一种锂电池组电源管理系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂电池充放电保护技术领域，具体涉及一种锂电池组电源管理系统。
【背景技术】
[0002]目前，电动汽车以其独特的节能环保的优势引起越来越多的国家的重视，开展了大量的相关研究和开发工作。其中动力锂电池电源以其所具备的体积小、质量轻、能量密度大、无记忆效应、使用寿命长、使用范围广、工作电压高和自放电率低等优点而成为主流电动力源技术。然而动力锂电池电源是由多个锂电池电池通过串联、并联等方式组合而成;在电池组中，单体之间的差异总是存在的，由此造成一些不利因素。以容量为例，其差异性是逐步恶化的。组中流过同样电流，相对而言，容量大者总是处于小电流浅充浅放，容量衰减较慢;而容量小者总是处于大电流过充过放，容量衰减加快，两者之间性能参数差异越来越大，结果小容量提前失效，组寿命缩短。即使组中电池容量一致，但由于工艺等因素造成内阻不一致，使得充放电过程中单体电压变化也不一致，影响电池寿命。为此，动力锂电池电源管理成为了电动汽车领域一个重要的技术关键点。
[0003]通常地，动力锂电池成组串联使用，多组之间再串联及并联形成电池包。电池组充电时若有一个电池充电电压达到设定值(例如4.2V)，即切断充电回路以避免过充电。这样往往造成“木桶效应”，电池组总电量受某个单体电池限制，充电只能将一个单体电池充满，整个电池组不满，导致电池组放电容量变小。同样，电池组放电时若有单体达到设定值即需切断放电回路以避免过放电，进一步缩小电池组放电容量。为此人们采用一些充放电均衡技术来试图改善这个问题。一个显而易见的措施是给每只电池各增加一个旁路装置进行分流。如每个电池都并联一个MOSFET开关，过充电时通过旁路电阻、电容分流等。但这些仅适合小功率场合，在大功率条件下效果并不明显，而且会带来发热、难以控制等相关问题。目前人们开始关注一种可以在大功率条件下应用的能量转换式均衡技术，即以反激转换器为中介，当单体电池过充时，把这个电池多余的能量反馈到整个电池组上去；当单体电池过放时，由锂电池组整体向单体电池进行补充电。由于变压转换器的同轴线圈存在一定的能量损失，造成均衡效率降低，同时也造成均衡电路体积大，线圈绕组较难控制，电路成本较高等问题。
[0004]上述的均衡技术都是基于分流原理，在不断开电池的工作回路的前提下对于偏离多数区间的单体电池或者进行分流减负，或者进行汇流补充。其主要问题是大功率的分流、汇流效果不易实现，而且当单体电池处于过充电、过放电时仍需持续工作，一旦均衡控制措施匹配不佳时会加速电池老化;同时也无法简单地用新电池替换旧电池。
[0005]要克服分流均衡的缺点，可以采用断流均衡的方法，即对每一个电池并联一个单刀双掷开关(机械触点或电力电子部件)，一旦电池出现过充电、过放电时即转换开关将电池单独旁路断开，避免电池过度使用，同时减轻木桶效应的影响，方便更换新电池。此方法虽然简单，但动力电池往往应用于大功率、大电流场合，导致技术上不易实现。若此开关用MOSFET、IGBT功率管实现，则成本大增，且在大电流时易出现过热等不利情况，以及低压与高压部分的隔离措施复杂的问题。若采用电磁式继电器方案，则电磁驱动可靠性问题难以解决，降低安全性。常规的电磁式继电器，其驱动继电器触点闭合和断开的驱动机构都是电磁线圈，在大功率使用中会有烧触点和莫名其妙的跳闸现象，其根本原因是触点压力不够大所造成的。由于这些限制因素，断流均衡的方法在工程上实际也无法应用。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种锂电池组电源管理系统。该装置能够以较为简单、经济的方式来实现电池单体的过充、过放异常状态的保护，从而改善电池组的使用容量并延长电池组的使用寿命，并且具有高可靠性。
