一种锂电池均压控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种锂电池均压控制系统，包括电池组、均压电路、控制单元、信号采集模块和电源模块，所述电池组包括(N+1)块单体电池，所述均压电路包括与所述电池组连接的多个开关单元，所述电池组中的一单体电池为均衡电池；所述控制单元接收信号采集模块的信号，向均压电路发送指令，控制所述均压电路中多个开关单元开或闭，实现单体电池之间连接电路的通断。并且，通过任意单体电池的串联对电池组充电，使每块单体电池达到充电截止电压。在均衡过程中，由任意单体电池交替串联放电，提高了能量的利用率，并减少了电子元器件的使用和与外界电路的连接，电路简单，降低了成本，提高了系统的可靠性和安全性。

A voltage sharing control system for lithium battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池均压控制系统
本技术涉及电池管理系统(BatteryManagementSystem,BMS)
，具体来说涉及一种锂电池均压控制系统。
技术介绍
随着社会的发展，环境污染和能源消耗问题已进引起人们的重视，电动汽车以使用电能和零排放的优点得到各大汽车企业的关注。锂电池因为比能量大、无记忆效应、循环寿命长等优点成为电动汽车动力电池的首选。但是，由于锂电池生产加工工艺的制约，单体锂电池之间存在电压、电阻和容量等的差异。在锂电池的使用过程中，这种差异会进一步扩大，造成电池充放电电量的差异，影响电动汽车的行驶里程。为了解决上述问题，除改进生产工艺外，另外就是研究电池组的均衡方式，来改善电池组的不一致性。目前常用的均衡方式分为主动均衡和被动均衡。然而，这两种均衡方式均存在以下技术问题：主动均衡，即能量转移式均衡：如图1所示，显示了一种能量转移式均压电路示意图，所述均压电路在每一块单体电池并联一个电感，通过MOS(Metal-oxidesemiconductor)管的通断将此电感并联到一块单体电池上，也可以并联到与其相邻的另外一块单体电池上。其中，相邻两个MOS管不可同时导通。当任一块单体电池电压过高，首先将此单体电池与电感并联，对电感放电使其电压下降。然后将电感和相邻单体电池并联，由于电感的电磁效应，电感对其充电，实现能量的转移。由此可知，能量转移式均衡既是实现相邻单体电池之间的能量转移，当串联单体电池数量过多时，所需电子元器件过多，均衡效率低，其控制难度加大，故障率增大。被动均衡，即能量消耗式均衡：如图2所示，显示了一种能量消耗式均压电路示意图，所说均压电路在每一块单体电池上并联一个电阻，通过MOS管控制并联电路的通断。在放电过程中，当任意一块单体电池的电压过高时，导通与其并联的MOS管，电阻并联接在电池上，通过电阻产热耗能达到降低电池电压的目的。在充电过程中，当任意一块单体电池的电压过高时，导通与其并联的MOS管，电阻并联接在电池上，充电电流通过电阻分流，使电压高的电池充电电流减小，电压低的电池充电电流大，通过这种方式实现单体电池之间的均衡。由此可知，能量消耗式均衡是通过热量的形式将能量消耗掉，不仅会有能量的损失，还会导致发热量过大，造成电池使用的不安全性。综上，现有的电池管理系统的均衡方式还有进一步改进的空间。
技术实现思路
鉴于上述情况，本技术提供一种锂电池均压控制系统及控制方法。在电池组放电过程中，通过其中的均衡电池替换电压最低单体电池组成新的串联电池组放电，实现单体电池电压的均衡。在充电过程中，实现每块单体电池电压达到充电截止电压，改进了电压均衡过程中能量损耗、均衡效率低和可靠性差的不足。为实现上述目的，本技术提供一种锂电池均压控制系统，包括电池组、均压电路、控制单元、信号采集模块、和电源模块，所述电池组包括(N+1)块单体电池，所述均压电路包括与所述电池组连接的多个开关单元，所述控制单元与信号采集模块、电源模块和均压电路连接；所述电池组中的一单体电池为均衡电池；所述控制单元接收信号采集模块的信号，向均压电路发送指令，控制所述均压电路中多个开关单元开或闭，实现单体电池之间连接电路的通断；其中，N为自然数，N≥2。优选地，所述信号采集模块将采集的单体电池电压信号发送给控制单元，控制单元处理得出最低电压值的单体电池，判定与其他单体电压的电压差是否达到阈值，向均压电路发送信号。优选地，电路检测单元还检测单体电池的温度，判定温度是否达到阈值，通过信号采集模块向控制单元发送信号。优选地，所述开关单元包括MOS管开关，控制单元通过控制MOS管开关通断来控制电池组中任意单体电池之间组成串联电池组，以及所述串联电池组的充放电。优选地，所述控制单元为微控制单元(MicrocontrollerUnit；MCU)。优选地，控制单元控制开关单元开闭，将均衡电池替换最低电压的单体电池，与其他单体电池串联进行放电。优选地，在电池组放电过程中，对于被替换的单体电池，保存断开时的所述最低电压值，忽略断开后的电压值，直至所述被替换的单体电池再次接入电路进行放电。优选地，控制单元可通过控制开关单元开闭，实现电池组中至少2块单体电池串联。