主动均衡电池管理系统技术方案

主动均衡电池管理系统，包括上位机、CAN通讯模块；所述的上位机通过CAN通讯模块，向电池管理系统发送控制指令；电池管理系统通过CAN通讯模块，向上位机传输数据，通过CAN通讯模块与车载控制系统、充电机连接；所述的电池管理系统还通过RS232与电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块连接，获取电池电压、电流、温度的AD采样数据。本发明专利技术提供了新型的SOC计算方式，解决了现有技术计算电池容量精度不准确的问题。通过上位机设置电池容量的上下限，充放电电流设定，电池温度等参数，有效的对电池进行保护，本发明专利技术提出一种新型的充电模式标准，能够更加有效的进行电池充电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到新能源电动汽车锂电池领域，特别涉及到主动均衡电池管理系统，适用于对锂电池均衡处理。
技术介绍
越来越多的电动汽车采用锂离子电池做为主要电源，主要是由于锂离子电池具有体积小，能量密度高，无记忆效应，循环寿命高，自放电率低等优点。锂电池的性能和安全问题由BMS电池管理系统来进行控制。BMS电池管理系统是电动汽车与电池组之间的纽带，主要用于电池参数设置、电池充放电管理、电池均衡以及电池状态的显示。做电池ＰＡＣＫ的企业电池组配对时会考虑锂电池的容量、平台、内阻、自放电等参数；电池在初期配组时相关参数可控制在一定区间内（尽量让参数接近相同），但电池组使用一段时间后各单体电池间一致性就发生变化(尤其经过大电流充放电后单体参数不一致的问题无限放大，电池组各种参数后期变化更大，水桶短板效应更为突出，导致电池组充放电容量越用越少)；电池容量的不匹配包括充电状态失配和容量/能量失配。在两种情况下，电池包的总容量都只能达到最弱电池的容量。为了打破电池组水桶短板效应，现有技术一般采取被动电池均衡的方式，但被动电池均衡存在如下缺点：1、被动电池均衡效率比较低，电池均衡速度慢，得反复电池均衡才能达到效果。2、电池均衡时高压电池模块放电，损失能量，电阻发热，电池发热，对电池造成损坏，影响电池寿命。现有技术 采用的电池均衡方式主要采用电容，电感，电阻，包括隔离DC-DC方式做电池均衡。电容电池均衡；是把高电压的单体给电容充电，再通过电容给低电压的单体，可以电池均衡，但效果太差，因为每次电容充放电容量太低，而且还要做极性转换。电感电池均衡；是相邻两个单体做比较电压高给电感放电，再通过电感给低电压的充电，如果第一个单体高要转移到最后一个单体就效果不好，原因是虽然相邻之间的单体差异不大，但累积下来，第一个单体和最后一个单体的电压差异非常大。电阻电池均衡，是把电池组里的最高电压通过电阻放电来平衡单体电压，缺点是必须等电池组里有一个或者几个单体充电到保护电压才能放电，低电压的单体没有办法提高电压，温度高，效果也不行。隔离DC-DC电池均衡；是把最高电压的单体通过隔离DC-DC模块升压至高电压公共母线，通过公共母线提供给隔离DC-DC模块做降压，再输入给最低电压的单体充电，这个方式可以将电流范围放大，但第2，3,4,5等次高压无法与第2,3,4,5等次低压电池均衡，等把最高与最低的电池均衡好了，再电池均衡其他最高与最低的单体后，可能发现原来最高的和最低还需要电池均衡，这样会在电池组里不停的转移能量，效果也不是很好，即使每一串都安装升压和降压隔离DC-DC模块，尺寸大，成本高，温度很高需要做散热处理。根据单体电池的循环次数一般都可以达到2000-3000次左右（还有80%以上的容量），如果一年考虑200次的循环一组电池寿命应该在10-15年左右，循环一次200-400公里，一组电池应该40-60万公里以上，而即便采用上述电池电池均衡方式的电池管理系统，电动汽车厂家只承诺5年10万公里，使用年限越长，容量仍然会大幅下降。也就是说采用上述电池电池均衡方式的电池管理系统，距离理论数值差距很大，系统电池均衡仍然达不到理想效果，而且需要客户使用锂电池一段时间后再返回厂家做手动电池均衡处理。
技术实现思路
