[发明专利]用于电池模块的平衡监控及测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种用于电池模块的平衡监控及测试系统。

背景技术

锂电池凭借其蓄能容量大、工作电压高、循环性能好、自放电率低、无记忆效应、无污染等优点成为新一代理想动力源，被广泛地应用于电动汽车和混合动力汽车。但单个电池单体的电压和电流都太低，不足以驱动电机，因此将多个电池单体并联、串联或混联方式连接，并配合以控制、平衡、监控、通信及保护功能电路形成电池模块以获得更高的驱动功率。

锂电池具有安全工作电压，电压一旦超过上限或下限都影响电池模块的能效和寿命，甚至会导致漏液、有毒气体泄露甚至爆炸等安全事故，因此在使用过程中应实时地精确监控电池状态，避免过充或过放。由于同一锂电池的电压随不同的环境温度、充放电电流大小及寿命状态而差异很大，而且锂电池比能量高，微小的电压差异可能意味着很大的能量差，因此锂电池的状态通常以SOC(state of charge，荷电状态)作为描述参数，用于反映电池的可使用容量。电池的SOC估算是一个开放性的问题，通过大量的实验表明，OCV(open circuit voltage，开路电压)不依赖于电池充放电电流和内阻，可以较好地表征锂电池的SOC。锂电池在SOC高端和低端时电压变化较快，在约40％至80％之间时，电池的开路电压OCV与SOC基本呈线性，在相同的环境中不同单体电池的OCV-SOC曲线一致性较好，因此在此范围内，可以由电压差异度直接得到SOC差异度，OCV与SOC具有一一对应的关系。

由于每个电池单体在容量和内阻上存在差异性，在电池模块工作过程中，每个电池单体的温度、电压、电流等都不同。具体地说，一方面，内阻大的电池单体是耗能的主要部件，极易发热，致使电池模块内部温度差异增大，缩短寿命；另一方面，容量大的电池单体处于小电流浅充浅放状态，容量小者总处于大电流过充过放状态，导致电池单体之间的性能差异更大。因此，电池管理系统利用蓄能元件进行能量的转移和平衡极为重要。而SOC可以准确地表征电池的能量状态，电池的均衡本质上是SOC的均衡，所以将SOC偏差作为平衡电路的启动条件具有很强的理论和实际意义。

当电池模块中有某一电池单体的电压与其它电池单体的电压差异较大时，平衡电路使能量在电池单体与电池单体或电池单体与模块之间进行转移，始终避免电池单体之间的SOC差异过大。但是，在电池模块工作中，当电池模块中出现有电池单体电压在安全范围之外的异常情况时，若启动平衡电路，能量会在各电池单体间不断转移，极易使所有电池单体的电压和SOC不断降低，而使整个电池模块自放电率大大增加，甚至导致模块过放电，开启平衡电路又造成不必要的能量浪费。

因此，需要对电池模块中平衡电路的开启和关闭进行必要的设置，并当电池模块中平衡电路启动后，还需要对平衡电路的平衡电流实时监控。当平衡电流过大时，需要实时地断开平衡电路，或者采集到电池模块中出现单体电池电压异常、温度异常以及充放电电流过大时，都需要及时地断开平衡电路，即需要一种可以对电池模块的平衡电路进行控制和智能管理的系统

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种用于电池模块的平衡监控及测试系统，该系统能够根据实时采集的电池模块电压和温度参数信息估算电池模块的荷电状态，通过判定荷电状态决定实时发送平衡电路开启信号或中止信号，并能监控电池模块的平衡过程。

为达到上述目的，本发明的实施例公开了一种用于电池模块的平衡监控及测试系统，包括：采集模块，所述采集模块与电池模块相连，用于采集所述电池模块的每个单体电池的电池状态数据，其中，所述电池状态数据包括每个所述单体电池的开路电压和每个所述单体电池的温度；存储模块，所述存储模块分别与所述采集模块和所述电池模块相连，用于存储所述采集模块采集到的电池状态数据；运算模块，所述运算模块与所述存储模块相连，用于根据每个所述单体电池的开路电压和温度估算每个所述单体电池的荷电状态，并根据每个所述单体电池的荷电状态估算所述电池模块的荷电状态，以及估算所述电池模块的荷电状态与预设荷电状态的偏差值，并将所述偏差值与预设偏差阈值进行比较；以及信号输出模块，所述信号输出模块分别与所述运算模块和所述电池模块相连，用于在所述偏差值高于所述预设偏差阈值时，向所述电池模块的平衡电路发送平衡开启脉冲宽度调制PWM信号以开启所述平衡电路。