优选地，锂电池均压控制系统在电池组放电过程中，若N块电池串联电压值不能满足放电要求时，控制单元控制均衡电池与N块电池串联进行紧急供电。优选地，锂电池均压控制系统在充电过程中，对所有单体电池进行串联充电，当任一单体电池电压达到充电截止电压时，控制单元控制断开该单体电池，停止对其充电，并控制对其余电池继续串联进行充电，直至(N+1)块单体电池电压全部达到充电截止电压。优选地，在电池组充电过程中，根据所述单体电池电压值达到充电截止电压的电池数量增多，控制单元控制其余串联电池组的充电电压降低。本技术实现放电过程中单体电池电压的均衡和充电过程中每块单体电池达到充满的状态。在电池组放电过程中：当任一单体电池电压值低于第一阈值时，断开此单体电池的开关，停止其放电；当任一单体电池电压值低于第一阈值且其余单体电池与均衡单体电池组成新的串联组的电压低于第二阈值，断开总开关，电池组停止放电；当所有单体电池电压值高于第一阈值低于第三阈值时，闭合(N+1)块单体电池串联开关，使整个电池组(N+1)块单体电池串联共同放电，并发出警报；当不满足以上条件且任意两块单体电池电压差值高于第四阈值时，断开电压最低的单体电池开关，闭合均衡电池开关，用均衡电池代替电压最低的单体电池与其它单体电池串联放电。在电池组充电过程中：当任意单体电池电压值高于第五阈值时，断开此单体电池开关，停止对其充电；同时自动跳转至其余电池继续串联充电，直至(N+1)块单体电池电压全部达到充电截止电压。所述第一阈值为放电截止电压，第二阈值为正常供电电压，第三阈值为警报电压，第四阈值为电压差阈值，第五阈值为充电截止电压。优选地，在电池组充电过程中：所述单体电池电压值高于第五阈值的电池数量增多的过程中，其余串联电池组的充电电压也随之而改变。本技术提供的锂电池均压控制系统，信号采集模块实时采集电池组和单体电池的电压信号并传输到控制单元；然后，控制单元对接收到的电压信号处理并与触发电压阈值比较；最后，控制单元向均压电路发送信号，控制所述均压电路中的MOS管开关通断，实现锂电池均压控制系统的均衡功能。相比现有技术，本技术具有以下优点：(1)本技术通过在电池组内加一块均衡单体电池，使其在其他单体电池电压较低的情况下，交替串联其他单体电池进行放电，达到单体电池均压的效果没有其他外界能量的损耗，提高了能量的利用率。(2)本技术仅通过控制MOS管开关的通断，实现单体电池均压和充满电的效果，减少了电子元器件的使用，提高了可靠性。(3)本技术在放电过程中，特别是N块供电电池电压较低时，启动均衡电池与其余电池进行串联放电，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池均压控制系统，包括电池组、均压电路、控制单元、信号采集模块和电源模块，其特征在于：所述电池组包括N+1块单体电池，所述均压电路包括与所述电池组连接的多个开关单元，所述控制单元与信号采集模块、电源模块和均压电路连接；/n所述电池组中的一单体电池为均衡电池；所述控制单元接收信号采集模块的信号，向均压电路发送指令，控制所述均压电路中多个开关单元开或闭，实现单体电池之间连接电路的通断；/n其中，N为自然数，N≥2。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂电池均压控制系统，包括电池组、均压电路、控制单元、信号采集模块和电源模块，其特征在于：所述电池组包括N+1块单体电池，所述均压电路包括与所述电池组连接的多个开关单元，所述控制单元与信号采集模块、电源模块和均压电路连接；
所述电池组中的一单体电池为均衡电池；所述控制单元接收信号采集模块的信号，向均压电路发送指令，控制所述均压电路中多个开关单元开或闭，实现单体电池之间连接电路的通断；
其中，N为自然数，N≥2。


2.根据权利要求1所述的锂电池均压控制系统，其特征在于：
所述信号采集模块将采集的单体电池电压信号发送给控制单元，控制单元处理得出最低电压值的单体电池，判定与其他单体电压的电压差是否达到阈值，向均压电路发送信号。


3.根据权利要求1所述的锂电池均压控制系统，其特征在于，所述开关单元包括MOS管开关。


4.根据权利要求1所述的锂电池均压控制系统，其特征在于，所述控制单元控制开关单元开或闭，将均衡电池替换最低电压的单体电池，与其他单体电池串联进行放电。


5.根据权利要求4所述的锂电池均压控制系统，其特征在于，在电池组放电过程中，对于被替换的单体电池，保存断开时的所述最低电压值，忽略断开后的电压值，直至所述被替换的单体电池再次接入电路进行放电。


6.根据权利要求1所述的锂电池均压控制系统，其特征在于，控制单元可通过控制开关单元开闭，实现电池组中至少2块单体电池串联。


7.根据权利要求6所述的锂电池均压控...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传伟，夏占，高怀斌，文建平，陈尚瑞，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61