[发明专利]电池组智能管理电路及电池组智能管理系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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1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Kε′， N>K，N为不小于2的正整数，则： 

若考察第i个电池（i为1～N之中的任一正整数）：当开关S_i，1闭合同时S_i，2打开时，电池i接入电路回路；当开关S_i，1打开同时S_i，2闭合时，电池i旁出电路回路。所以通过调整开关S_i，1和S_i，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Mε。

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：

（1）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V_output=Kε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，V_output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， V_output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S_i，1和S_i，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。