电池组智能管理电路及电池组智能管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电池组智能管理电路及电池组智能管理电路系统。该电池组智能管理电路包括串联设置的两个以上电池单元，每一电池单元的一极依次经串联设置的一第三开关和一第一开关与一降压稳压电路的一个输出端口及一冗余电池单元的一极电连接，另一极经一第二开关与所述降压稳压电路的另一个输出端口及所述冗余电池单元的另一极电连接。该电池组智能管理电路系统包括前述电池组智能管理电路。进一步的，所述第一开关、第二开关和第三开关均采用可控开关，并由一控制单元控制。本发明专利技术能实现电池组的有效管理，特别是能实现平滑的切换均衡和高效的浮充均衡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池组管理系统(BMS)，特别涉及一种电池组智能管理电路及电池组智能管理系统。
技术介绍
为了给设备提供足够的电压，电池组通常由多个电池串联而成，但是如果电池之间的容量失配便会影响整个电池组的容量。当电池组中的电池不均衡时，它的可用容量将 减少，串联电池组中容量最低的电池将决定电池组的总容量。在不均衡电池组中，一个或几个电池会在其它电池尚需充电时便已达到最大容量。而在放电时，未完全充电的电池又会比其它电池先放完电，使电池组因电压不足而提前停止供电。所以目前的电池组普遍需要采用电池均衡技术，其目的在于 其一、充电均衡。在充电过程中后期，部分电池的容量很高，其单体电压已经超过设定上限(一般要比充电截止电压小)时，BMS控制均衡电路开始工作，控制这些容量满的电池少充、不充甚至是转移能量，以使容量小的电池继续充电，并且使容量已满的电池不损坏。其二、放电均衡。在电池组输出功率时，通过补充电能限制容量低的电池放电，使得其单体电压不低于预设下限(一般要比放电终止电压高一点)。前述充电截止电压和放电终止电压均与电池的自身特性(如温度、充放电流等)直接相关，因此，前述预设上、下限的值亦主要由电池的自身特性而决定。显然，充电均衡仅仅保证了电池在充电中，容量最小的电池不过充，在放电过程中，它能释放的能量也是最小的，因此这些电池过度放电的可能性很大。如果BMS控制不好的情况下，这些容量小的电池已经处于深度放电条件下，电池组的整体仍蕴含较高的能量(表现在电池组电压较高)。因此，一般需将充电均衡与放电均衡一起使用。其三、动态均衡。电池组工作在浮充状态(idle)，可通过能量转换的方法实现组中单体电池电压的平衡，实时保持相近的荷电程度。事实上，目前关于idle状态的转化可能引起额外的能量消耗，因此需要谨慎评估，不能把电池组内各单体电池的能量随意转进转出，以致将电能全部转变为热量而消耗殆尽。传统的电池均衡方法主要有断流(disconnection circuit)型、分流(Shuntingmethod)及能耗型(Dissipative Method)以及主动均衡型等模式。而近来又出现了一种最新的电池管理技术，其表面上是断流型模式的一种改进，但实际上由于使用了变电压充电和冗余电池切换的技术，因此可称之为“切换均衡型”模式，其性能优于上述各种均衡方法。参阅图I所示系该技术的电路原理图，其要点在于将电池组设计为由N个电池组成，假设单个电池的额定放电电压和额定充电电压分别为ε '和ε，电池组对外供电的额定电压为K ε、Ν>Κ，N为不小于2的正整数，则 若考察第i个电池(i为I N之中的任一正整数)当开关Siil闭合同时Si,2打开时，电池i接入电路回路；当开关Siil打开同时Si,2闭合时，电池i旁出电路回路。所以通过调整开关Siil和Si,2的通断状态，就可以控制第i个电池接入或者旁出充电回路。如果M〈N个电池被接入充电电路，那么此时蓄电池组的额定充电电压就降低为M ε。该方法的工作方式为，在实时监测每一个电池的电压和电流的同时 (O充电均衡起始时，K个电池接入，余电池旁路(为方便表述起始旁路电池块称作冗余电池块)，降压稳压电路输出为Vratput=K ε对电池组进行充电；当有电池充满时，将该电池旁路，然后将一块冗余电池切换接入充电电路，Voutput不变，继续充电；当有电池充满，同时冗余电池也都已充满时，将该电池旁路，Vratput降低ε，继续充电；直至所有电池充满。