一種電池充放電管理系統的制作方法

本發明涉及電池管理領域，特別是涉及一種電池充放電管理系統。

背景技術：

目前，影響電動車輛或混合動力車輛推廣應用的主要因素包括動力電池的安全性和使用成本問題，延長電池的使用壽命是降低使用成本的有效途徑之一。影響電池使用壽命的重要因素之一是電池包內單體電池充放電的不一致性。單體電池充放電不一致的原因是：電池包內各單體電池的溫度、通風條件、自放電程度、電解液密度等存在差異，在一定程度上影響了單體電池的電壓、內阻及容量等參數的不一致，導致不同單體電池之間的充放電不一致。然而，單體電池在組成電池包后，電池包的壽命遠遠低于單體電池的壽命。其原因是：在向電池充電時，容量最小的單體電池容易過充，在電池進行放電時，容量最小的單體電池容易過放，使得容量最小的電池受損，導致其容量變得更小，進而使得電池包內的單體電池進入惡性循環，最終影響電池包壽命。因此，電池包的使用壽命取決于容量最小的單體電池的壽命。

為了均衡各單體電池的容量，現有技術中存在被動均衡和主動均衡兩種方式。被動均衡是在每一單體電池并聯一電阻進行分流，將容量多的電池中多余的能量消耗掉。如此，一方面，該種被動均衡方案存在效率低、功耗高、均衡電流小等缺陷，無法徹底解決各單體電池的一致性差的問題，從而導致單體電池的使用壽命縮短，以致加速縮短動力電池包的使用壽命。另一方面，均衡電路是通過電池的充放電使得電池的能量發生轉移，因此，在充放電的過程中，容易引起充放電路發生過電流或短路的現象，從而使得所述電池損壞減小電池包的使用壽命，甚至引發安全隱患。

技術實現要素：

本發明的一個目的是要提供一種電池充放電管理系統，以解決各單體電池一致性差而導致電池包的使用壽命縮短的問題。

本發明一個進一步的目的是要對電池的過電流或短路現象進行保護。

特別地，本發明提供了一種電池充放電管理系統，用于對混合動力車輛或電動車輛的多個單體電池進行充放電管理，所述多個單體電池以串聯的方式連接，所述系統包括：

電壓檢測模塊，用于檢測所述多個單體電池的電壓值；

多個均衡模塊，其分別與所述多個單體電池以并聯的方式連接，用于在相鄰兩個所述單體電池的電壓值不一致時，將所述電壓值較高的單體電池主動向所述電壓值較低的單體電池轉移電量，以使得相鄰兩個所述單體電池的電壓值基本上保持一致；和

與所述單體電池串聯連接的電路保護模塊，用于在任一單體電池發生短路或過電流的情況下，切斷所述多個單體電池之間的電路連接。

進一步地，所述均衡模塊包括：

開關；

二極管；和

儲能元件，其一端與所述電池的正極或負極相連，另一端與所述開關和所述二極管相連；

其中，在所述開關處于閉合狀態時，所述單體電池、開關和儲能元件構成第一回路，所述單體電池通過所述第一回路對所述儲能元件進行充電，以在所述儲能元件中存儲能量；在所述開關處于打開狀態時，所述儲能元件的能量通過所述二極管流向其他單體電池中。

進一步地，所述均衡模塊包括：

開關；

三極管；和

儲能元件，其一端與所述電池的正極或負極相連，另一端與所述開關和所述二極管相連；

其中，在所述開關處于閉合狀態時，所述單體電池、開關和儲能元件構成第一回路，所述單體電池通過所述第一回路對所述儲能元件進行充電，以在所述儲能元件中存儲能量；在所述開關處于打開狀態時，所述儲能元件的能量通過所述三極管流向其他單體電池中。

進一步地，所述儲能元件為電容或電感。

進一步地，所述電路保護模塊與任一所述單體電池串聯，所述電路保護模塊由保護芯片和與所述保護芯片連接的開關管組成，通過所述保護芯片和所述開關管對由所述多個單體電池串聯而成的充放電電路出現的短路或過電流進行保護；

其中，所述開關管為MOS管、三極管、光電耦合器、繼電器或二極管。

進一步地，所述電路保護模塊設置在相鄰兩個所述單體電池之間，以對任一與其相鄰的所述單體電池的過電流或短路進行保護。

進一步地，所述電路保護模塊由開關管構成，與任一所述單體電池串聯或設置在相鄰兩個所述單體電池之間，以在任一單體電池發生短路或過電流的情況下，切斷所述多個單體電池之間的電路連接；

其中，所述開關管為MOS管。

進一步地，所述管理系統包括控制器，所述均衡模塊與所述控制器相連，所述控制器能夠控制所述電壓檢測模塊對所述單體電池的電壓進行檢測，同時所述控制器根據所述電壓檢測模塊檢測的結果控制所述均衡模塊開啟或斷開。

