CN201426046Y - 车用带平衡功能的大功率锂电池组电源管理系统 - Google Patents
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Abstract
一种车用带平衡功能的大功率锂电池组电源管理系统，该锂电池组包括若干个电池单元，各电池单元由多个电池单体组成。该系统包括主控制模块、显示模块、以及与多个电池单元一一对应的多个子控制模块。主控制模块通过总线与多个子控制模块相连；各子控制模块包括电压测量单元、平衡单元和控制处理单元；电压测量单元的输入端与所对应的电池单元中的各电池单体的正极和负极相连，输出端与控制处理单元相连；平衡单元的输入端与控制处理单元相连，输出端与所对应的电池单元中的各电池单体的正极和负极相连，显示模块与主控制模块相连。本实用新型可时刻检测电池组的工作状态并显示相关数据，并进行大电流的能量平衡，提高了锂电池的使用寿命和安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种大功率锂电池组的电源管理系统。
背景技术
锂电池是绿色能源之一，发展前景广大。目前小容量的锂电池(10A/h以下)应用较多，而大容量锂电池的应用则刚起步。车用锂电池组由多个电池单体串联而成，总体电压在300V-500V之间，约有100个左右的大容量单体电池需提供保护和有效充电。目前，主要依靠进口的测量芯片进行简单保护，其功能少、管理简单，对安全使用埋下极大隐患，甚至有报导电动锂电池汽车多次发生爆炸的事故。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种车用带平衡功能的大功率锂电池组电源管理系统，该系统能够实时监控每个电池单体的工作状况，对每个电池单体进行能量平衡管理，并能够进行数据通信。
本实用新型所采用的技术方案是：一种车用带平衡功能的大功率锂电池组电源管理系统，该锂电池组包括若干个电池单元，各电池单元由多个电池单体组成，该管理系统包括主控制模块、显示模块、以及与多个电池单元一一对应的多个子控制模块；其中，主控制模块通过总线与多个子控制模块相连；各子控制模块包括电压测量单元、平衡单元和控制处理单元；电压测量单元的输入端与所对应的电池单元中的各电池单体的正极和负极相连，输出端与控制处理单元相连；平衡单元的输入端与控制处理单元相连，输出端与所对应的电池单元中的各电池单体的正极和负极相连，显示模块与主控制模块相连。
本实用新型在锂电池组的运行过程中，时刻检测锂电池组的工作状态并显示相关数据，提供全面保护，并进行大电流的能量平衡，从而能够提高锂电池的性能、使用寿命和安全性。由于本实用新型采用的是主从控制结构、分散控制集中管理模式，在根据需要组建具有不同锂电池数量的各种锂电池组时，只需加减子控制模块即可，各子控制模块之间相互独立，可以互换，从而方便了管理和维修。另外，本实用新型的电压测量单元采用通用元器件替代了昂贵的进口芯片，节约了成本，并具有高精度(经过校正后可达到0.05％mV精度)、抗高压、抗干扰的优点。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图；
图2是本实用新型的电压测量单元的电路原理图；
图3是本实用新型的平衡单元的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做出进一步说明。
参考图1，本实用新型的车用带平衡功能的大功率锂电池组电源管理系统中，锂电池组包括一个或多个电池单元9，各电池单元9由多个电池单体91组成。较佳的是，电池单元9由7-10个电池单体91组成。该大功率锂电池组电源管理系统包括主控制模块1、显示模块2、以及与多个电池单元9一一对应的多个子控制模块3。主控制模块1通过总线4与多个子控制模块3相连。各子控制模块3包括电压测量单元31、平衡单元32和控制处理单元33。电压测量单元31的输入端与所对应的电池单元中的各电池单体91的正极和负极相连，输出端与控制处理单元33相连，用于测量电池单体91的电压值并将测出的电压值发送给控制处理单元33。平衡单元32的输入端与控制处理子单元33相连，输出端与所对应的电池单元中的各电池单体91的正极和负极相连。控制处理单元33可设置其所对应的电池单元内的每一电池单体的充电起始值、充电保护值、放电保护值、充电平衡窗口值和放电平衡窗口值。利用主控制模块1可对各控制处理单元33设置的上述参数进行修改。以充电为例：在充电时，控制处理单元33首先将电压测量单元31测得的电池单元内各电池单体的电压值与所设定的充电起始值进行比较，然后开始充电。当进入平衡时，计算电压值超过充电平衡起始值的所有电池单体的电压平均值，对超过电压平均值的所有电池单体再分别进行比较，如果两个电池单体之间的电压差值大于充电平衡窗口值，则控制处理单元33控制平衡单元32，对电压值高的那个电池单体进行平衡工作。放电平衡控制的原理与充电类似。充电平衡窗口值和放电平衡窗口值均是一个范围值。在本实用新型的一种实施方式中，充电起始值为3.3V，充电平衡起始值为3V，充电平衡窗口值为0.5V(最高和最低电压差)，放电保护值为2.5V，放电平衡起始值为3.5V，放电平衡窗口值为0.5V。显示模块2与主控制模块1相连，各子控制模块3所采集的每一电池单体的工作电压以及工作状态信息可通过通信总线4发送给主控制模块1，并在显示模块2上显示。主控制模块1包括单片机、各种保护电路、自检测电路报警电路等。
