[实用新型]基于辅助电池的串联电池组均衡管理系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电池组管理系统，尤其是一种基于辅助电池的串联电池组均衡管理系统。 

背景技术

术语定义： 

单电池：非串联的基本电池单元。 

单电压：单电池的电压。 

串联数：电池组中串联方式连接的单电池的个数或用N表示。 

均衡电流：调节单电池电量时的电流 

单节电池的使用，电池管理系统最简单，串联使用时情况则不同。电池的一致性决定了电池的性能，寿命和安全性，即只要有一个电池的性能变差，整个电池组的性能都将变差。 

1、其中有一个电池的容量偏低，结果是充电时这个电池首先达到充电上限截止电压，而放电时首先达到放电下限截止电压。那么这个电池的容量决定这个电池组的容量。 

2、如果初始状态有一个电池的电压偏低，充电时这个电池达不到截止电压而不能充满。放电时这个电池首先到达放电截止。电池没充满电又提前把电放完，实际可用的电量由这个电池的容量决定。 

3、如果一个电池的极化阻抗和内阻偏高，充电时电池电压上升快，放电时电池电压下降快。就某一次测试的表现来看就是这个电池的容量不足，负载能力下降。充放电时的温度偏高。 

电池制造过程中提高电池的一致性还有相当大的难度且需要较大投入并将大幅度提高电池的制造费用导致电池价格高而不利于电动汽车产业的快速发展。目前电池制造商或电池组合工厂采用严格的筛选方法进行电池匹配来提高电池的一致性。但即使是严格匹配后的电池，在循环的初期就表现出可见的差别。放电的中值电压在一开始就有较大差别。采用电池匹配的有效性不尽人意。 尤其需要强调的是随电池循环次数的增加，电池一致性改变程度的不可检测性。电池的工作条件和环境也会对一致性产生影响。总之，复杂多样的影响因素使得决定论的普遍和精确的规律难以获得。 

除了在电池本身的一致性方面下功夫外，另一种解决方案——电池均衡管理愈来愈显示出重要性。均衡管理通过电量转移的方式调节每节电池的电量。原则上均衡管理不仅能解决电池一致性的问题，而且能够使串联电池组中性能最差的那个电池的寿命得到延长，同时电池性能的改进也将使得电池安全性得到改善，因为电池性能变差后，安全性也随之降低。电池的续航里程和使用期限及电池成本决定了电动汽车的命运。均衡管理正是涉及到电动汽车性能攸关的重要一环。采用均衡管理，电池的一致性要求明显降低，制造过程简单化，成本也会大幅下降，只要单电池的性能满足要求，电池组的性能就能满足要求。中国电池企业众多，层次参差不齐。均衡管理技术的应用不单能提高中国电池的地位，而且能使更多企业有能力加入到电动汽车及其相关行业的竞争中，让整个行业更加繁荣兴旺。有效可靠的均衡管理系统将极大促进电动汽车的发展。其本身有将成为随电动汽车，电动公交，包括电动自行车，电动摩托车，大型蓄能装置，电动工具，通讯基站备用电源，军事电源等电池应用领域的发展而壮大的新兴产业。 

但是目前均衡管理的问题尚未得到有效解决。电池均衡的实现大多基于两个基本物理概念：电流分流与电量转移。 

电流分流是将电压高的电池的电量经由电阻放掉。这个方法的电路结构和控制都比较复杂，电阻发热量大，均衡电流受限制，很难超过1A，只适合小容量，串联电池数少的场合。而且只用于充电时的均衡，放电时无实际意义。目前在电池容量1-3Ah，串联电池数2-5的电动工具产品中广泛应用。MAXIM，Intersil，O2等美国公司都有专用的产品，也可由MCU技术实现。电量转移方法的典型电路结构是美国TI公司提义，并在业界被普遍推崇的双向无损概念。但这个思路更复杂，分立元器件多，控制的复杂程度也更高。要求每个电池配备一个均衡回路，可靠性下降，成本上升，几乎无法维护。如果要求较大的均衡电流则各种问题将会更加突出。每节电池需要两个功率MOS，一旦有一路器件损坏，产生短路的风险极高。这对电池和整车的安全性是极为不利的。