一种电池管理系统技术方案

本发明专利技术提供一种电池管理系统，所述电池管理系统包括电池监测与保护单元、充放电控制开关与驱动单元、被动均衡单元以及涓流充电单元。所述电池监测与保护单元通过电压采样线与电池组相连，通过电池状态参数实时检测与判断，输出电池保护信号，所述电池保护包括过充、过放与过流保护。所述充放电控制开关与驱动单元收到电池保护信号后及时关断电池组充放电，所述被动均衡单元通过电池均衡线与电池组相连，使得电池满足一定条件后进行独立放电。充电过程中，当因电池保护而断开充电控制开关时，所述涓流充电单元产生一个数值较小的充电电流，使得未充满电的电池可以继续小电流充电，已充满电的电池通过所述被动均衡单元旁路充电电流。充电电流。充电电流。

【技术实现步骤摘要】
一种电池管理系统


[0001]本专利技术涉及一种电池管理系统及充电均衡控制方法，具体地涉及，结合涓流充电与被动均衡技术实现电池长时段均衡，提高电池组循环寿命，并能有效控制成本，尤其适用于电动轻型车等成本敏感领域。

技术介绍

[0002]电池管理系统(BMS)通过监测电池的各种状态参数，确保电池各项参数处于安全范围以内，避免电池过充、过放或过热等安全风险。通常，串联电池组中各个电池的容量与内阻等参数会略有不同，或者因为自放电原因导致其荷电状态(SOC)存在差异。目前已有的大部分BMS方案，当电池组中某个电池放电耗尽时，整个电池组就要停止放电，尽管其它电池可能仍未完全放电；或电池组中某个电池充电充满时，整个电池组就要停止充电，尽管其它电池可能仍未完全充满。因此，存在明显的“木桶效应”，降低了电池组的实际可用容量。
[0003]为了降低电池不一致的影响，可以使用主动均衡或者被动均衡技术。主动均衡速度快、性能强，但是要使用大容量电容、电感或者变压器等功率器件，电路复杂，控制难度大，可靠性较差，而且成本高。被动均衡只需一个小型电子开关与负载电阻，电路简单，成本低廉，是当前大批量运用的主流均衡方式。由于散热限制，被动均衡电流小，均衡速度慢，需要较长时间。然而，目前大部分已有方案都无法满足上述条件。充电过程中，当某个电池电压达到均衡电压时开启该电池对应的被动均衡电路。当某个电池电压达到过充电压时，必须关断整个电池组充电过程(此时即使开启被动均衡也毫无意义，因为充电已停止)。对于充电速度较快或者电压曲线平坦的磷酸铁锂电池来说，电池由均衡电压到过充电压时间很短(有时只有几分钟)，从而导致被动均衡的时间非常短暂。另一方面，由于材料特性与工艺局限，磷酸铁锂电池一致性较差，自放电偏高，长期使用后电池之间压差大，显著降低电池组有效容量。因此，在保持被动均衡电路简单、技术可靠与成本优势的同时，急需进一步提升其使用效能。
[0004]一种已有硬件BMS方案，基本原理如图1所示。电池组每串电池使用一个单节保护IC实现该单体电池的过充、过放与过流保护，并且运用一个专门的单节均衡IC实现该单体电池的被动均衡控制。每串电池的过充、过放与过流保护信号通过三极管级联构成逻辑或门，输出至充放电控制开关的驱动电路。这个方案避免了共模高压问题，单节保护与均衡控制IC设计相对简单，已在消费电子领域长期大量运用，因此具有显著的成本优势。此外，该方案扩展便利，已有产品还能高串改低串，非常灵活。另一种已有BMS 方案，基本原理如图2所示。一个多串集成保护IC可以管理2
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20串电池，具有电池过充、过放、过流、过热与采样线掉线检测以及被动均衡控制等功能。该方案集成度高，省去了大量电阻、电容与三极管，但是扩展性较差，灵活性不足，电池组串数受限于共模高压问题。上述两个方案都没有克服被动均衡时间太短的缺陷，运用于快充或磷酸铁锂电池时均衡性能聊胜于无。
[0005]为了解决被动均衡时间太短的问题，专利CN216819469U提供了一种串联电池组涓流均衡装置，通过增加延时控制单元，由外部均衡管理器决定均衡时间。理论上，该方案可
以无限制均衡。其主要缺陷是外部均衡管理器实施难度大，成本高。对于磷酸铁锂电池来说，在电池平台电压范围内，无法通过电压来简单识别电量，进而计算出具体均衡时间。在何时开始均衡，需要均衡多长时间只能依靠电流积分与容量估算间接计算SOC，这往往超出了消费电子与两轮电动车等运用领域的价格承受范围。