(2)放电均衡起始，调整开关Su和Si,2的通断状态使得蓄电池组内只有K个电池接入放电回路,其余电池旁出放电回路；实时监测每个电池的电压，电流,计算出每个电池的电量，每隔一定时间比较一次，将电量最小的N-K快电池旁路，余接入放电电路；直到有电池剩余电量达到防过放门限，需电池组停止工作。 (3)浮充均衡不能有效提供浮充均衡。综述之，尽管该切换均衡方法具有如下优点能尽可能的给蓄电池充入多的电量，也能够尽可能多的放出所存储的电量，同时由于不属于能耗型均衡，也没有电池之间的能量转移所带来的能耗，所以能源的利用效率很高；但也存在如下不足(1)放电工作状态下，电池的切换会导致电池组瞬间断路，频繁的断路和接通所造成的冲击有可能损坏用电设备；(2)不能实现浮充均衡。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种电池组智能管理电路及电池组智能管理系统，其能实现平滑的切换均衡和高效的浮充均衡，从而克服了现有技术中的不足。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案 一种电池组智能管理电路，包括串联设置的两个以上电池单元，其中，每一电池单元的一极依次经串联设置的一第三开关和一第一开关与一降压稳压电路的一个输出端口及一冗余电池单元的一极电连接，另一极经一第二开关与所述降压稳压电路的另一个输出端口及所述冗余电池单元的另一极电连接。进一步的，该两个以上电池单元中的第一个电池单元的一极经一第三开关与负载的一端电连接，最后一个电池单元的另一极与所述负载的另一端电连接，而除该第一个电池单元的一极及最后一个电池单元的另一极之外，每一电池单元的一极均经一第三开关与位于该电池单元之前的另一个电池单元的另一极电连接。作为优选的实施方案之一，所述第一开关、第二开关和第三开关均采用可控开关，所述可控开关至少选自场效应晶体管和继电器中的任意一种。其中，所述场效应晶体管包括MOSFET场效应晶体管； 所述继电器至少选自固态继电器、接触式继电器和光耦继电器中的任意一种。作为优选的实施方案之一，所述电池组智能管理电路还与至少用以控制前述第一开关、第二开关和第三开关的控制单元连接。作为优选的实施方案之一，设所述电池组智能管理电路包含由N个电池单元串联构成的电池组，N为大于或等于2的正整数，并设每一电池单元的额定充电电压为ε，则所述电池组智能管理电路至少具有如下工作模式 (O切换模式将所有第一开关与第二开关均打开，对于第i个电池单元，i为I N中的任一正整数，首先切断所述电池组智能管理电路与降压稳压电路的连接，而将冗余电池接入所述电池组智能管理电路，其次闭合与该第i个电池单元配合的第一开关和第二开关，再打开与该第i个电池单元配合的第三个开关，实现将该第i个电池单元旁路； (2)选择性充电模式 a.选定所述电池组中连续m个电量不满的电池单元形成电池串，并使降压稳压电路输出的充电电压等于me，且至少将与所述电池串中的m个电池单元配合的第三开关均闭合，而将除了与所述电池串中的第一个电池单元配合的第一开关和与所述电池串的最后一个电池单元配合的第二开关之外的所有第一开关和第二开关均打开，使所述电池串中的所有电池单元都处于充电状态，其中I < m <N，m为正整数；当所有第三开关均闭合，同时电池组外接负载时，则系统处于浮充状态。b.对于冗余电池首先使所有第一开关和第二开关均打开，其次使降压稳压电路输出的充电电压等于ε，然后将冗余电池接入所述电池组智能管理电路，实现对冗余电池 的充电； (3)均衡管理模式 I、充电均衡模式，包括 ①切断所述电池组智能管理电路与冗余电池的连接，并将除了与第一个电池单元配合的第一开关和与第N个电池单元配合的第二开关之外的所有第一开关和第二开关均打开，以及，将所有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池组智能管理电路，包括串联设置的两个以上电池单元，其特征在于，每一电池单元的一极依次经串联设置的一第三开关和一第一开关与一降压稳压电路的一个输出端口及一冗余电池单元的一极电连接，另一极经一第二开关与所述降压稳压电路的另一个输出端口及所述冗余电池单元的另一极电连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何磊，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：