锂离子动力电池组均衡控制管理系统及其均衡控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种锂离子动力电池组均衡控制管理系统及其均衡控制方法，所述系统包括MCU中央控制单元、电池信息监控模块、电池散热模块、均衡控制模块以及电池模块，所述MCU中央控制单元分别与电池信息监控模块、电池散热模块和均衡控制模块连接，所述电池信息监控模块、电池散热模块和均衡控制模块分别与电池模块连接；所述方法在充电过程中，电池信息监控模块不断对单个电池的信息进行数据采集和转换，将得到的数据通过红外发射器反馈至MCU中央控制单元，当某节电池的电压偏离某区间值时，MCU中央控制单元通过控制K系列开关和光耦继电器对该节电池进行充放电。本发明专利技术电路简单，电池均衡方式有效且易于实现，充电、放电具有相同的均衡效果。

【技术实现步骤摘要】
锂离子动力电池组均衡控制管理系统及其均衡控制方法
本专利技术涉及一种电池均衡控制管理系统，尤其是一种锂离子动力电池组均衡控制管理系统及其均衡控制方法，属于电池管理

技术介绍
汽车的发展是现代工业技术最重要的成就之一，然而全世界大量汽车的应用，已经产生并正在继续引发严重的环境与人类生存问题。出于能源和环境的考虑，电动汽车在各国政府和汽车制造商的共同推动下取得了快速的发展。然而，能量储存装置的安全性和使用成本问题影响了电动汽车的推广应用，而延长能量存储装置的使用寿命是降低使用成本和提高安全性能的有效途径之一。锂离子电池以其能量密度大、电压平台高等优良的性能成为纯电动汽车的理想动力源。然而，锂离子电池的抗滥用能力较差。锂离子电池，特别是成组锂离子电池的安全性和长寿命成为锂离子电池使用管理中急需解决的问题。锂离子电池单体在生产过程中、长时间静置及长期充放电过程中电池组内各单体荷电量差距会越来越大，呈发散趋势，从而造成电池组内部电池离散性加大，个别电池性能衰减加剧，导致整组电池失效。所以通过对锂离子电池组均衡控制管理技术的研究，来提高电池的安全性、延长电池使用寿面，从而提高电动汽车的安全性能并降低使用成本对于电动汽车发展具有重要的意义。电池组均衡控制管理方法可以分为两类：被动均衡和主动均衡。主动均衡是运用外部电路在单体间传输能量，以达到单体间的平衡。由于主动均衡法不依靠电池本身特性进行均衡，所以这种方法在各种电池系统中都可以使用。另外，由于锂离子电池的温度必需控制在特定范围之内，所以主动均衡是针对于锂离子电池均衡的唯一方法。目前，锂离子动力电池组的均衡控制管理方法有：1)耗散电阻分流法，它是一种既可靠有简易的方法。它可以工作与两种模式：监测模式和连续工作模式。在监测模式时，电压监测装置需要监测每个单体的电压，一个智能控制器整合单体电压的不平衡状态，进一步控制接通耗散电阻，来消耗高电压单体的能量。在连续工作模式下，所有继电器由相同的信号控制，同时开启或关闭。在充电时，继电器开启，具有较高电压的单体会获得较少的充电电流，相当于在等待其他单体与其平衡。这种方法能量损耗大，在监测模式下需要智能控制，成本较高。2)PWM控制分流法。PWM控制分流法是一种无能量耗散分流法。在这种方法中，电池管理系统监测相邻各单体的电压差，运用PWM信号控制一对MOSFET开关，从而控制流过相邻两单体的电流。所以，流过高电压单体的平均电流就会比低电压单体的小。这种电路的缺点是需要精确的电压检测，并且相对复杂。在对n个单体进行均衡时，这种方法需要2×(n-1)个MOSFET和n-1个传感器。3)完全分流法。完全分流法用一个主充电器代替串联充电器。这个主充电器是一个电流控制转换器。当其中一个单体达到其最高电压，此单体便会被两个开关完全分流。当这组电池中的最后一个单体充电结束后便结束充电。这个方法十分直接，但是电池组由大量单体组成时，电池组电压会在一个很大的范围内波动，这时就需要一个降压变换器从而增加部分成本和系统复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种锂离子动力电池组均衡控制管理系统，该系统电路简单，电池均衡方式有效且易于实现，充电、放电具有相同的均衡效果，可以均衡设置电压电流调节和DC-DC均衡电压调节，可以实现大电流快速均衡，转换效率高，发热少。