魯棒電池管理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池管理領(lǐng)域，是一種電池管理系統(tǒng)技術(shù)，實現(xiàn)電池儲能系統(tǒng)中各個電池的均衡、保護和管理，并支持寬范圍的外部接口電壓。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新能源和技術(shù)的發(fā)展，電池技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新型的各種電池。但大部分電池的電壓和容量都較低，要應(yīng)用在容量大的場合，例如新能源汽車、新能源分布式儲能等場合，就必須對多個電池進行串并聯(lián)。但由于每個電池的特性并不完全一致，導(dǎo)致電池串并聯(lián)時必須增加管理或者保護電路，進行有效的監(jiān)測、均衡和保護。到現(xiàn)在出現(xiàn)了許多種電池管理系統(tǒng)，但都有管控能力弱，電池組間不易并聯(lián)等問題，另外一般還對電池組的外部端口電壓要求高，要求外部電壓必須是合適的直流電壓，不然就會損壞電池組。但又許多應(yīng)用場合，外部電壓是波動較大，在這種場合，電池組與外部電路之間就需要增加而外的變流器，這樣增加了系統(tǒng)成本，并且降低了可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出的魯棒電池管理系統(tǒng)，克服了現(xiàn)有電池管理系統(tǒng)的不足，提供了一種對外部電壓要求低，在較寬的電壓范圍內(nèi)就可以工作，管控能力強的，并且方便不同電池組串并聯(lián)的電池管理系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案(對照附圖)是:
魯棒電池管理系統(tǒng)是由多個電池管理單元連接組成,每個電池管理單元是由電池B1、電池B2、開關(guān)Q1、開關(guān)Q2、開關(guān)Q3、開關(guān)Q4組成，B1和B2串聯(lián)然后與Q1、Q2、Q3、Q4順序串聯(lián)形成一個環(huán)路，B1和B2之間的連接點與Q2和Q3之間的連接點短接，Q1和Q2之間的連接點作為電池管理單元的一個對外端口 Tl，Q3和Q4之間的連接點作為此電池管理單元另外一個端口 T2。
[0005]進一步地，所述的開關(guān)Q1、開關(guān)Q2、開關(guān)Q3和開關(guān)Q4可以是二極管、三極管、繼電器、晶閘管、可控硅、M0S管和IGBT中的任意一種，還可以是由其組合而成的雙向開關(guān)模塊或器件。
[0006]進一步地，所述的電池B1和電池B2為鉛酸電池、鎳氫電池、鈉硫電池、液流電池、超級電容器、鋰電池中的任意一種，還可以是由其多個電池芯組合的電池組，并且此電池組也可以帶有管理電路。
[0007]進一步地，魯棒電池管理系統(tǒng)可以由多個所述的電池管理單元串聯(lián)、并聯(lián)、串聯(lián)再并聯(lián)、并聯(lián)再串聯(lián)、或者串并聯(lián)混合組成。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明的魯棒電池管系統(tǒng)與現(xiàn)存的電池管理系統(tǒng)相比較，其可以通過對串并聯(lián)在一起的許多電池管理單元的不同開關(guān)的切換實現(xiàn)不同電池管理單元的全接、半接和旁路，而實現(xiàn)它們之間的均衡、保護等，并且實現(xiàn)系統(tǒng)端口電壓靈活，支持寬范圍的外部電壓。當(dāng)系統(tǒng)充電時，如果某一個電池管理單元中有電池過充電時，可以通過切換開關(guān)旁路它進行保護。當(dāng)系統(tǒng)放電時，如果某一個電池管理單元出現(xiàn)過放電時，可以通過切換開關(guān)旁路它進行保護。并且可以根據(jù)外部電壓調(diào)整串聯(lián)的電池管理單元半接和旁路的數(shù)量，從而實現(xiàn)外部接口的寬電壓范圍。因此，本發(fā)明對外部充放電電壓要求低，在電壓波動較大的場合，不需要外部的變流器，從而大大節(jié)省了系統(tǒng)成本。并且本發(fā)明還可以提高電池組的魯棒性，如果有個別電池出現(xiàn)問題，可以把它旁路過去，不影響系統(tǒng)使用。并且由于可以對每個電池單元的電池進行開路和加載，所以可以很容易和準確的測量其內(nèi)阻，并計算其SOC。
[0009]
【附圖說明】
[0010]本說明書有兩個附圖:
圖1，魯棒電池管理系統(tǒng)實施例；
圖2，電池管理單元電路。
【具體實施方式】
[0011 ] 結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施進行說明。
[0012]圖2為單個電池管理單元的電路，電池管理單元是由電池B1和電池B2，開關(guān)Q1、開關(guān)Q2、開關(guān)Q3、開關(guān)Q4組成。電池B1和B2串聯(lián)，開關(guān)Ql、Q2、Q3、Q4順序串聯(lián)，然后與B1和B2連接形成環(huán)路，其中Q1與B1的正極相連，Q4與B2的負極相連；B1和B2之間的接點與Q2和Q3之間的接點短接；Q1與Q2之間的接點為對外的端口 T1，Q3與Q4之間的接點為對外的端口 T2。當(dāng)Q1和Q4導(dǎo)通，Q2和Q3關(guān)斷時，電池B1和電池B2接入系統(tǒng)，這個狀態(tài)本文中稱為全接；當(dāng)Q2和Q3導(dǎo)通，Q1和Q4關(guān)斷時，電池B1和電池B2全部都沒有接入系統(tǒng),這個狀態(tài)本文中稱之為旁路；當(dāng)Q1和Q3導(dǎo)通，Q2和Q4關(guān)斷時，或者，相反時，這時只有一個電池接入系統(tǒng)，另外一個電池旁路，這兩種狀態(tài)本文中稱之為半接；半接狀態(tài)分為兩種，一種是Q1和Q3導(dǎo)通，Q2和Q4關(guān)斷，這種狀態(tài)是B1半接，一種是Q2和Q4導(dǎo)通，Q1和Q3關(guān)斷，這種狀態(tài)是B2半接。