[发明专利]基于N/M冗余均衡策略的动力锂电池管理系统

说明书

本发明提供一种基于N/M冗余均衡策略的动力锂电池管理系统，包括锂电池组、主控制单元、数据采集单元、CAN总线、上位机以及显示单元，所述锂电池组包括多组电池包，每个电池包包括N节串联的基本单体电池以及与之串联的M节均衡单体电池，M≤N，每节单体电池与一开关串联后再与另一开关并联以形成一子开关网络，每个电池包由N+M个子开关网络串联形成；所述主控制单元包括一均衡管理模块，由微处理器根据锂电池组的状态参数控制进行电池均衡管理。利用本发明的系统可实现对动力锂电池充放电过程的均衡管理，尤其是在单体电池电压、温度等参数异常或者损坏时，及时用冗余的电池替换过故障电池，保证电池组整体能正常使用。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其是动力锂电池的管理系统，具体而言涉及一种基于N/M冗余均衡策略的动力锂电池管理系统。

背景技术

锂电池具有高能量密度、高工作电压、无记忆效应、循环寿命长、无污染、质量轻、自放电小等特点，其在电动交通工具领域有非常广阔的前景。但是由于锂离子电池具有明显的非线性、不一致性和时变性，将锂离子电池通过电池成组技术组成为一个电池组作为电源使用以后，需要对其进行管理，从而更合理地使用锂离子电池，充分发挥其能量、功率优势，延长其使用寿命，并降低成本。

现有的锂电池管理系统主要功能是通过对电池在充放电过程的电压、电流、温度、荷电状态等信息和状态进行采集和监控，并对采集的各种数据进行分析及处理，实现对锂电池工作状态的全面监控以及对锂电池进行充放电管理、热管理和均衡管理。

通过测试、应用分析表明，现有的锂电池管理系统存在诸多缺陷，主要如下：

(1)锂电池管理系统只适用于单一类型的电池的缺陷：例如锰酸锂电池工作电压为3.7V，磷酸铁锂电池工作电压为3.2V，如果采用锰酸锂电池管理系统管理磷酸铁锂电池的工作，有发生过充电的可能。

(2)现有的锂电池管理系统主控制模块在软件设计过程中采用的是前后台系统的方式。但随着动力电池的不断推广，锂电池管理系统的功能将越来越完善，使得其对实时性要求更加苛刻，同时对功能的扩展以及后期的系统维护要求也越来越高，已不在适合采用这种开发方式。

(3)现在主流的电池均衡方法分为耗能式和非耗能式。耗能式均衡方法主要是通过限流电阻分担电压较高电池的一部分电压，从而减少电池间的电压差；其优点是实现电路简单，缺点是能源得不到合理利用。非耗能式均衡方法主要是通过电容或电感等储能元件实现能量过渡，从而间接实现电池电压均衡；其优点是能源在一定程度上得到了合理利用，是以后的发展方向。

无论是耗能式还是非耗能式均衡方法，由于其均衡电流较小，无法及时有效地处理一节或多节单体电池电压过低或过高问题，尤其是电池出现损坏故障，该均衡方法不能保证电池组正常工作。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于N/M冗余均衡策略的动力锂电池管理系统，实现对动力锂电池充放电过程的均衡管理，尤其是在单体电池电压、温度等参数异常或者损坏时，及时用冗余的电池替换过故障电池，保证电池组整体能正常使用。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于N/M冗余均衡策略的动力锂电池管理系统，包括锂电池组、主控制单元、数据采集单元、CAN总线、上位机以及显示单元，其中：

所述锂电池组包括多组电池包，每个电池包包括N节串联的基本单体电池以及与之串联的M节均衡单体电池，M≤N，每节单体电池与一开关串联后再与另一开关并联以形成一子开关网络，每个电池包由N+M个子开关网络串联形成；

所述数据采集单元包括多个数据采集模块，用于采集锂电池组、每个电池包和单体电池的状态参数并通过所述CAN总线传输至主控制单元的微处理器进行相关处理；

所述主控制单元包括微处理器、绝缘电阻检测模块、充放电控制模块以及均衡管理模块，其中：