進一步地，所述控制器具有PWM控制器，其輸出的PWM波形信號能夠控制所述均衡模塊的通斷；

其中，調節PWM波形占空比的大小，能夠控制所述均衡模塊的充放電流的大小，以調節充放電的速度。

進一步地，所述系統還可以包括溫度檢測模塊，其與所述控制器相連，所述控制器能夠控制所述溫度檢測模塊以檢測所述系統的溫度，且根據所述檢測的結果控制所述均衡模塊的開啟或斷開；

所述電壓檢測模塊、所述均衡模塊和所述溫度檢測模塊通過隔離保護模塊與所述系統連接。

本發明的有益效果可以為：

本發明通過由開關管、二極管或三極管以及儲能元件構成的多個均衡模塊分別并聯在所述多個單體電池的兩端，當所述單體電池兩端的電壓高于與其相鄰的所述單體電池時，可以將儲能元件存儲的能量通過二極管或三極管轉移給所述與其相鄰的所述單體電池，從而主動對其他所述單體電池充電，直至相鄰單體電池間的電壓值基本上一致。因此，通過該多個均衡模塊同時主動對相鄰的單體電池充放電，不僅可以解決單體電池的電壓一致性差的問題，從而可以提高動力電池包的使用壽命，而且在充放電的過程中，電量由于只是通過儲能元件進行轉移，因此，電量的損耗低，并且能夠提高均衡的效率。

進一步地，由于多個單體電池相互之間串聯連接，在該單體電池的串聯電路中串接一電路保護模塊或在每一相鄰的所述單體電池間設置一所述電路保護模塊，當所述單體電池的電流過大或發生短路時，該電路保護模塊能夠及時斷開該多個單體電池之間的電路連接，從而不會損壞所述單體電池，更不會發生電池爆炸等安全隱患。

再者，均衡模塊的開啟由所述管理系統的控制器進行控制，由于該控制器具有PWM控制器，可以通過PWM波形占空比的大小，來調節均衡模塊的充放電電流，因此，不僅操作簡單且方便，而且充放電的電流可以調節至1A，能夠完全修復單體電池在充放電過程中出現的一致性差的問題，提高均衡的效率。

根據下文結合附圖對本發明具體實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本發明的上述以及其他目的、優點和特征。

附圖說明

后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本發明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術人員應該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中：

圖1是根據本發明一個實施例的電池充放電管理系統的示意性結構框圖；

圖2是圖1所示電池充放電管理系統的均衡模塊一個實施例的示意性電路結構圖；

圖3是圖2所示的均衡模塊另一個實施例的示意性電路結構圖；

圖4是圖2所示的均衡模塊其他實施例的示意性電路結構圖。

具體實施方式

圖1是根據本發明一個實施例的電池充放電管理系統的示意性結構框圖，該管理系統可以用于混合動力車輛或電動車輛中，以對動力電池包的多個單體1電池進行充放電管理。所述管理系統一般性地可包括可以對所述多個單體電池1的電壓進行測量的電壓檢測模塊2，用于均衡各個所述單體電池1兩端電壓的多個均衡模塊3,以及可以對所述單體電池1發生過電流或短路現象進行保護的電路保護模塊4。其中，所述多個均衡模塊3分別并聯在所述多個單體電池1的兩端，當相鄰所述單體電池1的電壓不一致時，可以通過均衡模塊3的充放電電路，將電壓值高的單體電池1的電量主動轉移至電壓值低的單體電池1中，如此，可以使多個單體電池1的電壓值基本上可以保持一致；同時，由于在充放電的過程中，通過所述單體電池1的電流容易過大，甚至單體電池1的兩端易發生短路，因此，通過與單體電池1串聯的電路保護模塊4，可以對單體電池1做出保護，及時地切斷單體電池1之間的連接。

在圖2的實施例中，所述管理系統的均衡模塊3可以由開關管31，二極管32以及儲能元件33構成，其中，儲能元件33的一端與所述單體電池1的正極或負極相連，另一端與所述開關管31和所述二極管32相連。當開關管31處于閉合狀態時，所述單體電池1通過由所述單體電池1、開關管31和儲能元件33構成的回路對儲能元件33進行充電，從而可以在所述儲能元件33中存儲能量，所述能量可以為電量。當開關管31處于斷開狀態時，利用二極管32的單向導電性，儲能元件33存儲的能量可以通過由儲能元件33、二極管32與其他所述單體電池1構成的回路轉移至電壓低的其他單體電池1中。如此，均衡模塊3通過儲能元件33的充放電可以實現能量的轉移，即可以將電壓值高的所述單體電池1的能量轉移給電壓低的其他單體電池1中。

