一種智能動力鋰離子電池管理系統(tǒng)及其充電控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于動力電池管理系統(tǒng)領域，具體說是一種動力鋰離子電池用的電池管理系統(tǒng)及其充電控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著電動車、混合動力工具的發(fā)展，各種動力電池得到廣泛應用。鋰電池以其體積小，自放電率低，能量密度高，循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點，成為最有前景的動力電池。但是鋰電池安全穩(wěn)定性不高，過充電、過放電都會對鋰離子電池造成傷害，所以為保證鋰離子電池的安全工作，必須配備高性能的電池管理系統(tǒng)。
[0003]現(xiàn)有的鋰電池管理系統(tǒng)，充電策略單一，多采用恒流充電，不能根據(jù)電池的特性合理充電，往往充電效率不高且容易對鋰離子電池造成傷害，縮短其使用壽命。同時大多數(shù)鋰電池管理系統(tǒng)采用被動均衡的均衡方式，均衡效率低，而且容易導致熱量管理問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明目的是提供一種性能穩(wěn)定、成本低、功耗小、充電效率高、均衡效果好的智能動力鋰離子電池管理系統(tǒng)，以克服上述電池管理系統(tǒng)的缺陷。
[0005]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是:一種智能動力鋰離子電池管理系統(tǒng)，包括:微控制器模塊以及與其連接的采集模塊、存儲模塊、安全保護模塊、通訊模塊、充放電控制模塊、均衡管理模塊；采集模塊、充放電控制模塊、均衡管理模塊用于連接電池單元;
[0006]微控制器模塊:根據(jù)采集模塊的電池數(shù)據(jù)信息控制充放電控制模塊、安全保護模塊以及均衡管理模塊，并將電池數(shù)據(jù)信息和狀態(tài)信息通過通訊模塊發(fā)送給外部設備控制器，并存儲到存儲模塊；
[0007]充放電控制模塊:用于連接電池單元，并對電池組的充放電過程進行管理，實現(xiàn)對鋰電池組的自動充電；
[0008]均衡管理模塊:用于電池組充電過程中減少單體電池容量之間的差異，并且實現(xiàn)自動錯誤檢測與自動配置均衡電流。
[0009]所述充放電控制模塊的輸出端與安全保護模塊的輸出端分別與與門的兩個輸入端連接，與門輸出端與場效應管N1、場效應管N2的G極連接，場效應管N1、N2的D極和繼電器N3的一端連接后依次經電流傳感器、熔斷器與電池單元的負極連接，場效應管N1、N2的S極并聯(lián)后與充電機負極連接，充電機的正極與電池單元的正極連接；繼電器N3的另一端通過負載與電池單元的正極連接，控制端與微控制器模塊連接，充電機通過CAN總線與通訊模塊連接，還通過依次連接的均衡電源模塊、均衡管理模塊與電池單元的每個單體電池正負極連接。
[0010]所述均衡管理模塊包括多個二極管和開關陣列，開關陣列用于控制每一個單體電池的均衡充電開啟與關閉，包括多個開關；每個單體電池正負極分別串聯(lián)二極管、開關后，與均衡電源模塊的正負輸出端連接。
[0011]一種智能動力鋰離子電池管理系統(tǒng)的充電控制方法，包括以下步驟:
[0012]根據(jù)采集模塊采集到的單體電池電壓，電池組總電壓、溫度和總電流，判斷是否進行充電保護；若需要進行充電保護，則斷開場效應管NI和場效應管N2，同時通過CAN通訊禁止充電機和均衡電源模塊輸出；
[0013]若不需要進行充電保護，則進入預充電階段，在預充電階段中若單體電池滿足均衡開啟的條件，則進行均衡充電，同時微控制器模塊通過CAN通訊控制均衡電源模塊接通繼電器N5，關閉繼電器N4、繼電器N6，均衡電源模塊以5V/3A輸出；若不滿足，執(zhí)行下一步驟；
[0014]進入快速充電階段，在快速充電階段中若單體電池滿足均衡開啟的條件，則進行均衡充電，同時微控制器模塊通過CAN通訊控制均衡電源模塊接通N6，關閉N4和N5，均衡電源模塊以5V/5A輸出；若不滿足，執(zhí)行下一步驟；
[0015]進入飽和充電階段，在飽和充電階段中若單體電池滿足均衡開啟的條件，則進行均衡充電，同時微控制器模塊通過CAN通訊控制均衡電源模塊接通N4，關閉N5和N6，均衡電源以5V/1A輸出；若不滿足，執(zhí)行下一步驟；
[0016]進入補充充電階段，在補充充電階段，通過均衡管理模塊和開關和CAN通訊控制均衡模塊依次對每支單體電池進行充電，直至所有單體電池均達到充電截止電壓Vsstop，結束充電，并關閉均衡管理模塊的所有開關，以及通過CAN通訊控制均衡電源模塊關閉繼電器 N5、N4、N6。
