[发明专利]模块化锂动力电池及其管理系统和管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种动力电池及其配套电源管理，尤其是指一种模块化锂动力电池及其管理系统和管理方法。

背景技术

大功率锂动力电池具有能量密度高、充放电循环次数多、使用寿命长、温度特性好、清洁无污染的特点，现已广泛应用于电动汽车、储能电站、通信备用电源等诸多领域，并在不久的将来会取代铅酸电池，成为新一代大功率储能电池的首选。

目前，锂电池生产厂家的产品多数是所谓的电芯，而锂电芯特别是大功率锂动力电芯在生产环节和使用过程中会产生不一致性，这种不一致性会导致由多个电芯组成的电池在充放电的使用过程中性能最弱的电芯首先达到充放电的保护条件，而往往此时从外部看，电池系统的整体指标还一切正常，若不加以控制再继续对其整体进行充放电工作，该性能最弱的电芯将很快进入故障状态，轻则导致电池工作不稳定，性能下降，重则还有可能引发爆炸、起火等严重事故。综上所述，在实际应用中，生产厂商制造的电芯是不能直接拿来组合成电池进行应用的，必须还为其搭配电池管理(BMS)系统，以保证实现对每个电芯的监测管理，从而保障整个电池系统的性能指标和可靠性，其构成的整体才能应用到各种不同的储能需求场合中。

传统电池管理系统根据应用场合的不同，选择不同类型的电池芯进行管理方法的设计，所使用的管理方法针对特定的应用环境，可移植性差，每次设计均需要较大工作量，系统的可靠性难以保证。

而就电力电子行业来说，其不同于信息电子的一大特点是特别强调系统工作的可靠性。举例来说，民用计算机系统如果出现软件故障甚至出现死机，可以通过重启软件或者重启操作系统来解决，通常不会造成严重后果。而大功率的电力电子系统如果出现短暂的失控就可能造成非常严重的后果。虽然任何系统的可靠性都无法达到100％，比如在电动汽车领域，某些国内外企业的产品都曾经发上过汽车起火、爆炸等严重事故。这些严重后果的发生，与过于依赖一种方法的来保证系统的可靠性有很大关系。比如在电压检测环节，一旦电压传感器失效就可能依据错误数据做出错误的控制。

发明内容

本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种可适应不同应用场合中各类电芯形成的模块型单元电池，通过引入冗余来提高系统可靠性，且电压测量、温度测量、保护开关系统控制，及在重要环节引入多种采样途径及控制路径从而提高系统强壮性和可靠性的锂动力电池及应用其上的管理系统和管理方法。

本发明的目的是这样实现的：一种模块化锂动力电池管理系统，它包括多个点温度传感器，用于对电芯中多处温度采样点进行实时测温并将数据传输至主控制器；

第一CAN总线模块及第二CAN总线模块，用于为主控制器提供以CAN总线中继方式对外进行信息传输通道；

电流传感器，用于采集电芯电流数值将数据传输至主控制器；

电压采集模块，用于将电芯电压数值送至主控制器进行采集；

充电均衡模块，用于连接电芯，实现同容量串联电芯的充电同步，并自适应电芯衰老带来的不一致性；所述充电均衡模块包括基于负反馈的电芯充电旁路电路单元；

充放电保护开关控制模块，用于分别接收来自主控制器及外部控制的控制信号，在外部控制信号控制失效时，独立接收主控制器的控制信号，控制切断/联通系统与外部的电气连接；

供电模块，用于为系统运作供电；

用于测量系统温度场的光纤温度传感器及外测温传感器；

主控制器，用于采集电芯的温度、电流、电压信息，通过A/D转换采集电芯总电压信息，并由CAN总线中继方式对外进行信息交互，同时可通过充放电保护开关控制模块独立控制电池系统与外部的电气通/断；

上述多个点温度传感器、电流传感器、电压采集模块、充放电保护开关控制模块、供电模块和第一CAN总线模块及第二CAN总线模块均接入主控制器，而供电模块、电流传感器、电压采集模块、多个点温度传感器则还连接外部电芯；上述充电均衡模块连接于外部电芯上；所述主控制器通过A/D转换与外部电芯相连；

所述主控制器包括与中央控制器相连的温度传感器接口单元、电流传感器接口单元、第一CAN总线驱动单元、第二CAN总线驱动单元、开关保护控制接口单元、及电压传感器，用于采集来自电压采集模块的每个电芯电压数值后传送至中央处理器；

工作状态指示单元，用于对外显示主控制器当下的工作状态和故障信息；

RTC时钟，为系统提供准确时间信息，并可通过CAN总线提供系统在线的时钟同步更新；