電，最終完成對所有單體電池的充放電控制。
[0007]本系統(tǒng)能達到的技術目標:充電完成后，管理系統(tǒng)維護完成后保證最尚單體和最低單體電池壓差低于10mV ;長時間放置保證電池組最高單體和最低單體電池壓差低于10mV ;放電過程中最高單體和最低單體電池壓差超過500mV時，管理系統(tǒng)對最低單體進行充電補充；系統(tǒng)工作時功率小于100W，休眠期間功耗小于IW ;最大均衡電流大于5A ;根據(jù)電池環(huán)境溫度，均衡功率自動調整。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
[0009]所述一種電動汽車鋰電池主動均衡管理系統(tǒng)設計合理，由于只實時控制最低單體電池，避開傳統(tǒng)的將高單體電池能量轉化到低單體電池上去的結構及復雜的外電路，又大大減少了材料成本，本系統(tǒng)布線容易、質量穩(wěn)定，延長電池組的使用壽命，提高系統(tǒng)的安全性，降低整車成本，具有推廣價值。
【附圖說明】
[0010]下面結合本發(fā)明的圖形進一步說明:
[0011]圖1是本發(fā)明示意圖；
[0012]圖2是所述矩陣輸出電路示意圖。
[0013]圖中，1.單體電池CPU檢測系統(tǒng)，2.DC/DC電池管理系統(tǒng)，3.矩陣輸出電路，4.動力鋰電池組。
【具體實施方式】
[0014]如圖1是本發(fā)明示意圖；
[0015]如圖2是所述矩陣輸出電路示意圖，是用4串電池舉例的示意圖；
[0016]所述一種電動汽車鋰電池主動均衡管理系統(tǒng)主要包括單體電池CPU檢測系統(tǒng)
(1)、DC/DC電池管理系統(tǒng)(2)、矩陣輸出電路(3)、動力鋰電池組(4)，所述DC/DC電池管理系統(tǒng)(2)與所述動力鋰電池組(4)并聯(lián)，所述矩陣輸出電路(3)連接于所述DC/DC電池管理系統(tǒng)(2)與所述動力鋰電池組(4)之間，所述矩陣輸出電路(3)選用雙開雙閉10A/12V小型繼電器，所述繼電器與所述動力鋰電池組(4)的單體電池一一對應連接以實現(xiàn)對最低電池單體進行充電，所述繼電器兩個觸點均分別連接所述DC/DC電池管理系統(tǒng)(2)的正極和負極；所述單體電池CPU檢測系統(tǒng)(I)組對組地連接在所述矩陣輸出電路(3)與所述動力鋰電池組⑷之間并能實時檢測單體電池的電壓，同時又與所述矩陣輸出電路⑶連接以實現(xiàn)對不同電壓間進行均衡控制和管理。
[0017]工作在充電模式時，當單體電池之間壓差超過200mV，所述DC/DC電池管理系統(tǒng)
(2)通過所述矩陣輸出電路(3)對最低單體進行充電；當單體電池之間壓差低于10mV時管理維護停止，電池組管理系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)。
[0018]工作在放電模式時，當單體電池之間壓差超過500mV，所述DC/DC電池管理系統(tǒng)
(2)通過所述矩陣輸出電路(3)對最低單體進行充電；當單體電池之間壓差低于200mV時管理維護停止，電池組管理系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)。
[0019]工作在放置模式時，當單體電池之間壓差超過200mV，所述DC/DC電池管理系統(tǒng)
(2)通過所述矩陣輸出電路(3)對最低單體進行充電；當單體電池之間壓差低于10mV時管理維護停止，電池組管理系統(tǒng)自動進入休眠狀態(tài)。
[0020]所述單體電池CPU檢測系統(tǒng)(I)選用凌特6803采集芯片直接采集電池單體電壓，把單體電壓信號傳遞給CPU，CPU根據(jù)采集到的單體電池壓差信號進行計算；依據(jù)是電池組在放電時壓差超過20mV對最低單體進行充電補充，電池組在充電時壓差超過5mV時對最低電池單體進行充電。