：本专利技术的目的就是要克服现有技术存在的以上问题，本专利技术的目的是这样实现的，主动均衡电池管理系统，包括上位机、CAN通讯模块、电池管理系统，其特征在于：所述的电池管理系统是在电池组每组上连接一条电子自由通道，监测每组电池组上的所有单体的电压，监测到大于平均电压15mV的所有单体时，控制单体会自动放出电量，并会留15mV的余量；监测到小于平均电压１５mV的单体，会控制单体吸收电量，并不多余充电，会留15mV的余量，而且电压差越大吸收和放出的电流越大，能量转移电池均衡至电压差小于15mV自动休眠。本专利技术与现有技术相比的优点如下：1.电池均衡效率高；通过本专利技术主动均衡电池管理系统电池均衡之后，电池电量可以达到满电量的90%，而现有技术的均衡电池管理系统只能达到60-70%，而且本专利技术工作过程几乎没有温升。让电池组里的单体与单体之间的参数自我协调平衡。实现了真正意义上的主动能量无损同步转移电池均衡。主动均衡电池管理系统对电池进行监控时，对电池单体容量、平台、内阻、自放电等参数允许偏差值的范围放宽，包括电池组使用后期各种参数有了变化还能最大限度发挥电池组的潜在容量，与当前现有技术相比，电池单体容量的偏差范围，由1%放宽到3%-5%，平台由20-50毫伏放宽到100毫伏，内阻由0.1-0.5毫欧放宽到1-2毫欧，自放电由28天10-20毫安时放宽到28天1安时，经过主动能量转移电池均衡作用后，各单体都可以最大限度的充满电（电池均衡后电池组检测容量与实际容量误差不大于5% ，与平均电压差不大于0.015V），最大限度发挥电池组的容量和循环次数，解决了电池组因为某一个单体的参数变化大而影响电池整组工作的问题。2.现有技术BMS管理系统的电池组，使用2年以后，充放电容量就不能达到规定要求，采用本专利技术主动电池均衡系统后可以提高10--50%或更高充放电容量，而且电池组容量恢复是越用越好。3.本专利技术采用主动电池均衡电流的方式，监测电池电压时，当发现电池组中任何一组电池开路失效（低于平均电压１５mV的单体）时，控制该失效电池通过能量转移电池均衡从电池组里其他高电压单体（与平均电压差大于15mV）能够获得的最大补偿电流。当发现当电池组中任何一串电池电压大于平均电压时（与平均电压差大于15mV）通过能量转移放出部分电量给其他低于平均电压的单体（电压差大于１５mV）最大电流。4.本专利技术电池均衡能力强：经测试，当控制电池组中某一组电池的电压与电池组的平均电压的差值达到100mV时，该组电池能够获得或输出1A电池均衡电流。电压差值越大，电池均衡电流就越大，最大为3A（控制最大值，不能为无限大电流），瞬间限流6A。5.本专利技术采用数字化方式，实时监控电池状态，不采用现有技术电池电压等模拟器，不需要将实际采集到的数据与模拟器进行对比，实时监控可以保持数据的准确性。6. 本专利技术的上位机可以对保护电流、电池均衡电流、电池均衡时间、充放电电流、温度报警、充放电的保护电压、充电时的过充报警电压、放电时的放电预警电压等进行设置。7.本专利技术的上位机可以对电池类型、电池常数、循环次数、实时电压等进行显示。8.现有技术常用的SOC计算方法，是根据电池单体的电压曲线变化，来比较计算出电池单体的容量，但电池单体的电压曲线并不是固定的，随着电压和电流的值，曲线图也会变化，所以以该电压曲线计算出的电池容量不精确；本专利技术采用的SOC计算方法，是系统根据检测到的电池组中每个测点的充放电的具体容量，来计算得到每个单体电池的电压，可以精确到0.1mV。9.本专利技术主动均衡电池管理系统通过GPS通讯，可以 实现无线传输，将系统检测到的电池数据同步到服务器中进行保存，并在上位机中进行显示。10.电池组可以跨箱进行连接，现有技术BMS管理系统比如12通道，必须12通道全部连接，而本专利技术可以随意接4个以上的通道即可，不用考虑顺序。本专利技术有效地对BMS电池管理系统进行控制，实时灵活有效地进行电池均衡，延长电池的使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