[0017]所述判斷是否進行充電保護具體為:出現(xiàn)下述情況時則認為需要進行充電保護，否則不需要進行充電保護:
[0018]采集模塊采集到電池組溫度連續(xù)5s內高于或者低于限值；
[0019]電池組總電壓連續(xù)2s高于限值，或者任意一支單體電池電壓連續(xù)2s均高于限值；
[0020]電池組與充電機通訊成功后，若電池組發(fā)送充電請求，連續(xù)1s采集模塊未檢測到充電電流，或者電池組未發(fā)送充電請求，連續(xù)1s采集模塊檢測到充電電流大于2A。
[0021]所述預充電包括以下步驟:
[0022]若電池組總電壓低于預充電電池組總電壓限值Vtpre或者任意一支單體電池電壓低于預充電單體電池電壓限值Vspre，微控制器模塊控制場效應管NI和場效應管N2導通，通過CAN通訊調節(jié)充電機以0.05C恒流輸出。
[0023]所述快速充電包括以下步驟:
[0024]當電池組總電壓大于閾值Vspeed時，微控制器模塊控制場效應管NI和場效應管N2導通，通過CAN通訊調節(jié)充電機以0.5C恒流輸出。
[0025]所述飽和充電包括以下步驟:
[0026]當電池組總電壓大于閾值Vsatura時，微控制器模塊通過CAN通訊調節(jié)充電機以
0.2C恒流輸出，直至電池組總電壓達到充電截止電壓Vtstop或單體電池電壓達到充電截止電壓Vsstop，斷開場效應管NI和場效應管N2，通過CAN通訊控制充電機禁止充電機輸出。
[0027]所述補充充電包括以下步驟:
[0028]依次對每支單體電池進行補充充電，即通過CAN通訊控制均衡電源模塊接通繼電器N5，關閉繼電器N4和N6，控制均衡管理模塊(8)的多路開關，依次開啟每個單體電池的均衡通路，至此單體電池電壓達到閾值電壓Vsstop。
[0029]所述均衡開啟的條件為:判斷電池單元無故障后，電壓最高的單體電池和電壓最低的單體電池的電壓差值大于均衡開啟限值Udva。具體為:根據(jù)采集模塊采集到的單體電池電壓，判斷電池單元是否故障；如無故障，則當電壓最高的單體電池和電壓最低的單體電池的電壓差值大于均衡開啟限值Udva，則進入均衡充電；如有故障，則不進入均衡充電，同時微控制器模塊通過CAN通訊控制均衡電源模塊關閉繼電器N4、N5和N6。
[0030]所述均衡充電具體為:對電壓最低的電池單元進行充電，并根據(jù)電池所處的充電階段，通過CAN通訊調節(jié)均衡電源模塊的輸出電流，直到所有單體電池的壓差均小于閾值Udvb為止。
[0031]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點:
[0032]1.本發(fā)明為集中式電池管理系統(tǒng)，具有體積小，性能穩(wěn)定，采集精度高，成本低，可靠性強等特點。
[0033]2.本發(fā)明的動力鋰離子電池管理系統(tǒng)，運用CAN通訊網絡并結合電池特性進行充電控制，能夠根據(jù)電池組數(shù)據(jù)信息自動選擇充電方式，自動匹配充電電流，且具有充電保護功能，能夠提高電池組的充電效率，延長電池組循環(huán)使用壽命。
[0034]3.本發(fā)明提供一種均衡充電控制方式，通過CAN通訊網絡與均衡電源模塊通訊，根據(jù)電池組數(shù)據(jù)信息自動啟動和關閉均衡充電，在電池組不同的充電階段能自動配置均衡電流，并在主充電結束后，依次對每支單體電池進行補充充電，提高了單體電池間容量一致性。
[0035]4.本發(fā)明提供一種均衡電源模塊，能夠通過CAN通訊調節(jié)輸出電流，為電池組均衡充電提供可調電源。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明的智能動力鋰離子電池管理系統(tǒng)框架圖。
[0037]圖2為充放電控制模塊原理示意圖。
[0038]圖3為均衡電源模塊原理示意圖。
[0039]圖4為均衡管理模塊原理示意圖。
[0040]圖5為充電控制算法流程圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0042]本發(fā)明提供了一種智能動力鋰離子電池管理系統(tǒng)，其包括微控制器模塊1、電源模塊7、采集模塊2、充放電控制模塊6、安全保護模塊4、通訊模塊5、存儲模塊3和均衡管理模塊8。該電池管理系統(tǒng)能夠對鋰電池電壓、溫度、電流以及電池荷電狀態(tài)(簡稱S0C)實時監(jiān)測和管理，運用CAN通訊網絡對電池組進行自動充電控制，即根據(jù)電池組數(shù)據(jù)信息自動調節(jié)充電模式，對容量一致性較差的單體電池進行均衡管理，自動配置均衡充電電流，提高鋰電池的容量一致性。該電池管理系統(tǒng)能夠提高電池的充