一种电池管理系统的动态均衡充放电实现方法技术方案

本发明专利技术提出一种电池管理系统的动态均衡充放电实现方法，属于汽车动力电池管理系统领域。在总电池组使用的充电、放电全过程中对单体电池或电池分组进行均衡充放电，无需外接电源，通过实时检测总电池组电池分组电压并反馈至微控制器ＭＣＵ，由ＭＣＵ控制总电池组电压回馈到欠压电池分组进行智能均衡的电池管理系统，通过对总电池组各单体电池或电池分组进行实时的能量分配，改善电池组的一致性，延长电池组的使用寿命，改变当前电池管理系统ＢＭＳ只对电池组进行检测和报警而并不对电池组中出现的不一致性进行实时改善操作的现状。适用于所有类型动力电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到汽车动力电池管理系统领域，具体涉及到一种动态均衡充放电的实 现方法。
技术介绍
由于化石能源的不可再生及环境污染，绿色新能源得到越来越多的大力推广。汽 车需要消耗大量的石油，正在面临着向绿色高效方面的发展的趋势，纯电动汽车和混合动 力汽车是目前阶段最有效的解决方案。纯电动汽车和混合动力汽车的主要难点及成本之一 是在动力电池系统上，电池的高效和安全耐用性是一个重要的考量因素。长期以来，电动车辆所配置的动力电池缺乏必要的管理，处于自由工作状况中，时 常处于过度充放电状态中。一组动力电池中往往某一单体动力电池的状况恶化，影响同组 其他动力电池的工作状况，由于动力电池组的串联作用，该单体动力电池将成为同组动力 电池中负荷最大的，从而加速该动力电池的恶化，最后致使整个动力电池组状态恶化，严重 影响使用寿命。单体动力电池出现早期性能恶化时，如果能及时检测到并加以充放电环节 的控制，会使其性能得到修复或减缓恶化的速度，延长整个动力电池组的寿命。电池管理系 统的主要作用就是监测电池组的工作状态和保障电池组工作的安全性和耐久性。目前国内的动力电池管理系统大多仅限于对动力电池组各节(组)电池进行实时 监控和报警，很多动力电池管理系统应用某一类型的动力电池时有效果，但却难以应用到 其它类型的动力电池上，鲜有采用充放电补偿和对电池剩余容量SOC精确估算的动力电池 管理系统成熟产品。比亚迪公司的动力电池管理系统(申请号=200310111783. 3)，功能全面，系统的 稳健性很好，各个模块可以进行独立的控制，其存在的问题是电路过于复杂，每个电池模块 对应着一个独立的控制电路，该电路有完整的保护电路，MCU控制器等，其成本会非常高，也 不适合进行小型化的集成，而且其并未提到关于均衡充放电的概念，只是对单个模块进行 控制，报警和隔离等，并不能动态改善电池的性能。奇瑞汽车的混合动力汽车电池故障管理系统及其管理方法(申请号 200910039962. 7)，其特点是和整车的控制相结合，突出对故障的报警和保护，也未见动态 均衡充放电功能。亿能电子的适合混合动力汽车的新型电池管理系统(申请号200910193839. 5) 的主要突出的功能是诊断和监测。万向电动汽车的一种电动汽车电池管理系统构成方法及其系统(申请号 200510050287. X)主要包含监控模块和均衡充电模块，然其均衡充电模块主要是在停车充 电时使用，并不能在汽车的使用中对电池进行动态均衡。综合对检索到的专利资料的查询，发现各种电池管理系统的主要问题在于缺乏合 理的主动均衡控制，对电池组所进行的主要是检测和报警，并不能改善电池组电池模块之 间一致性的破坏或恶化，对电池组的使用寿命并无实质性的延长或改善。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过实时检测总电池组电池分组电压并反馈至微控制 器MCU，由MCU控制总电池组电压回馈到欠压电池分组进行智能均衡的电池管理系统，通过 对总电池组各单体电池或电池分组进行实时的能量分配，改善电池组的一致性，延长电池 组的使用寿命，改变当前电池管理系统BMS只对电池组进行检测和报警而并不对电池组中 出现的不一致性进行实时改善操作的现状。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种动力电池管理系统，它主要包括微控制器MCU，均衡充电电源，均衡充放电电 子开关组件，电压检测电路模块。微控制器MCU根据电压检测电路模块检测到的电池分组电压值，通过预设的算法 确定均衡电路是否需要工作，以及需均衡充电的欠压电池分组，并发送指令选通对应均衡 充放电电子开关组件、开启均衡充电电源；MCU可通过控制均衡充电电源的输出电压设定 均衡电流大小。