技术领域

[0001] 本发明涉及到的是一种随时监控、 开关并更换单体电池、 各级电池组、 及各级电池模块的方法、 电池管理系统及均 衡充电装置， 可以应用在所有需要 1块以上串并联结合来提供能量的系统中， 并能够对每一单体电池均衡充电。

背景技术

[0002] 电动汽车电池组由多个电池串并联叠置组成。 一个典型的电池组大约有 96个电池， 每个电池为 4. 2V的锂离子电池， 这样的电池组可产生超过 400V的总电压。 尽管汽车电源系统将电池组看作单个高压电池 ， 每次都对整个电池组进行充电和 放电， 但电池控制系统必须独立考虑每个电池的情况 。 如果电池组中的一个电池容量低于其他电池， 那么经过多个充电 /放 电周期后， 其充电状态将逐渐偏离其它电池。如果这个电 池的充电状态没有周期性地与其它电池平衡， 那么它最终将进入深 度放电状态， 从而导致损坏， 并最终形成电池组故障。 为防止这种情况发生， 每个电池的电压都必须监视， 以确定充电状态。

[0003] 但是现行的电池组监控通常都没有监控到整个 结构最下层的单体电池， 所以导致电池组只能在故障后整体更换， 造 成了资源的浪费。

发明内容

[0004] 为解决上述问题， 本发明提供了一种比现行传统电池组监控系统 更加全面的监控系统， 可以分级监控到整个结构最 下层的单体电池。 这样在某个电池出现异常时就可以第一时间更 换， 而不用去更换整个电池组。

[0005] 本发明所采用的技术方案是： 一种可以随时监控并更换单一电池的电池系统 ， 可以应用在所有需要 1块以上电池并 联、 串联、 及串并联结合的系统中， 该系统包括单体电池、 一级电池组、 二级电池组、 三级及三级以上的多级电池组、 电池 监控芯片、 总控制盒； 该系统可以随时监控到整个电池组所有电池的 运行情况， 显示整个电池系统的状态， 并且可以根据电 池的技术指标设定报警功能， 以及自动和 /或手动开关的单体电池、 各级电池组、 及各级电池模块的功能。

[0006] 上述技术方案中， 更具体的技术方案还可以是： 装备有本发明的工具在运行时， 本系统采用树状监控体系， 由第一 级监控单体电池，第二级监控 1+n块由一级监控的电池串并联的电池组。第三 级监控 1+n组由二级监控的电池组串并联的电 池模块。 如果该电池组需要更多电池模块组合， 那么第三级以上的监控结构也依此结构向上类 推。最终所有的讯息都传递到 总控制盒。 总控制盒可以随时监控整个电池系统所有单体 电池、 各级电池组、 各级电池模块的状态， 然后根据每一级监控芯 片传递到总控制盒的电池状态设定一定的报警 技术指标， 进行自动开关和 /或手动开关各单体电池、 各级电池组、 及各级电 池模块。 例如某三级电池模块有 4个二级电池组并联进行供电， 其中一个二级电池组的电压低于正常电压的 30%， 并且显示 了每个有问题的电池。 这时可以由控制开关 （包括自动开关和 /或手动开关的两种模式） 来关闭该电池组或有问题的单体电 池。 这样该电池组的整体电压就不会受到影响。 而故障的电池组可以在更换时， 可以根据总控制盒上显示的电池状态， 直接 更换单个故障的电池， 而不需要把整个电池组都更换掉。 也可关闭温度过高的各单体电池、 各级电池组、 及各级电池模块。 使得各级电池组、 各级电池模块输出的、 包含但不限于电压、 电流、 电量达到彼此平衡的状态， 以发挥当时整体电池系统的 最高效率。

[0007] 由于采用上述技术方案， 本发明与现有技术相比具有如下有益效果： 根据本发明装备的工具， 可以随时监控电池系 统整个电池组的所有电池的状态，然后通过总 控制盒关闭技术指标不正常的电池或电池组， 以免降低整个系统的效率或者造 成安全的隐患。 并且维修时， 可以直接更换有问题的单体电池、 和 /或各级电池组、 和 /或各级电池模块， 而不用更换完好的 电池。 避免了资源的浪费。

本发明的技术特征

[0008] 一种电池管理方法， 其特征在于： 通过监控最基层的单体电池及不同级别的电池 组、 电池模块， 来掌握每一单体电 池、 及每一级别的电池组、 电池模块的技术指标， 并根据技术指标决定报警、 关闭或打开该单体电池及 /或该电池组、 电池 模块； 技术指标包含但不限于电压、 电流、 电阻、 电容、 电量、 温度， 方式一是在每一单体电池、 及每一级别的电池组、 电 池模块上都装置监控芯片， 该监控芯片可以监控每一单体电池、 及每一级别电池组、 电池模块的技术指标， 并且根据技术指 标决定报警、 关闭或打开该单体电池及 /或该电池组、 该电池模块， 方式二是把单片机装置在总控制盒中， 在每一单体电池、 及每一级别的电池组上都装置监控晶片， 该单片机可以监控每一单体电池、及每一级别 的电池组的技术指标， 并且根据技术 指标决定报警、 关闭或打开该单体电池及 /或该电池组、 电池模块。