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述系统的均衡控制方法。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：锂离子动力电池组均衡控制管理系统，其特征在于：包括MCU中央控制单元、电池信息监控模块、电池散热模块、均衡控制模块以及电池模块，所述MCU中央控制单元分别与电池信息监控模块、电池散热模块和均衡控制模块连接，所述电池信息监控模块、电池散热模块和均衡控制模块分别与电池模块连接，其中：所述电池信息监控模块，用于监测电池模块中每节电池的电压、电流和温度信息，并反馈至MCU中央控制单元；所述MCU中央控制单元，用于对电池信息监控模块反馈的信息进行分析，再对电池散热模块和均衡控制模块发送指令，使电池模块中的每节电池得到散热控制和均衡控制；所述均衡控制模块，包括充电机、Flyback转换器、PWM控制器、DC/DC变换器、外部12V电源、K系列开关、控制电路以及多副边耦合变压器，所述PWM控制器、F1yback转换器和充电机串联后与K系列开关并联，所述K系列开关分别与DC/DC变换器和控制电路连接，所述DC/DC变换器连接外部12V电源；所述电池模块中的每节电池在多副边耦合变压器上都有对应的二次绕组。作为一种实施方案，所述MCU中央控制单元通过单片机的输入/输出引脚分别与电池信息监控模块、电池散热模块和均衡控制模块连接。作为一种实施方案，所述电池模块由4～8节电池串联组成。作为一种实施方案，所述电池散热模块由风扇和相应的电路组成，所述风扇用于对电池模块中的电池进行送风散热。作为一种实施方案，所述电池信息监控模块由监测芯片和PWM串联组成，所述监测芯片包括电流传感器、电压传感器和温度传感器；所述电池模块中的每节电池上有监测芯片，所述监测芯片测得的数值通过PWM进行DC-DC转换，传输至MCU中央控制单元，继而控制电池散热模块和均衡控制模块。作为一种实施方案，所述电压传感器、电流传感器和PWM通过外接电路与电池模块中的每节电池并联，所述温度传感器贴在每节电池的外部，温度传感器连接在温度测量引脚上。作为一种实施方案，所述MCU中央控制单元通过红外发射器与电池信息监控模块连接，所述MCU中央控制单元通过红外发射器与均衡控制模块连接。作为一种实施方案，所述系统还包括高压动力母线，所述高压动力母线的正端与电池模块的正端相连，高压动力母线的负端与电池模块的负端相连。作为一种实施方案，所述控制电路由若干个MOSFET管、若干个二极管、若干个三极管、若干个电容器以及若干个光耦继电器组成，所述电池模块中的每节电池正负极均连接一个MOSFET管，所述每个MOSFET管串联一个光耦继电器。优选的，所述电流传感器为电流互感器；所述电压传感器为电压互感器；所述PWM控制器为UC2825A；所述电池模块由6节电池串联组成；所述外部12V电源为车载12V电池。本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：锂离子动力电池组均衡控制管理系统的均衡控制方法，其特征在于所述方法包括：在充电过程中，电池信息监控模块不断对单个电池的信息进行数据采集和转换，将得到的数据通过红外发射器反馈至MCU中央控制单元，当某节电池的电压偏离某区间值时，MCU中央控制单元通过控制K系列开关和光耦继电器对该节电池进行充放电；同时，多副边耦合变压器的每个逆变副边近似一个恒压源的均衡单元，给电池模块中的每节电池进行均衡，所有的副边均衡单元通过PWM控制器控制三极管的脉宽实现均衡充电特性的调节。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术的均衡控制管理系统在充电、放电状态具有相同的均衡效果。采用变压器耦合多副边结构，利用电池模块(电池组)的总电压作为均衡充电的输入，只要动力电池处于成组状态，无论在充电还是放电状态都可对其进行均衡化处理，提高了均衡效果，大大简化了均衡充电的控制网络，系统运行安全可靠。2、本专利技术的均衡控制管理系统可本文档来自技高网...