[0021]所述矩陣輸出電路(3)選用雙開雙閉10A/12V小型繼電器，其中I個繼電器對應I個單體電池，其兩個觸點分別連接DC/DC輸出的正極和負極。用4串電池舉例說明如下:假如電池“CELL1”電池電壓最高，電池“CELL4”電池電壓最低，當電池組在充電或靜置狀態(tài)下時當單體壓差超過200mV時，“單體電池CPU檢測系統(tǒng)”檢測到該數(shù)據(jù)后K4-1低電平控制K4線圈，使K4吸合，電池組通過DC/DC、K4常開觸點對“CELL4”電池進行充電，充到“CELL4”電壓等于或高于“CELL1”時充電截止，此時K4-1高電平控制K4線圈釋放，K4常開觸點斷開，停止對“CELL4”電池單體充電。依此類推當“CELL1”電池電壓最高，電池“CELL3”電池電壓最低，“單體電池CPU檢測系統(tǒng)”檢測到該數(shù)據(jù)后K3-1低電平控制K3線圈，使K3吸合，電池組通過DC/DC、K3常開觸點對“CELL3”電池進行充電，充到“CELL3”電壓等于或高于“CELL1”時充電截止，此時K3-1高電平控制K3線圈釋放，K3常開觸點斷開，停止對“CELL3”電池單體充電。在放電狀態(tài)下此過程一樣只是單體電池壓差控制在500mV范圍。
[0022]本系統(tǒng)實時監(jiān)控最低電池，始終對最低電池進行補充，彌補水桶式電池短板效應，(而國內其他廠家普遍采用的鋰電池被動均衡模式，是消耗最高的單體電池能量來保證系統(tǒng)電池均衡的目的，能量有一定的浪費)。當電池處于充電狀態(tài)時為了使所有單體電壓平衡一致，當最高單體與最低單體電池電壓差超過200mV，單體電池CPU檢測模塊對最低單體電池進行5A電流補充，充到等于或超過最高單體電池電壓10mV時停止，單體電池CPU檢測模塊繼續(xù)檢測，當最高單體電池和最低單體電池電壓低于200mV，管理維護截止；但電動車輛點火信號未啟動準備時，單體電池CPU檢測模塊同樣對各個電池單體電壓狀態(tài)進行監(jiān)控，管理至最高單體和最低單體電池壓差小于200mV范圍，以保證電池組單體電池特性一致。在放電條件下當最低單體電池和最高單體電池壓差超過500mV，對最低單體電池進行5A電流補充，充到等于或超過最高單體電池200mV時管理截止，這樣可以在不浪費電池能量的條件下對電池組進行有效均衡，大大節(jié)約電能，大幅度延長了電池壽命。
【主權項】
1.一種電動汽車鋰電池主動均衡管理系統(tǒng)，其特征是:主要包括單體電池CPU檢測系統(tǒng)(1)、DC/DC電池管理系統(tǒng)(2)、矩陣輸出電路(3)、動力鋰電池組(4)，所述DC/DC電池管理系統(tǒng)(2)與所述動力鋰電池組(4)并聯(lián)，所述矩陣輸出電路(3)連接于所述DC/DC電池管理系統(tǒng)⑵與所述動力鋰電池組⑷之間，所述矩陣輸出電路⑶選用雙開雙閉10A/12V小型繼電器，所述繼電器與所述動力鋰電池組(4)的單體電池一一對應連接以實現(xiàn)對最低電池單體進行充電，所述繼電器兩個觸點均分別連接所述DC/DC電池管理系統(tǒng)(2)的正極和負極；所述單體電池CPU檢測系統(tǒng)(I)組對組地連接在所述矩陣輸出電路(3)與所述動力鋰電池組⑷之間并能實時檢測單體電池的電壓，同時又與所述矩陣輸出電路⑶連接以實現(xiàn)對不同電壓間進行均衡控制和管理。
【專利摘要】本發(fā)明涉及電動汽車的鋰電池控制領域，一種電動汽車鋰電池主動均衡管理系統(tǒng)主要包括單體電池CPU檢測系統(tǒng)、DC/DC電池管理系統(tǒng)、矩陣輸出電路、動力鋰電池組，所述DC/DC電池管理系統(tǒng)與所述動力鋰電池組并聯(lián)，所述矩陣輸出電路連接于所述DC/DC電池管理系統(tǒng)與所述動力鋰電池組之間，所述矩陣輸出電路選用雙開雙閉10A/12V小型繼電器，所述繼電器與所述動力鋰電池組的單體電池一一對應連接以實現(xiàn)對最低電池單體進行充電，所述繼電器兩個觸點均分別連接所述DC/DC電池管理系統(tǒng)的正極和負極；所述單體電池CPU檢測系統(tǒng)組對組地連接在所述矩陣輸出電路與所述動力鋰電池組之間并能實時檢測單體電池的電壓，同時又與所述矩陣輸出電路連接以實現(xiàn)對不同電壓間進行均衡控制和管理。
【IPC分類】H02J7-00
【公開號】CN104795860
【申請?zhí)枴緾N201510167284
【發(fā)明人】劉冬梅, 楊杭旭, 方誼茂
【申請人】金華職業(yè)技術學院
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月30日