[发明专利]一种具有并行均衡功能的电池管理系统及均衡方法

说明书

本发明公开了一种具有并行均衡功能的电池管理系统及均衡方法，系统包括24节锂离子电池组、六个基于单片机的电池监测模块、一个主控制器、六个单体电池选通模块、一个主动均衡模块、一个通信模块、一个充放电保护装置和一个电源模块。该系统实现对24节电池的监测和控制，具备监测单体电池的工作参数，进行电池组的被动均衡、主动均衡、并行均衡、充放电过流保护和上位机的通信等功能，可以调节均衡电流的大小，实现智能均衡的目标。该系统省去开关矩阵驱动器和普通电源开关控制器，单体电池选通模块的MOSFET管驱动由电池监控模块完成，主动均衡模块的MOSFET管驱动由主控制器完成，实现软件控制均衡电流的智能充放电功能。

技术领域

本发明涉及新能源汽车电子技术领域，具体涉及一种具有并行均衡功能的电池管理系统及均衡方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染的不断加剧，新能源汽车逐渐成为了新的发展趋势。电动汽车作为新能源汽车的代表，以其高效低污染的特点越来越受到重视。

但因车用电池的高性能要求和恶劣的工作环境，使其对电池的管理要求很高。电池的过充电、过放电等都可能会严重缩短电池的寿命，甚至出现爆炸等安全事故，所以如何使电池长寿命和电池安全性得到保障是其管理急需解决的问题。

电池管理系统(Battery Management System，BMS)就是电池系统的重要组成部分，它可以通过对锂电池的在线监测和估算，得到当前电池的状况，例如SOC，还可以利用当前状态和一些算法，得到SOH、SOL(Stateof Life，电池寿命)估计，进行电池均衡，实现电池热管理、深度充电/放电的保护等功能。总之电池管理系统可以保证电动汽车安全运行，使动力电池工作在最佳工作区，以便最大限度地利用电池的存储能力和循环寿命。

其中BMS必要的功能是电池均衡。因为一般的动力电池组包含了几十个甚至上百个单体电池串联或串并联，而单体电池之间会存在不一致性的问题，这种不一致性除了电池的制作环节的不一致性外，还与单体电池所在的工作环境有关。如果不一致性不加以抑制，可能会使电池组的性能和续航能力降低，甚至危害到电池的安全，所以必须要进行电池均衡。

而电池均衡又分为被动均衡和主动均衡。被动均衡指的是消耗电能的均衡，利用电阻发热放电的原理。主动均衡指的是无消耗的电能均衡，利用电容、电感等进行电能的转移。当前，大部分的电池管理芯片只具有被动均衡的功能，而单一的被动均衡由于其芯片均衡电流、电池管理系统温度等因素的影响，并不能满足自由快速地实现电池组的均衡的要求；其次，单一的被动均衡要求电池组内所有电池的一致性好，不然会影响被动均衡的效率，所以使厂家对出厂电池的挑选更加严格，导致电池出厂时的废品率上升，不利于商业化运作。而主动均衡不仅可以使电池之间的差异性变小甚至消除，而且根据其单体电池的容量采用合理的充放电使电池寿命大大延长。

但主动均衡的难点在于单体电池的选通和均衡电流的选择。首先，难点一是如何把需要进行均衡的单体电池接入均衡电路，常规的手段均是利用MOSFET管，而由于电池组存在电池越叠越高的特性，所以MOSFET管基本采用开关矩阵门驱动器控制一连串的单体电池，例如TI公司的EMB1428Q，一共有12个门极驱动器，可以控制12个单体电池的选通。但开关矩阵门极驱动器既增加了电池管理系统的成本，又增加了主控制器的负担，所以一个自带驱动管脚的电池监测芯片既可以减少电池管理系统的整体成本，又可以使主控制器专注于电池当前状态的计算和管理。其次，难点二是是否固定均衡电流的大小。为了更加灵活快速地使整组电池处于SOC平衡的一个状态，均衡电流应该是根据具体单体电池的SOC来确定的。但一般的主动均衡电路，采用PWM控制器，从电路设计完成后，均衡电流已经无法更改，如电流模式控制器UC3844。而采用高端的双向电流DC-DC控制器，如和EMB1428Q配套使用的EMB1499Q，又增加了成本负担。所以采用具有ePWM输出的主控制器，可以利用其ePWM控制其主动均衡电路，进行脉冲式的充放电，使电池组实现智能化均衡。