锂电池组是通过外部充电电源进行充电的，本实用新型的主控制模块1可控制外部充电电源的充电电流的大小，并且能够通过继电器控制外部充电电源的开、闭。
本实用新型的电压测量单元31的电路结构如图2所示，包括差分放大器U3A、差分放大器电源VDD5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和电容C。差分放大器U3A的正相端与第一电阻R1串联后与电池单体91的正极相连，反相端与第二电阻R2串联后与电池单体91的负极相连，输出端与第三电阻R3串联后与控制处理单元33相连。第四电阻R4跨接在差分放大器U3A的输出端与反相端之间。第五电阻R5的一端与差分放大器U3A的正相端相连，另一端与第六电阻R6的一端相连，第六电阻R6的另一端与差分放大器U3A的输出端相连。第七电阻R7的一端与差分放大器电源VDD5的正极相连，另一端与电容C的一端相连，该电容C的另一端与第五电阻R5和第六电阻R6的共接点相连。该电压测量单元31还包括一稳压管D700，稳压管D700的正极与第五电阻和第六电阻的共接点相连，负极与第三电阻R3和控制处理单元33的共接点相连，且第五电阻R5和第六电阻R6的共接点接地。该电压测量单元31能够将测量后的高电位差测量值转换为控制处理单元33所能接受的低电位值。
本实用新型的平衡单元32的电路结构如图3所示，包括一NMOSFET功率管Q711和一限流电阻R711，该NMOSFET功率管Q711的栅极G与控制处理单元33相连，源极S与电池单体91的正极相连，漏极D与限流电阻R711的一端相连，该限流电阻R711的另一端与电池单体91的负极相连。平衡单元32能够在控制处理单元33的控制下，在充电和放电时把电池单体91的能量通过电阻消耗和转移。该平衡单元能进行5-10A的平衡电流。
本实用新型的大功率锂电池组电源管理系统还设置存储模块、报警模块、自检模块等，可实现保护、监测、报警、显示、储存、自身检测及各种通讯。本实用新型可应用于大型电动公交车、汽车、船舶、电动机械等具有大功率锂电池组的产品中。
Claims (5)
1.一种车用带平衡功能的大功率锂电池组电源管理系统，所述锂电池组包括若干个电池单元，各电池单元由多个电池单体组成，其特征在于，该管理系统包括主控制模块、显示模块、以及与所述多个电池单元一一对应的多个子控制模块；其中，所述主控制模块通过总线与多个子控制模块相连；各子控制模块包括电压测量单元、平衡单元和控制处理单元；所述电压测量单元的输入端与所对应的电池单元中的各电池单体的正极和负极相连，输出端与所述控制处理单元相连；所述平衡单元的输入端与控制处理单元相连，输出端与所对应的电池单元中的各电池单体的正极和负极相连，所述显示模块与主控制模块相连。
2.如权利要求1所述的车用带平衡功能的大功率锂电池组电源管理系统，其特征在于，所述电压测量单元包括差分放大器、差分放大器电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和电容；所述差分放大器的正相端与第一电阻串联后与电池单体的正极相连，反相端与第二电阻串联后与电池单体的负极相连，输出端与第三电阻串联后与控制处理单元相连；所述第四电阻跨接在差分放大器的输出端与反相端之间；所述第五电阻的一端与差分放大器的正相端相连，另一端与所述第六电阻的一端相连，第六电阻的另一端与差分放大器的输出端相连；所述第七电阻的一端与所述差分放大器电源的正极相连，另一端与所述电容的一端相连；该电容的另一端与第五电阻和第六电阻的共接点相连。
3.如权利要求2所述的车用带平衡功能的大功率锂电池组电源管理系统，其特征在于，所述电压测量单元还包括一稳压管，所述稳压管的正极与所述第五电阻和所述第六电阻的共接点相连，负极与第三电阻和控制处理单元的共接点相连，且第五电阻和第六电阻的共接点接地。
4.如权利要求1所述的车用带平衡功能的大功率锂电池组电源管理系统，其特征在于，所述平衡单元包括一NMOSFET功率管和一限流电阻，该NMOSFET功率管的栅极与所述控制处理单元相连，源极与电池单体的正极相连，漏极与所述限流电阻的一端相连，该限流电阻的另一端与电池单体的负极相连。
5.如权利要求1所述的车用带平衡功能的大功率锂电池组电源管理系统，其特征在于，各所述电池单元由7-10个电池单体组成。
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