[0007]为达到以上目的，本发明采用的技术方案是:一种锂电池组电源管理系统，包括在串联的电池组中的每个电池均并联一个转换开关，所述转换开关连接能够监测所述电池是否处于过充、过放、过热状态并发出相应驱动信号的电池组控制单元，其中所述转换开关采用电机式继电器。
[0008]进一步，所述电池组串联一个连接所述电池组控制单元的电池组开关，所述电池组开关采用电机式继电器。
[0009 ]进一步，所述电机式继电器包括微型电机加涡轮蜗杆减速机构。
[0010]进一步，所述转换开关为转换型，采用的所述电机式继电器包含由一个动触点与两个静触点构成的单刀双掷机械开关，所述单刀双掷机械开关包括常闭和转换两种状态。
[0011]进一步，所述电池组开关为常开型，采用的所述电机式继电器包含由一个动触点与一个静触点构成的单刀单掷机械开关，所述单刀单掷机械开关包括常开和闭合两种状
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[0012]进一步，每个所述电机式继电器均通过专用的继电器驱动电路连接所述电池组控制单元并获得所述电池组控制单元发出的所述驱动信号。
[0013]进一步，所述电池组控制单元与上级管理单元连通。
[0014]更进一步，所述电池组控制单元通过CAN通信总线与上级管理单元连通。
[0015]进一步，所述电机式继电器通过所述电池组获得电源。
[0016]进一步，所述电池组控制单元通过所述电池组获得电源。
[0017]本发明的有益效果有以下几点:
[0018]1.顺应动力锂电池组电源管理进一步精细化的要求，较好地实现了电池单体的过充、过放、过热异常状态的保护，改善了电池组的使用容量并延长电池组的使用寿命；
[0019]2.电源管理系统以较为简单的方式实现了充放电均衡的目标，同时具备适应大功率使用环境、高可靠性的优点，电机式继电器耐冲击电流大，可以达到标定电流的60倍以上，能够在强恒定磁场下正常工作，显著地改善了传统继电器在闭合和断开的过程中出现的拉弧、打火或者抖动现象；
[0020]3.系统实现方案具有控制简单、成本较低的优势，并且可以较好地适应锂电池单体状态差异较大的使用条件；
[0021]4.电机式继电器显著降低了机械开关的接触电阻，可低于0.3πιΩ，而且需要的驱动电流小，功耗更低；同时具有体积小，重量轻的优点。
【附图说明】
[0022]图1是本发明【具体实施方式】中所述锂电池组电源管理系统的电路图；
[0023]图2是本发明【具体实施方式】中所述继电器驱动电路的电路图；
[0024]图中:1_电池，2-单刀双掷机械开关，3-单刀单掷机械开关，4-转换开关，5-继电器驱动电路，6-电池组控制单元，7-CAN通信总线、8-电池组开关。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0026]如图1所示，一种锂电池组电源管理系统，包括给串联在电池组中的每一个电池I(的正负极端子)都并联一个由电机式继电器构成的转换开关4，转换开关4所米用的电机式继电器包含由一个动触点与两个静触点构成的单刀双掷机械开关2，单刀双掷机械开关2包括常闭和转换两种状态(图1中，每个电池都设置有一个单刀双掷机械开关2，电池组中的电池数量为4个，仅为示例)。
[0027]还包括设置一个与电池组串联的电池组开关8，电池组开关8同样采用电机式继电器，电池组开关8所采用的电机式继电器包含由一个动触点与一个静触点构成的单刀单掷机械开关3，单刀单掷机械开关3包括常开和闭合两种状态。
[0028]还包括一个能够监测电池组中的每个电池I以及整个电池组的状态的电池组控制单元6(电池组控制单元6通过连接在每个电池I上的电压探