一种电池管理系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种电池管理系统，用于管理包含多个电池单元的电池组，该电池管理系统包括电子控制单元和均衡单元。电子控制单元可检测电池单元的状态并发出均衡指令，均衡单元用以在各个电池单元间均衡输出能量。其中均衡单元包括多个具有负阻特性的均衡元件，每一均衡元件通过开关一一对应地与一电池单元并联，开关的控制端连接到电子控制单元。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电池管理系统，尤其是涉及一种基于能量补偿均衡方式的电 池管理系统。
技术介绍
近年来，随着环保、低碳的理念深入人心，使用新能源来替代石油等传统化石能源 逐渐成为趋势。例如，风能、太阳能发电正在快速推广。而传统上消耗汽油的大户汽车正在 向混合动力、甚至纯电动方向发展。这些新的应用都需要一个容量足够的可充电电池来储 存电能和释放。大型可充电电池组是由多个电池单元串联组合而成的。当某种大型电池组，如钾 电池组，在充电和放电工作的时候，实时检测和控制不仅可以使电池组的状态更安全，使用 效率更高，也可以使电池组的工作寿命更长。尤其是，不同电池单元由于制作工艺的差异， 其电气性能发生差异是必然结果。这些差异在多个电池单元串联的应用场合会导致充放电 的不均衡，不仅降低了电池组的效率，而且大大缩短了电池组的寿命，严重的还会给电池组 带来安全隐患。因此一种能量均衡的电池管理系统是必须的。参照图1所示，典型的电池管理系统(BMS) 10由一个电子控制单元(EOT) 12和一 个均衡单元(EQU) 14组成，用来管理由多个电池单元20组成的电池组。其中E⑶12的任务主要由4个功能组成数据采集、数据处理、数据传送和系统控 制。ECU 12也控制均衡单元、充电电路等电池维护设备。EQU 14主要用来调节或均衡各电池单元20之间的电压和电量差异。参照图2所 示，大多数EQU 14是通过并联在各个电池单元20上的小型放电电阻，分流降压，把电池组 中各个电池单元的电压降到等同于电池组中电压最小电池单元的电压，来调节或均衡各电 池单元之间的电压和电量差异。进一步参照图2所示，假设串联电池组中最小电池电压为Vmin，图中电池单元20a 的电压为vn(显然Vn > Vfflin)。由于串联电路中流过各个电池单元的电流是相同的，要达到 电池单元间的均衡，各个电池单元在电池组中贡献的输出功率要相等，分流均衡法以最小 电池电压为参考点，则 可以看出，当ECU 12做出均衡判断后，会通过其控制模块在电路中导入分流电 阻，通过分流电阻Rn来消耗掉电池单元20a不均衡带来的多出来的能量，来达到整个电池 组中电池单元间的均衡。不过这种均衡方式在大功率电池组均衡过程中，存在许多问题，首先，在电池单元 之间差异性较大的时候，分流电阻不能在瞬间完成能量的释放，将会导致电池单元间的反 充现象。其次，电阻产生的热量会影响电池组的工作环境，对某些大型电池组，如锂电池组， 这种差异性会引起安全隐患，再次，分流电阻消耗了大量的能量，造成了浪费。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种电池管理系统，其通过负阻增流均衡 方式来实现电池均衡，从而解决分流均衡中引起的电池单元间的反充现象，热量不均衡现 象和均衡能量浪费现象。本技术提出一种电池管理系统，用于管理包含多个电池单元的电池组，该电 池管理系统包括电子控制单元和均衡单元，其中均衡单元包括多个具有负阻特性的均衡元 件，每一均衡元件通过开关一一对应地与一电池单元并联，开关的控制端连接到电子控制 单元。在上述的电池管理系统中，电子控制单元包括检测芯片以及中央处理器。检测芯 片连接电池单元以检测电池单元的电压和电流的组合，或者检测电压、电流和温度的组合。 中央处理器连接检测芯片和每一开关，并且根据电压和电流确定对应电池单元是否需要均 衡，从而控制每一开关的状态。在上述的电池管理系统中，均衡元件可为电感，且均衡单元还包括与电感耦合的 外部能量线圈。在上述的电池管理系统中，电池组两端通过直_交流变换器连接到外部能量线圈 的能量输入端。在上述的电池管理系统中，外部能量线圈的两能量输入端连接到一外部能量源。