專利名稱：一種鋰離子動力電池組均衡放電管理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電池管理技術領域，特別涉及一種鋰離子動力電池組均衡放電管理系 統(tǒng)。
背景技術：
出于能源和環(huán)境的考慮，電動汽車在各國政府和汽車制造商的共同推動下取得了 快速的發(fā)展。純電動汽車因能真正的實現“零排放"而成為電動汽車的重要發(fā)展方向之一。 電動汽車作為綠色交通工具，將在21世紀給人類社會帶來巨大的變化。鋰離子電池以其能 量密度大、電壓平臺高等優(yōu)良的性能成為純電動汽車的理想動力源。然而，鋰離子電池的抗 濫用能力較差。鋰離子電池，特別是成組鋰離子電池的安全性和長壽命成為鋰離子電池使 用管理中急需解決的問題。人們試圖通過有效的鋰離子動力電池組管理系統(tǒng)改善鋰離子電 池組的安全性和使用壽命。目前，鋰離子動力電池組的管理方法有(1)專用IC(集成電路)管理放電這種基于芯片的簡單管理方式難以實現均衡 管理，功能不夠全面，例如無法驅動液晶，無法實現復雜的邏輯操作，無法滿足客戶的個性 化需求等等，因此已經不能滿足各式各樣的要求。而且，多串聯(lián)數的專用IC處在開發(fā)測試 階段，目前國內還只能生產單電池的IC。(2)混合IC管理放電一個混合IC最多可以管理串聯(lián)數為13的電池。市場上的 混合IC主要以02、TI、InterSil、MAX、凌特等為主。其中02是比較早生產可以管理較多電 池串數的混合IC的，開始主要以0Z890為主，后來又相應的推出了最多8串的0Z8920，再通 過兩片級連做到16串，但其電路比較復雜，價格相對都比較高；TI主要以早期的筆記本電 池管理芯片為主，該系列芯片主要是電量平衡的處理方法不同，是采用能量轉移的方式來 進行電池平衡的，而不是傳統(tǒng)的分流的方式，但其價格昂貴，電路相對復雜；Intersil產品 主要以9208，9216，9217等芯片為主，其中9216和9217可以配對使用，構成最多12串的電 池管理系統(tǒng)，但是9208、9216和9217均屬于被動器件，都需要外掛MCU來控制其工作，因此 開發(fā)難度相對較大，其系統(tǒng)成本也相對較高；MAX產品也主要是以可以管理10串電池的芯 片為主，其功能和操作模式與02和TI的類似，價格與TI的10串的芯片相當；凌特產品主 要以電池的模擬前端為主，最多也可以達到10多串，但其價格相當昂貴，一般民用都很難 接受。(3)采用MCU (微控制器或單片機)管理方式，MCU在鋰電池管理系統(tǒng)方面的應用 是非常適合的，可以非常方便的根據電池充電的狀態(tài)實現實時電池均衡管理，目前主要的 均衡管理方法是雙向無損均衡技術，即給每一個電池配備一個均衡回路，需要兩個功率的 M0S,但它的問題在于均衡管理系統(tǒng)的控制變得復雜，可靠性下降，成本上升，一旦有一路器 件損壞，產生短路的風險極高，幾乎無法維護，如果要求較大的均衡電流則各種問題將會更 加突出。傳統(tǒng)的通過測量電池的開路電壓來判斷是否進行均衡放電的方式，不能準確的反 應單個電池的荷電狀態(tài)，電池往往出現過放電等現象。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種鋰離子動力電池組均衡 放電管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)電路簡化，便于維修，具有過壓、過溫、過流保護功能，能支持大電流 均衡放電，放電完成時間短，提高電池組的使用壽命和安全性能。該發(fā)明的目的通過下述技術方案實現一種鋰離子動力電池組均衡放電管理系 統(tǒng)，包含MCU中央控制單元，用于監(jiān)測電池信息的電壓、電流和溫度監(jiān)控模塊，均衡放電模 塊，電池散熱模塊、電池模塊和高壓動力母線；電壓、電流和溫度監(jiān)控模塊監(jiān)測到的信息反 饋至MCU中央控制單元，MCU中央控制單元分析后，控制電池散熱模塊和均衡放電模塊的運 行，電池模塊通過高壓動力母線得以均衡地放電；其中，均衡放電模塊由若干個電阻阻抗和 若干個模擬開關組成；電池模塊中的每節(jié)電池均與電阻阻抗和模擬開關連接，電阻阻抗用 于對電池電流進行分流，模擬開關用于控制電阻阻抗的運行；所述的信息指的是鋰離子電池的電流值、電壓值和溫度值；所述電池與電阻阻抗的連接方式為并聯(lián)；所述電阻阻抗與模擬開關的連接方式為串聯(lián)；所述MCU中央控制單元優(yōu)選通過紅外發(fā)射器與電壓、電流和溫度監(jiān)控模塊連接；所述MCU中央控制單元優(yōu)選通過線路與電池散熱模塊連接；所述MCU中央控制單元優(yōu)選通過紅外放射器與均衡放電模塊連接；所述的電池模塊優(yōu)選為由1 