[0006]与上述已有技术方案相比，本专利技术主要具有以下三个优势。首先，被动均衡时间长，均衡性能强。只要充电器相连并有输出电压，即可持续进行均衡充电(BMS充电控制开关断开后也不受影响)。对于老旧电池维护，可持续多日进行均衡充电，累积后能克服电池数十AH的电量差异。其次，电路简洁，有利于控制成本。涓流充电单元可用常见的二极管实现，被动均衡控制与过充保护信号复用，省去了专用的均衡控制IC。因此本专利技术不仅不用增加额外成本，而且可以降低总体费用。最后，结合充电涓流与被动均衡的设计思路，适用范围广，可扩展空间大。不仅适用于由单节保护IC级联或多串集成保护IC构成的硬件BMS 方案，亦可拓展至软件智能BMS，甚至电动汽车等复杂BMS。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种电池管理系统，所述电池管理系统包括电池监测与保护单元、充放电控制开关与驱动单元、被动均衡单元以及涓流充电单元。所述电池监测与保护单元通过电压采样线与电池组相连，通过电池状态参数实时检测与判断，输出电池保护信号，所述电池保护包括过充、过放与过流保护。所述充放电控制开关与驱动单元收到电池保护信号后及时关断电池组充放电，所述被动均衡单元通过电池均衡线与电池组相连，使得电池满足一定条件后进行独立放电。充电过程中，当因电池保护而断开充电控制开关时，所述涓流充电单元产生一个数值较小的充电电流，使得未充满电的电池可以继续小电流充电，已充满电的电池通过所述被动均衡单元旁路充电电流。
[0008]所述电池可以是锂离子电池、钠离子电池、固态电池、锂金属电池、镍氢电池与镍镉电池等各类可充电蓄电池。
[0009]所述充放电控制开关可以使用继电器、三极管、MOSFET与IGBT等开关装置，为了满足电流、电压参数或者可靠性要求，可进一步采用多个开关器件串联或者并联实施。
[0010]在一个优选实施方案中，所述涓流充电单元包括一个可控开关SW2和与之串联的涓流电路，当电池需要进行涓流充电时，使得开关SW2导通，反之则关断。
[0011]所述可控开关SW2可以使用三极管、小功率MOSFET或者IGBT等器件，并受电池管理系统控制，所述涓流电路可以在较大电压范围内产生跟被动均衡电流相匹配的毫安或安培级电流。
[0012]在一个优选实施方案中，所述涓流充电单元包括一个二极管D1和与之串联的电阻RL，所述二极管D1 的负极与充电器负极接口相连。
[0013]所述二极管D1可使用通用二极管，用以避免放电控制开关断开时开启涓流电路。所述电阻RL需要选择阻值合适的功率电阻。
[0014]在一个优选实施方案中，所述涓流充电单元包括一个二极管D1和与之串联的恒流源，所述二极管D1 的负极与充电器负极接口相连。
[0015]所述恒流源可以使用一个恒流二极管或者恒流三极管，也可运用多个恒流二极管或者恒流三极管进行串并联实现扩流或增压。
[0016]在一个优选实施方案中，所述充放电控制开关采用继电器，所述涓流充电单元与所述继电器并联。
[0017]当所述充放电控制开关包括主正、主负两个继电器时，所述涓流充电单元只需与其中一个继电器并联即可。
[0018]在一个优选实施方案中，所述电池监测与保护单元包括级联单节保护IC，电池过充保护与被动均衡开启由所述单节保护IC的同一个输出信号控制。
[0019]在一个优选实施方案中，所述充放电控制开关包括两个串联的N型MOSFET，采用充放电同口接法。所述涓流充电单元一端与充电器负极接口相连，另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括电池监测与保护单元、充放电控制开关与驱动单元、被动均衡单元以及涓流充电单元；所述电池监测与保护单元通过电压采样线与电池组相连，通过电池状态参数实时检测与判断，输出电池保护信号，所述电池保护包括过充、过放与过流保护，所述充放电控制开关与驱动单元收到电池保护信号后及时关断电池组充放电；所述被动均衡单元通过电池均衡线与电池组相连，使得电池满足一定条件后进行独立放电；充电过程中，当因电池保护而断开充电控制开关时，所述涓流充电单元产生一个数值较小的充电电流，使得未充满电的电池可以继续小电流充电，已充满电的电池通过所述被动均衡单元旁路充电电流。2.根据权利要求1所述的一种电池管理系统，其特征在于，所述涓流充电单元包括一个可控开关SW2和与之串联的涓流电路；当电池需要进行涓流充电时，使得开关SW2导通，反之则关断。3.根据权利要求1所述的一种电池管理系统，其特征在于，所述涓流充电单元包括一个二极管D1和与之串联的电阻RL，所述二极管D1的负极与充电器负极接口相连。4.根据权利要求1所述的一种电池管理系统，其特征在于，所述涓流充电单元包括一个二极管D1...

【专利技术属性】
技术研发人员：何亮明，
申请(专利权)人：嘉兴永续新能源有限公司，
类型：新型
国别省市：