[0009] 上述的电池管理方法， 分为三个阶段， 其特征在于： （1 ) 电池指标检测阶段： 检测电池技术指标， 包含但不限于电 压、 电流、 电阻、 电容、 电量、 温度， 如检测电压判断各单体电池是否过充放， 此时均衡旁路电路不工作， 主电源对电池组 充电， 根据控制算法计算金氧半场效晶体管的占空比 ， （2 ) 以小电流进行修复性充电阶段， （3 )均充阶段： 根据计算所得的 占空比控制开关旁路电路中的金氧半场效晶体 管、以均充对应的单体电池，流经各单体电池 的电流是各不相同并不断变化的。

[0010] 一种电池管理系统及均衡充电装置、 其特征在于： 一种采用树状监控体系可以随时监控并更换单 块电池的电池管理 系统及均衡充电装置， 可以应用在所有需要 1块以上单体电池并联、 串联、 及串并联结合的系统中， 该系统包括一级单体电 池、 二级电池组、 三级及三级以上的多级电池模块、 电池监控芯片、 单片机、 总控制盒； 本系统采用树状监控体系， 由第一 级监控单体电池，第二级监控 1+n块由一级监控的电池串并联的电池组，第三 级监控 1+n组由二级监控的电池组串并联的电 池模块， 如果该电池组需要更多电池模块组合， 那么第三级以上的监控结构也依此结构向上类 推， 最终所有的讯息都传递到 总控制盒， 总控制盒可以随时监控整个电池系统所有单体 电池、 各级电池组、 各级电池模块的状态， 然后根据每一级监控芯 片传递到总控制盒的电池状态设定一定的报警 技术指标， 进行自动开关和 /或手动开关各单体电池、 各级电池组、 及各级电 池模块， 该装置可以随时监控到整个电池组所有电池的 运行情况， 显示整个电池系统的状态， 并且可以根据单体电池及各级 电池组的技术指标设定报警功能， 以及自动和 /或手动开关各单体电池、 各级电池组、 各级电池模块的功能。

[0011] 所述的电池管理系统及均衡充电装置， 其特征在于： 单片机通过电容和 /或监控芯片和 /或开关， 交替地连接高电压 电池及低电压电池， 电容接受高电压电池的充电， 再向低电压电池放电， 转移多余的电量到没有充满的电池中， 直到两电池 的电量平衡。

[0012] 所述的电池管理系统及均衡充电装置， 其特征在于： 是一种树状监控体系， 最基层的监控系统监控单体电池， 上一 级系统监控 1+n块电池组成的电池组， 再上级系统监控 1+n组的电池组组成的电池模块， 依次类推， 最后可由总控制盒显示 各单体电池、 各级电池组、 及各级电池模块的监控结果。

[0013]所述的电池管理系统及均衡充电装置， 其特征在于： 监控芯片连接到一个并联均衡电路，以达到分 流的作用， 在这种 模式下，当某节电池首先充满时， 均衡装置能阻止其过充， 继续对未充满的电池充电， 并且能够测量单体电池及该电池组的 技术指标， 包含但不限于电压、 电流、 电阻、 电容、 电量、 温度， 并能开关单体电池及该电池组。

[0014] 所述的电池管理系统及均衡充电装置， 其特征在于： 总控制盒与单体电池及各级电池组、 各级电池模块监控芯片连 接， 接受并传递信号， 显示整个电池系统的状态， 可以在充电前对每个单体电池逐一通过同一负 载放电至同一水平，然后再 进行恒流充电，平衡每个单体电池，并根据电 池的技术指标设定报警功能，以及自动和 /或手动开关各单体电池、各级电池组、 各级电池模块的功能； 总控制盒可以是直接连接到单体电池、 各级电池组、 各级电池模块的直接控制模式， 也可以是通过各 级电池模块连接至各级电池组， 各级电池组连接到各单体电池的分层间接控制 模式。

[0015] 所述的电池管理系统及均衡充电装置， 其特征在于： 总控制盒可以定序、 定时、 单独检测单体电池及均匀充电， 在 对电池组进行充电时， 能保证电池组中的每一单体电池不会过度充电 或过度放电； 不对电池组进行充电时， 也可以通过单片 机和 /或控制监控芯片的切换， 导入额外的电荷到电压较低的单体电池中以达 到平衡。