均衡充电电源输入电源直接来自于总电池组，不需要外加均衡电源来提供能量。 总电池组经过均衡充电电源降压隔离后提供均衡电路用于均衡充电，总电池组对所适配的 车辆处于放电和充电状态时，均衡充电电源都可以对任一电池分组进行均衡充放电补偿， 该电源由MCU控制，可依据需要调节均衡电流。输出端有电流检测单元与MCU连接，用于 MCU调节电流的参考。均衡充放电电子开关组件a. MCU对电池分组均衡充放电补偿的选通方式为分时分组选通，MCU选通一个电 池分组支路，同时打开该支路的高位(正极)和低位(负极)开关，对该电池分组进行均衡 充电。b.均衡充放电电子开关组件与每个电池分组分别用一个高位(k+，正极)开关和 一个低位开关(k_，负极)连接，每一对高低位开关组成一个支路，所有电池分组电子开关 的高位与DC-DC充电电源的正极相连，而电子开关的低位与DC-DC充电电源的负极相连，形 成一个电子开关的均衡充放电路网络；C.受微控制器MCU控制，某组电子开关组件选通则可由均衡充电电源对该电池分 组进行均衡充放电补偿，其余的电池分组由于有电子开关隔离而不受均衡电源的影响；电压检测电路模块检测每个电池分组的电压值，向微控制器MCU进行实时的反 馈，MCU通过算法计算电池分组的电量，以此作为MCU发出均衡操作指令的判断依据。对于总电池组电池数过多或分布式放置的电池组模块可以采用下述两种方式1.增加每个分组的电池数，更改MCU关于电压保护上下限值的参数；2.对于分布式，可以在每个电池组模块中设置一个均衡充放电路电子开关组件、 MCU、均衡充电电源及电压检测电路模块，各模块MCU通过CAN或LIN总线通信。本方案中均衡充电电量的计算均衡充电电源次级的电压与电池组地隔离没有共模电压影响，在开关选通后相当 于均衡电压地与被均衡电池的负极同电位，均衡电压高于被均衡电池电压即可产生均衡电 流，对该电池进行均衡；其它部分由于有开关断开的隔离不受均衡电路的影响。均衡电量的确定，附图2中，均衡充电电源DC-DC从总电池组取电流I，经过变压后 到次级 Io = I*5U/Uc，在节点 A 处，Io = I+Ic，即 Ic = Io-I = (5U/Uc_l) *1，均衡 t 时间 后被均衡电池分组电量的变化AQ = Ic*t，相对于其它电池分组的电量变化AQl = Io*t， 这样即可以达到对该电池分组电量的补充。从电流的流向可以看出均衡充放电是对电池 组进行实时的能量分配。结合附图2及上述分析可知，当动力电池组处于放电过程中，被选通的被补偿单 体电池或电池分组处于放电补偿的均衡状态，其输出的电流小于其它非补偿的电池分组; 当动力电池组处于充电过程中，被选通的被补偿单体电池或电池分组处于充电补偿的均衡 状态，其输入充电电流大于其它非补偿的电池分组。因此，实现了动态均衡充放电补偿。主要工作方式MCU根据电压检测电路的信息，确定需要进行均衡充电的电池分组，选通对应支 路，并通过调节均衡充电电源的输出电压的方式调整均衡充电电流的大小，根据电压检测 电路采集的电压数据判断均衡充电的执行时间，当达到预计效果时，关闭均衡充电电源电 源和支路的开关。本专利技术的优点是1、电路的能量转换效率高，主要的损耗是开关电源的转换率和控制开关器件开关 过程的微小能量损失上；2、电路的通用性强，对MCU的控制软件中关于电池组电压控制的变量参考值等进 行更改后可适应不同的动力电池类型；3、电路的扩展性强，对于电池分组数过多或分布式模块的电池组，可以增加每个 电池分组的电池数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池管理系统的动态均衡充放电实现方法，其特征在于：由微控制器ＭＣＵ电路，均衡充电电源，均衡充放电电子开关组件，电压检测电路模块组成，其实现执行如下步骤：ａ、微控制器ＭＣＵ根据电压检测电路模块检测到的电池分组电压值，确定需要进行均衡充放电补偿的电池分组，选通对应的均衡充放电电子开关组件；ｂ、被选通的电子开关组件将均衡充电电源接通到需要进行均衡充放电补偿的电池分组，由均衡充电电源对该电池分组进行充放电补偿；ｃ、ＭＣＵ实时监测被补偿电池分组的电量状态，据此调整均衡充电电源对被补偿电池分组的充电电流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张育华，孙金虎，曾洁，
申请(专利权)人：镇江恒驰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]