主动均衡电池管理系统，包括上位机、CAN通讯模块，其特征在于：所述的上位机通过CAN通讯模块，向电池管理系统发送控制指令；所述的电池管理系统通过CAN通讯模块，向上位机传输数据，通过CAN通讯模块 与车载控制系统、充电机连接；所述的电池管理系统还通过RS232接口与电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块连接，获取电池电压、电流、温度的AD采样数据；采用数字化方式，实时监控电池状态，实时监控保持数据的准确性，使电池单体容量、平台、内阻、自放电参数允许偏差值的范围放宽，包括电池组使用后期各种参数有了变化还能最大限度发挥电池组的潜在容量，电池单体容量的偏差范围为3%‑5%，平台为100毫伏，内阻为1‑2毫欧，自放电为28天1安时；采用的SOC计算方法，主动均衡电池管理系统根据检测到的电池组中每个测点的充放电的具体容量，来计算得到每个单体电池的电压，能精确到0.1mV。

【技术特征摘要】
1.主动均衡电池管理系统，包括上位机、CAN通讯模块，其特征在于：所述的上位机通过CAN通讯模块，向电池管理系统发送控制指令；所述的电池管理系统通过CAN通讯模块，向上位机传输数据，通过CAN通讯模块 与车载控制系统、充电机连接；所述的电池管理系统还通过RS232接口与电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块连接，获取电池电压、电流、温度的AD采样数据；采用数字化方式，实时监控电池状态，实时监控保持数据的准确性，使电池单体容量、平台、内阻、自放电参数允许偏差值的范围放宽，包括电池组使用后期各种参数有了变化还能最大限度发挥电池组的潜在容量，电池单体容量的偏差范围为3%-5%，平台为100毫伏，内阻为1-2毫欧，自放电为28天1安时；采用的SOC计算方法，主动均衡电池管理系统根据检测到的电池组中每个测点的充放电的具体容量，来计算得到每个单体电池的电压，能精确到0.1mV。2.根据权利要求1所述的主动均衡电池管理系统，其特征在于：所述的上位机设置有保护电流值、电池均衡电流值、电池均衡时间、充放电电流、报警温度、充放电的保护电压、充电时的过充预警电压、放电时的放电预警电压系统；通过GPS进行通讯，实时的把所有数据传送到服务器中进行保存，采集电池的当前状态数据，在上位机上显示，并且根据电池的当前状态，判断是否需要进行电池均衡，并把电池均衡结果动态在上位机上呈现出来；所述的保护电流值，是指电池组充放电电流，达到在上位机设定的保护电流值时，即进行电池保护，停止充放电；所述的充电的保护电压、过充预警电压，是指当主动均衡电池管理系统检测到电池组的某一电池的当前电压达到过充预警电压时，进行预警提示；如果超过过充预警电压，仍进行充电时，则当达到充电保护电压时，系统自动进行充电保护，停止该单一电池的充电，进行电池均衡，将该电池电压下降，均匀的分配到电池组其他电池上，电池均衡过后继续充电直到全部电池到达充电保护电压；所述的放电保护电压，以及放电预警电压；是指当系统检测到电池组的某一电池的当前电压低至放电预警电压时，进行预警提示；如果低于放电预警电压，仍进行放电时，是指当低至放电保护电压时，主动均衡电池管理系统自动进行放电保护，停止该单一电池的放电，进行电池均衡，将该电池电压上升，均衡过后继续放电直到全部电池充至放电保护电压；所述的报警温度，是指当主动均衡电池管理系统检测到的电池组中某一电池的温度达到报警温度值时，会自动停止电池组的充放电工作。3.根据权利要求1或2所述的主动均衡电池管理系统，其特征在于：所述的上位机能对电池类型、电池常数、循环次数、实时电压进行显示；所述的循环次数，能使单体电池的循环次数达到理论循环次数的80%，用户根据电池的当前使用状况及需要，在上位机上进行手动操作，对电池组进行均衡。4.根据权利要求1所述的主动均衡电池管理系统，其特征在于：所述的电池管理系统是在电池组每组上连接一条电子自由通道，监测每组电池组上的所有单体的电压，监测到大于平均电压15mV的所有单体时，控制单体会自动放出电量，并会留15m...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄斌，包荣初，
申请(专利权)人：江苏瀚海芯云网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32