发明附图说明

[0016] 图 1本发明的电池管理系统示意图。

[0017] 图 2 本发明的占空比均充电路示意图。

零件编码说明：

1一级监控芯片

2 二级监控芯片

3三级及三级以上监控芯片

4 总控制盒

5 一级电池

6 二级电池组

7 三级及三级以上电池模块

8 充电电源

9 电池 1

10 电池 2 11 电池 3

12 电池 4

13 电感 1

14 电感 2

15 电感 3

16 电感 4

17 金氧半场效晶体管 1

18 金氧半场效晶体管 2

19 金氧半场效晶体管 3

20 金氧半场效晶体管 4

21 二极管 1

22 二极管 2

23 二极管 3

24 二极管 4

25 旁路 1

26 旁路 2

27 旁路 3

28 旁路 4 具体实 it¾¾

[0018] 结合附图和实施例对本发明做出进一步说明， 并说明起到的作用。 下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行 详 细描述。 对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的 ， 而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。 实施例 1 :

[0019] 如图 1所述， 由一级监控芯片 1 的监控监控一级电池 5的运行情况并将数据传输到总控制盒 4。 由二级监控芯片 2 监控由 1+n块电池串并联组成的二级电池组 6的运行情况并将数据传输到总控制盒 4。再由三级及三级以上监控芯片 3监控 由 1+n组电池组串并联组成的三级及三级以上电池 模块 7的运行情况并将数据传输到总控制盒 4。然后在总控制盒 4设定需 要报警和开关电池的技术指标。 实施例 2 :

[0020]例如每一单体电池电压低于正常值的 70%报警， 温度高于正常值的 15%报警， 电压低于正常值的 50%自动关闭， 高于 正常值的 30%自动关闭。 在维修电池组时， 可以根据总控制盒的电池状态显示， 直接更换掉有问题的单体电池、 和 /或各级 电池组、 和 /或各级电池模块， 而不用更换完好的的单体电池、 和 /或各级电池组、 和 /或各级电池模块。

实施例 3 (不充电时平衡每一单体电池）：

[0021]如图 2所述， 在没有充电电源 8时， 当控制器 4监测出电池 1 (零件 9 ) 电压高的时候， 控制器 4就透过金氧半场效 晶体管 1 (零件 17 ) 来冲电感 1 (零件 13 )， 金氧半场效晶体管 1 (零件 17 ) 充完电感 1 (零件 13 )， 马上打开， 之后电感 1 (零件 13 ) 就把刚才充进去的电荷分配到其他的电池 2 (零件 10 ) 到电池 n， 二级管 1 (零件 21 ) 的功能是在正常状态下， 避免其他电池、 电感放电、 在静态下形成直流短路。

[0022] 如图 2所述， 当控制器 4监测出电池 2 (零件 10 ) 电压高的时候， 控制器 4就透过金氧半场效晶体管 2 (零件 18 ) 来冲电感 2 (零件 14)， 金氧半场效晶体管 2 (零件 18 ) 充完电感 2 (零件 14)， 马上打开， 之后电感 2 (零件 14 )就把刚才 充进去的电荷分配到电池 1 (零件 19 )， 二级管 2 (零件 22 ) 的功能是在正常状态下， 避免其他电池、 电感放电、 在静态下 形成直流短路。

[0023] 如图 2所述， 当控制器 4监测出电池 3 (零件 11 ) 电压高的时候， 控制器 4就透过金氧半场效晶体管 3 (零件 19 ) 来冲电感 3 (零件 15 )， 金氧半场效晶体管 3 (零件 19 ) 充完电感 3 (零件 15 )， 马上打开， 之后电感 3 (零件 15 )就把刚才 充进去的电荷分配到电池 1 (零件 9 ) 及电池 2 (零件 10 ) , 二级管 3 (零件 23 ) 的功能是在正常状态下， 避免其他电池、 电感放电、 在静态下形成直流短路。

[0024] 如图 2所述， 依次类推， 当电池 n电压高的时候， 控制器就透过金氧半场效晶体管 n来冲电感：!， 金氧半场效晶体 管 n充完电感：!， 马上打开， 之后电感 n就把刚才充进去的电荷分配到电池 1及电池 n 1。 二级管 1到二级管 n的功能是在 正常状态下， 避免其他电池、 电感放电、 在静态下形成直流短路。

[0025] 如图 2所述， 每个电池上需要有一个监测晶片， 控制器可以随时监控每一个电池的技术指标， 包括但不限于电压、 电流、 温度等， 然后快速通过上述技术手段达成电池的技术指 标的平衡， 包括但不限于电压、 电流、 温度等。

[0026] 如图 2所述的电池及旁路虽然只有 4个， 但是可以一直扩展到 n个， 凡是符合本占空比均充电路示意图原理的改变 均落入本发明的保护范围。 实施例 4 (充电时均充每一单体电池）：

[0027] 如图 2所述。 在有充电电源 8时， 同实施例 3、 [0021]至 [0026]所述， 可以均衡充电每一单体电池。

[0028] 虽然结合参照示例性实施方式对本发明进行了 说明描述， 但是应当理解本发明并不局限于公开的实施例 、 以及说明 书中详细描述和示出的具体实施方式， 而且， 在本发明的原理和范围之内， 可以对本发明进行修改， 以引入本说明书未说明 的任何改变、 替换或者等效组件， 而不脱离本发明的范围， 本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做 出各种改变， 所有 的这种改变均落入本发明的保护范围。