本技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，通过负阻效应的增流 均衡方式，解决了分流均衡中引起的电池单元间的反充现象、热量不均衡现象和均衡能量 浪费现象。附图说明为让本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用 新型的具体实施方式作详细说明，其中图1示出一种现有的电池管理系统结构框图。图2示出图1所示电池管理系统的均衡控制原理。图3示出本技术一实施例的均衡控制原理。图4示出本技术一实施例的能量均衡元件。图5示出本技术一实施例的电池管理系统。图6示出本技术另一实施例的电池管理系统。图7示出本技术一实施例的电池管理系统工作流程。具体实施方式概括地说，本技术是基于一种新能量均衡方式负阻增流均衡。比较图2和图 3可知，在传统的电阻分流均衡法中，是在每一电池单元上并联分流电阻，是通过分流电阻 消耗掉电池单元的一部分能量，使其达到同电池组中能量较低的电池单元的能量一致性； 与这种使用电阻分流均衡的方式相反，本技术，是通过负阻给电路中增加一部分能量 来补偿电池单元的能量缺失，使其达到同电池组中能量较高的电池单元的能量一致性。负阻特性表现为可以对外提供能量，因此本技术的实施例中，使用具有负阻 特性的均衡元件。具有负阻特性的材料、器件和电路有很多种，比如电压源、电流源、某些反 馈电路、某些电容电路、某些电感电路等等。在本技术的一实施例中，利用电感放电过程中的负阻特性给出实施示例。如 图4所示，串联电池组中最大电池电压为Vmax，图中电池单元电压为\。由于串联电路中流 过各个电池单元的电流是相同的，要达到电池单元间的均衡，各个电池的在电池组中贡献 的输出功率要相等，增流均衡法以最大电池电压为参考点，则P = IVmm = Z1Vn + I2Vn 二 Ι、ν + COLJ21(2)据此构建的电池管理系统(BMS)的一个实施例包括电子控制单元(EOT)和均衡单 元(EQU)。一般地说，电子控制单元可检测电池单元的状态并判断是否发出均衡指令，均衡 单元用以在各个电池单元间均衡输出能量。当ECU做出均衡判断，例如判断某一或某些电 池单元的荷电能量低于其它电池单元时，会通过其控制模块在电路中导入增流电感Ln，例 如通过闭合开关K，使增流电感Ln并联到电路中。通过增流电感Ln将外部能量线圈L。ut带 来均衡所需要的能量引入电池组中，使得需要补充能量的电池单元，只要输出部分能量，而 其它能量由增流电感从电池单元外部获得。通过这种方式达到的电池均衡，可以实现实时 均衡，而电池组能量也不会受到损耗，也不会产生电池单元间的反充现象，是一种适合大功 率电池组的均衡模式。外部能量线圈L。ut所带来的能量可以是来自电池组，也可以是来自电池组之外的 能量，根据能量输入来源的区别，BMS可以分为自均衡BMS和外部均衡BMS两种。下面分别 结合附图加以描述。参照图5所示，电池管理系统(BMS) 100的一个实施例包括电子控制单元(EOT) 120 和均衡单元(EQU) 140。EQU 140主要包含实现均衡的元件，如外部能量线圈L。ut，以及多个 增流电感，每一增流电感通过可控的开关与每一电池单元200 —一对应地并联。图5示出 一个增流电感1^通过开关K并联到电池单元200a的示例。E⑶120则是包括一个中央处 理器(CPU) 122和检测芯片(IC)124。检测芯片124与各电池单元、开关以及增流电感等元 件相连，用以采集电池单元及有关元件的信息，包括电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池管理系统，用于管理包含多个电池单元的电池组，所述电池管理系统包括电子控制单元和均衡单元，其特征在于：　　所述均衡单元包括多个具有负阻特性的均衡元件，每一均衡元件通过开关一一对应地与一电池单元并联，其中所述开关的控制端连接到所述电子控制单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍云，
申请(专利权)人：鲍云，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]