13節(jié)電池串聯(lián)組成；所述的電壓、電流和溫度監(jiān)控模塊由電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器和PWM 串聯(lián)組成，電壓傳感器、電流傳感器和PWM通過外接電路與電池模塊中的每節(jié)電池并聯(lián)，溫 度傳感器貼在每個電池的外部，溫度傳感器連接在溫度測量引腳上；所述的電池散熱模塊由風扇和相應的電路組成，風扇設置在電池模塊的一側，風 扇的作用為送風散熱；所述高壓動力母線的正端與電池模塊中電池組的正端相連，高壓動力母線的負端 與電池模塊中電池組的負端相連，從而對外供電。本發(fā)明的原理電池組均衡放電的方法是通過實時監(jiān)控單個電池的可用剩余容 量，當某個電池的可用剩余容量低于或等于可用剩余容量的規(guī)定值的時候，通過MCU中央 控制單元(1)，開啟電阻阻抗R和模擬電路開關K，使經過該電池的電流減少，而不是關閉該 電池輸出，確保整個電池組的電壓在一定范圍之內。直至單體電池的電壓達到規(guī)定的最低 值V2時，關閉電流輸出，發(fā)出警報信號。電池組在進行放電，尤其是進行大電流放電的情況 下，勢必會形成很大的溫升At。當At超過某規(guī)定值時，可通過電池散熱模塊對電池組進 行散熱，即當某個電池的溫升At大于規(guī)定值或當電池的溫度大于規(guī)定值tl時，開啟散熱 系統(tǒng)，當溫度大于規(guī)定值t2 (t2 > tl)時，開啟散熱和均衡放電電路，減少電流輸出，確保 電池安全，當電池的溫度恢復到正常值時，關閉散熱系統(tǒng)和均衡放電系統(tǒng)，繼續(xù)這樣循環(huán)檢 測。單個電池的溫度數據的獲得通過多點設置、多通道獲取，確保獲得的數據具有可靠性。本發(fā)明相對于現有技術具有如下的優(yōu)點及效果(1)均衡放電控制更精確通過監(jiān)控單個電池的剩余可用容量來進行均衡放電， 而不是簡單的通過檢測電池的電壓來判斷均衡放電管理。
(2)多點多通道檢測電池溫度當一個電池的體積很大的時候，單個溫度檢測點 檢測的溫度具有局限性，通過多點多通道檢測電池溫度，使獲得的溫度數據可信度更高。(3)安全性更高當某個電池的溫升At大于規(guī)定值時，或者當電池的溫度大于規(guī) 定值a時，開啟散熱系統(tǒng)，當溫度大于規(guī)定值b時，開啟散熱和均衡放電電路，減少電流輸 出，當電池的溫度大于c時，關閉電池電流輸出，確保電池安全，當電池的溫度恢復到正常 值時，開啟電池輸出電路，繼續(xù)這樣循環(huán)檢測。(5)支持大電流放電汽車在進行爬坡或者加速的時候，汽車電機所需的電流較 大，將產生較大的溫升，通過比較溫升，開啟散熱系統(tǒng)，確保汽車和電池組安全工作。(6)易于批量生產或自動化生產，降低生產成本。


圖1是本發(fā)明的示意圖。圖2是本發(fā)明的均衡放電示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。實施例1本發(fā)明是一種鋰離子動力電池組均衡放電管理系統(tǒng)，如圖1所示，包含MCU中央控 制單元(1)，電壓、電流和溫度監(jiān)控模塊(2)，均衡放電模塊(3)，電池散熱模塊(4)、電池模 塊(5)和高壓動力母線；電壓、電流和溫度監(jiān)控模塊(2)用于監(jiān)測電池模塊中每節(jié)電池的電 壓、電流和溫度等信息，并將此信息反饋至MCU中央控制單元(1)，MCU中央控制單元⑴分 析后，控制電池散熱模塊(4)和均衡放電模塊(3)的運行。高壓動力母線的正端與電池模 塊中電池組的正端相連，高壓動力母線的負端與電池模塊中電池組的負端相連，從而對外 {共 ο電池模塊(5)通過線路進行串聯(lián)，每節(jié)電池與一個電阻阻抗R并聯(lián)，電阻阻抗R與 模擬開關K串聯(lián)，如圖2所示。在電池組開始供電初期，高壓動力母線正負端與動力電機相 連。當電池組放電的時候，尤其是進行大電流放電的時候，會放出熱量，使電池的溫度升高。 電池的電壓、電流和溫度監(jiān)控模塊(2)實時監(jiān)測電池的電壓、電流和溫度，將數據通過紅外 發(fā)射器送外MCU中央控制單元，當發(fā)現某個電池的溫升Δ t高于規(guī)定值時t，開啟電池散熱 模塊(4)進行散熱。