【技术保护点】
锂离子动力电池组均衡控制管理系统，其特征在于：包括MCU中央控制单元、电池信息监控模块、电池散热模块、均衡控制模块以及电池模块，所述MCU中央控制单元分别与电池信息监控模块、电池散热模块和均衡控制模块连接，所述电池信息监控模块、电池散热模块和均衡控制模块分别与电池模块连接，其中：所述电池信息监控模块，用于监测电池模块中每节电池的电压、电流和温度信息，并反馈至MCU中央控制单元；所述MCU中央控制单元，用于对电池信息监控模块反馈的信息进行分析，再对电池散热模块和均衡控制模块发送指令，使电池模块中的每节电池得到散热控制和均衡控制；所述均衡控制模块，包括充电机、Flyback转换器、PWM控制器、DC/DC变换器、外部12V电源、K系列开关、控制电路以及多副边耦合变压器，所述PWM控制器、F1yback转换器和充电机串联后与K系列开关并联，所述K系列开关分别与DC/DC变换器和控制电路连接，所述DC/DC变换器连接外部12V电源；所述电池模块中的每节电池在多副边耦合变压器上都有对应的二次绕组。

【技术特征摘要】
1.锂离子动力电池组均衡控制管理系统，其特征在于：包括MCU中央控制单元、电池信息监控模块、电池散热模块、均衡控制模块以及电池模块，所述电池模块由6节电池串联组成；所述MCU中央控制单元分别与电池信息监控模块、电池散热模块和均衡控制模块连接，所述电池信息监控模块、电池散热模块和均衡控制模块分别与电池模块连接，其中：所述电池信息监控模块，用于监测电池模块中每节电池的电压、电流和温度信息，并反馈至MCU中央控制单元；所述MCU中央控制单元，用于对电池信息监控模块反馈的信息进行分析，再对电池散热模块和均衡控制模块发送指令，使电池模块中的每节电池得到散热控制和均衡控制；所述均衡控制模块，包括充电机、Flyback转换器、PWM控制器、DC/DC变换器、外部12V电源、K系列开关、控制电路以及多副边耦合变压器，所述PWM控制器、Flyback转换器和充电机串联后与K系列开关并联，所述K系列开关分别与DC/DC变换器和控制电路连接，所述DC/DC变换器连接外部12V电源，所述K系列开关包括开关K1～K5；所述控制电路由7个MOSFET管Q1～Q7、12个二极管D1～D12、2个三极管P1和P2、8个电容器C1～C8以及7个光耦继电器S1～S7组成，所述电池模块的6节电池分别为电池E1～E6，其中电池E1的正极、二极管D1和D2的负极、电容器C1的一端分别连接MOSFET管Q1，电池E1的负极、二极管D1和D2的正极、电容器C1的另一端分别连接MOSFET管Q2，MOSFET管Q1与光耦继电器S1串联，MOSFET管Q2与光耦继电器S2串联；电池E2的正极、二极管D3和D4的负极、电容器C2的一端分别连接MOSFET管Q2，电池E2的负极、二极管D3和D4的正极、电容器C2的另一端分别连接MOSFET管Q3，MOSFET管Q3与光耦继电器S3串联；电池E3的正极、二极管D5和D6的负极、电容器C3的一端分别连接MOSFET管Q3，电池E3的负极、二极管D5和D6的正极、电容器C3的另一端分别连接MOSFET管Q4，MOSFET管Q4与光耦继电器S4串联；电池E4的正极、二极管D7和D8的负极、电容器C4的一端分别连接MOSFET管Q4，电池E4的负极、二极管D7和D8的正极、电容器C4的另一端分别连接MOSFET管Q5，MOSFET管Q5与光耦继电器S5串联；电池E5的正极、二极管D9和D10的负极、电容器C5的一端分别连接MOSFET管Q5，电池E5的负极、二极管D9和D10的正极、电容器C5的另一端分别连接MOSFET管Q6；电池E6的正极、二极管D11和D12的负极、电容器C6的一端分别连接MOSFET管Q6，电池E6的负极、二极管D11和D12的正极、电容器C6的另一端分别连接MOSFET管Q7，MOSFET...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小平，黄伟昭，李伟善，胡佳娜，邱显焕，张远明，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44