全接狀態(tài)時兩個電池都接入系統(tǒng)參與充放電工作；旁路狀態(tài)時兩個電池都不接入系統(tǒng)，此電池管理單元處于短路狀態(tài)，兩個電池都不參與充放電工作；半接狀態(tài)，只有一個電池接入系統(tǒng)參與充放電工作，另外一個電池處于旁路狀態(tài)。管理系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)的整體電壓和充放電狀態(tài)控制每個電池管理單元的工作狀態(tài)，當(dāng)處于充電狀態(tài)時，先把電量小的電池接入系統(tǒng)，并且如果有電池處于充滿狀態(tài)時，為了防止其過充，可以把它旁路掉。當(dāng)系統(tǒng)處于放電狀態(tài)時，先把電量大大電池接入系統(tǒng)，并且如果有電池處于電量超低時，為了防止其過放，可以把它旁路掉。通過上述這樣的方法，實現(xiàn)電池的均衡。電池的內(nèi)阻是通過比較其開路電壓(相應(yīng)的電池管理單元處于旁路狀態(tài)時，電池的電壓)和有電流通過時的電壓(相應(yīng)的電池管理單元處于接入時，電池的電壓)電壓差與電流相除得到。
[0013]圖1為一個采用本發(fā)明的魯棒電池管理系統(tǒng)實施例，本例中的電池管理系統(tǒng)是由多個本發(fā)明的電池管理單元串聯(lián)組成，每個電池管理單元管理兩個電池，本例中的開關(guān)采用了集成反流二極管的Mosfet。例如電池為磷酸鐵鋰電池，如果每個電池的正常電壓為3.2V，則每個電池管理單元通過控制不同開關(guān)的開合，可以使其端口電壓為6.4V，3.2V和0V。例如本實施例中有100個這個的電池管理單元串聯(lián)，則此電池管理系統(tǒng)可以支持從0?320V左右的工作電壓范圍。系統(tǒng)根據(jù)各個電池的電量狀態(tài)和外部的電壓和電流情況來控制每個電池管理單元的工作狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)中電池管理單元接入的多時，外部電壓就高，反之就低，從而可以實現(xiàn)寬范圍的工作電壓。
[0014]以上所述僅為本發(fā)明的實施方式例子，并不是用于限制本發(fā)明，在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對這些實施方式做出多種變更或修改。因此，本發(fā)明的保護范圍由所附權(quán)利要求書限定。
【主權(quán)項】
1.魯棒電池管理系統(tǒng)，其特征在于多個電池管理單元連接組成，每個電池管理單元是由電池B1、電池B2、開關(guān)Q1、開關(guān)Q2、開關(guān)Q3、開關(guān)Q4組成，B1和B2串聯(lián)然后與Q1、Q2、Q3、Q4順序串聯(lián)形成一個環(huán)路，B1和B2之間的連接點與Q2和Q3之間的連接點短接，Q1和Q2之間的連接點作為電池管理單元的一個對外端口 Tl，Q3和Q4之間的連接點作為此電池管理單元另外一個端口 T2。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魯棒電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述的開關(guān)Q1、開關(guān)Q2、開關(guān)Q3和開關(guān)Q4可以是二極管、三極管、繼電器、晶閘管、可控硅、MOS管和IGBT中的任意一種，還可以是由其組合而成的雙向開關(guān)模塊或器件。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魯棒電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述的電池B1和電池B2為鉛酸電池、鎳氫電池、鈉硫電池、液流電池、超級電容器、鋰電池中的任意一種，還可以是由其多個電池芯組合的電池組，并且此電池組也可以帶有管理電路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魯棒電池管理系統(tǒng)，其特征在于其可以由多個所述的電池管理單元串聯(lián)、并聯(lián)、串聯(lián)再并聯(lián)、并聯(lián)再串聯(lián)、或者串并聯(lián)混合組成。
【專利摘要】魯棒電池管理形體實現(xiàn)了電池儲能系統(tǒng)中各個電池的均衡、保護和管理，并支持寬范圍的外部接口電壓。它是由多個電池管理單元連接組成，每個電池管理單元是由電池B1、電池B2、開關(guān)Q1、開關(guān)Q2、開關(guān)Q3、開關(guān)Q4組成，B1和B2串聯(lián)然后與Q1、Q2、Q3、Q4順序串聯(lián)形成一個環(huán)路，B1和B2之間的連接點與Q2和Q3之間的連接點短接，Q1和Q2之間的連接點作為電池管理單元的一個對外端口T1，Q3和Q4之間的連接點作為此電池管理單元另外一個端口T2。魯棒電池管理系統(tǒng)可以由多個所述的電池管理單元串聯(lián)、并聯(lián)、串聯(lián)再并聯(lián)、并聯(lián)再串聯(lián)、或者串并聯(lián)混合組成。
【IPC分類】H02J7/00
【公開號】CN105281393
【申請?zhí)枴緾N201510019765
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】豐郅(上海)新能源科技有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年1月15日