當發(fā)現電池溫升At繼續(xù)且溫度達到規(guī)定值t2時，開啟電池散熱模塊 (4)和通過MCU控制閉合均衡放電模塊(3)中連接該電池的模擬開關K，使經過該電池的電 流減少，減少電池的散熱。當檢測到電池的溫度恢復到正常值時，關閉電池散熱模塊(4)和 均衡放電模塊(3)。MCU中央控制單元(1)將電池的開路電壓、溫度值進行函數計算，得到電 池的剩余可用容量，當判斷到某個電池的剩余可用容量的值低于或等于規(guī)定的值時A，通過 MCU控制閉合均衡放電中與該電池相連的模擬開關，使經過該電池的電流減少，而不是關閉 該電池放電，確保整體電壓值都在一定值范圍內。當檢測到該電池的電壓V達到最低規(guī)定 的值V2時，通過斷開動力母線中的開關，關閉整個電池組的電池輸出，發(fā)出警報信號。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種鋰離子動力電池組均衡放電管理系統(tǒng)，包含MCU中央控制單元，用于監(jiān)測電池信息的電壓、電流和溫度監(jiān)控模塊，均衡放電模塊，電池散熱模塊、電池模塊和高壓動力母線，其特征在于電壓、電流和溫度監(jiān)控模塊監(jiān)測到的信息反饋至MCU中央控制單元，MCU中央控制單元分析后，控制電池散熱模塊和均衡放電模塊的運行，電池模塊通過高壓動力母線得以均衡地放電；其中，均衡放電模塊由若干個電阻阻抗和若干個模擬開關組成；電池模塊中的每節(jié)電池均與電阻阻抗和模擬開關連接，電阻阻抗用于對電池電流進行分流，模擬開關用于控制電阻阻抗的運行。
2.根據權利要求1所述鋰離子動力電池組均衡放電管理系統(tǒng)，其特征在于所述的信 息指的是鋰離子電池的電流值、電壓值和溫度值。
3.根據權利要求1所述鋰離子動力電池組均衡放電管理系統(tǒng)，其特征在于所述電池 與電阻阻抗的連接方式為并聯(lián)。
4.根據權利要求1所述鋰離子動力電池組均衡放電管理系統(tǒng)，其特征在于所述電阻 阻抗與模擬開關的連接方式為串聯(lián)。
5.根據權利要求1所述鋰離子動力電池組均衡放電管理系統(tǒng)，其特征在于所述MCU 中央控制單元通過紅外發(fā)射器與電壓、電流和溫度監(jiān)控模塊連接。
6.根據權利要求1所述鋰離子動力電池組均衡放電管理系統(tǒng)，其特征在于所述MCU 中央控制單元通過線路與電池散熱模塊連接。
7.根據權利要求1所述鋰離子動力電池組均衡放電管理系統(tǒng)，其特征在于所述MCU 中央控制單元通過紅外放射器與均衡放電模塊連接。
8.根據權利要求1所述鋰離子動力電池組均衡放電管理系統(tǒng)，其特征在于所述的電 壓、電流和溫度監(jiān)控模塊由電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器和PWM串聯(lián)組成，電壓傳 感器、電流傳感器和PWM通過外接電路與電池模塊中的每節(jié)電池并聯(lián)，溫度傳感器貼在每 個電池的外部，溫度傳感器連接在溫度測量弓丨腳上。
9.根據權利要求1所述鋰離子動力電池組均衡放電管理系統(tǒng)，其特征在于所述的電 池散熱模塊由風扇和相應的電路組成，風扇設置在電池模塊的一側。
10.根據權利要求1所述鋰離子動力電池組均衡放電管理系統(tǒng)，其特征在于所述高壓 動力母線的正端與電池模塊中電池組的正端相連，高壓動力母線的負端與電池模塊中電池 組的負端相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰離子動力電池組均衡放電管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含MCU中央控制單元，用于監(jiān)測電池信息的電壓、電流和溫度監(jiān)控模塊，均衡放電模塊，電池散熱模塊、電池模塊和高壓動力母線電壓、電流和溫度監(jiān)控模塊監(jiān)測到的信息反饋至MCU中央控制單元，MCU中央控制單元分析后，控制電池散熱模塊和均衡放電模塊的運行，電池模塊通過高壓動力母線得以均衡地放電；其中，均衡放電模塊由若干個電阻阻抗和若干個模擬開關組成；電池模塊中的每節(jié)電池均與電阻阻抗和模擬開關連接，電阻阻抗用于對電池電流進行分流，模擬開關用于控制電阻阻抗的運行。本發(fā)明具有如下優(yōu)點均衡放電控制精確、安全性更高以及支持大電流放電。
文檔編號H02J7/00GK101950995SQ201010265688
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權日2010年8月27日
發(fā)明者李偉善, 李小平, 譚春林, 邱顯煥 申請人:華南師范大學