其中，儲能元件33可以為電感或電容。

在圖3的實施例中，均衡模塊3可以由開關管31，三極管32以及儲能元件33構成，其中，三極管32有三個電極，分別為基極、集電極和發射極，其基極和集電極相連，儲能元件33的一端與所述單體電池1的正極或負極相連，另一端與所述開關管31和所述三極管32的發射極相連。當開關管31處于閉合狀態時，所述單體電池1通過由所述單體電池1、開關管31和儲能元件33構成的回路對儲能元件33進行充電，從而可以在所述儲能元件33中存儲能量，所述能量可以為電量。當開關管31處于斷開狀態時，由于三極管32的基極與集電極之間的PN結(集電結)反向偏置(截止)，基極與發射極之間的PN結(發射結)正向偏置(偏置)，儲能元件33存儲的能量可以通過由儲能元件33、三極管32的發射結與其他所述單體電池1構成的回路轉移至電壓低的其他單體電池1中。如此，均衡模塊3通過儲能元件33的充放電可以實現能量的轉移，即可以將電壓值高的所述單體電池1的能量轉移給電壓低的其他單體電池1中。其中，與圖2的實施例中的采用二極管的方案相比，用三級管的一個PN結可以補償溫度漂移，比用一個普通的二極管好。

其中，儲能元件33可以為電容或電感。

在圖2至圖4的實施例中，可以設置一個所述電路保護模塊4，與任一所述單體電池1串聯連接，當由收尾串聯的所述多個單體電池1構成的支路發生過電流或短路現象時，該電路保護模塊4可以及時斷開該支路，以切斷所述單體電池1的工作路徑，從而所述單體電池1可以得到保護。

或者，可以在每個省所述單體電池1的一端串接一保護模塊4，如此，當任一單體電池1的某一端點的電流過高時，該端點對應的保護模塊4可以根據檢測的結果，及時地切斷該單體電池的端點，從而避免整體電池包的單體電池損壞或發生爆炸等現象。

在圖3的實施例中，所述保護模塊4包括一保護芯片41和一第二開關管42，當所述多個單體電池1正常工作時，該保護芯片41和第二開關管42相當于導線，不影響電池1的充放電工作；當單體電池1的電流過高時，保護芯片迫使第二開關管42斷開，從而可以及時切斷單體電池1之間的連接，避免電池燒壞甚至爆炸等安全隱患。

在圖4的實施例中，所述保護模塊4可以僅由第二開關管構成，當所述多個單體電池1正常工作時，該第二開關管42相當于導線，不影響電池1的充放電工作；當單體電池1的電流過高時，第二開關管42自動斷開，從而切斷單體電池1之間的連接，避免了電池燒壞甚至爆炸等安全隱患。

在以上任一實施例中，所述第二開關管可以為MOS管、三極管、光電耦合器、繼電器或二極管。

如圖1所示，所述管理系統包括控制器5，所述均衡模塊3與所述控制器5相連，所述控制器5可以控制所述電壓檢測模塊2對所述多個單體電池1的電壓進行檢測，同時所述控制器5根據所述電壓檢測模塊2檢測的結果控制所述均衡模塊3的開啟或斷開。

其中，當檢測的結果為所述多個單體電池的電壓不一致時，控制器5可以控制均衡模塊3開啟，通過該均衡模塊3與單體電池1形成的回路進行充放電，以均衡各單體電池的電壓，直至所述多個單體電池的電壓基本上一致。當檢測的結果為所述多個單體電池的電壓一致時，則均衡模塊3與多個單體電池1的連接。

所述控制器5可以包括PWM控制器，PWM控制器輸出的PWM波形信號可以控制所述均衡模塊的通斷。這種以數字輸出信號的方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統的成本和功耗。

其中，調節PWM波形占空比的大小，可以調節所述均衡模塊的充放電流的大小，從而可以控制充放電的速度。

所述系統還可以包括溫度檢測模塊6，其與所述控制器5相連，所述控制器5可以控制所述溫度檢測模塊6以檢測所述系統的溫度，該溫度檢測模塊6將檢測的結果反饋給控制器5，控制器5根據所述檢測的結果可以控制所述均衡模塊的開啟或斷開。

其中，所述電壓檢測模塊2、所述均衡模塊3和所述溫度檢測模塊6可以通過隔離保護模塊與所述控制器5連接，從而可以通過該隔離保護模塊切斷噪聲干擾的路徑，以達到抑制噪聲干擾的目的。

所述系統可以包括存儲模塊7和CAN總線模塊8，它們分別與控制器5相連，其中，存儲模塊7可以用于存儲所述檢測結果，CAN總線模塊8可以將其獲取的單體電池的數據發送給控制器5，從而控制器5可以根據收到的所述數據發送相應的指令控制均衡模塊3的開啟。

至此，本領域技術人員應認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發明精神和范圍的情況下，仍可根據本發明公開的內容直接確定或推導出符合本發明原理的許多其他變型或修改。因此，本發明的范圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。