有利于實(shí)現(xiàn)非能耗式電量均衡的車(chē)用鋰電池模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車(chē)用電池領(lǐng)域，尤其涉及一種有利于實(shí)現(xiàn)非能耗式電量均衡的車(chē)用鋰電池模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)進(jìn)步科技創(chuàng)新的日新月異，汽車(chē)在人們生活中已經(jīng)成為了不可替代的一部分。它不僅推動(dòng)了人類文化的進(jìn)步，也在慢慢地改變?nèi)藗兊纳?。然而，汽?chē)的普及導(dǎo)致環(huán)境污染日益嚴(yán)重，其中空氣污染最為明顯。最近幾年，汽車(chē)進(jìn)入家庭的步伐逐漸加快，目前中國(guó)民用汽車(chē)保有量已超過(guò)I億輛，超過(guò)德國(guó)，僅次于美國(guó)。同時(shí)，中國(guó)人口眾多，各大城市人口密度很高，導(dǎo)致汽車(chē)尾氣排放量平均高于其他國(guó)家?？諝猸h(huán)境的每況日下令所有人擔(dān)憂，而且還呈逐年惡化的趨勢(shì)。另外，隨著汽車(chē)購(gòu)買(mǎi)量的加大，石油資源等汽車(chē)燃料也面臨著日益枯竭的局面?，F(xiàn)階段的中國(guó)已經(jīng)面臨著石油短缺的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，急需研宄開(kāi)發(fā)新能源來(lái)應(yīng)對(duì)能源安全。電動(dòng)汽車(chē)戰(zhàn)略已經(jīng)成為我國(guó)新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展的決策。
[0003]目前在發(fā)展中的電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)中，電池成為制約汽車(chē)成本和續(xù)航里程的一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。世界著名的電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)商特斯拉率先采用使用廣泛，質(zhì)量過(guò)硬的18650鋰電池作為其電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力源，引起了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。18650鋰電池具有能量密度高，技術(shù)成熟，成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是對(duì)于單個(gè)的電池體，其容量?jī)H僅只有2000mAh。因此需要集成大量的18650電池才能滿足汽車(chē)上對(duì)電池要求。這種大量集成過(guò)程中，電池的一致性問(wèn)題尤為突出，如何保證整個(gè)系統(tǒng)中電池容量的一致性使整個(gè)電池系統(tǒng)的壽命和安全得到最大保證是當(dāng)前研宄的熱門(mén)問(wèn)題。
[0004]在一個(gè)大的鋰電池組中，存在多個(gè)鋰電池并聯(lián)和串聯(lián)。影響鋰離子電池組各單體電池一致性的因素，主要是電壓、內(nèi)阻和容量等，其中電壓為電池在組裝時(shí)的初始電壓，內(nèi)阻為充滿電時(shí)的交流內(nèi)阻，容量為放電容量。若鋰電池組的一致性較差，可能會(huì)導(dǎo)致各電芯在充放電時(shí)的實(shí)時(shí)電壓分配不均，造成過(guò)壓充電或欠壓放電。鋰離子電池的過(guò)壓充電或欠壓放電會(huì)引起副反應(yīng)，使電池組的使用時(shí)間明顯縮短，并引發(fā)安全問(wèn)題。而集成度越高的系統(tǒng)，一致性影響也會(huì)越大。因此在設(shè)計(jì)鋰電池組電路時(shí)，都必須考慮單體電池的一致性問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)未最大化解決一致性的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有車(chē)用鋰電池組各單體電池一致性較差，導(dǎo)致鋰電池組使用時(shí)間較短和安全性較差的問(wèn)題，提供一種有利于實(shí)現(xiàn)非能耗式電量均衡的車(chē)用鋰電池模塊，保護(hù)了電池組中每塊單體電池，延長(zhǎng)了整個(gè)電池組的壽命。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:提供一種有利于實(shí)現(xiàn)非能耗式電量均衡的車(chē)用鋰電池模塊，它包括m個(gè)依次串接的電池塊，每個(gè)電池塊包含η節(jié)單體電池，相鄰電池塊之間分別設(shè)有一個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣，各開(kāi)關(guān)矩陣中至少具有η*η個(gè)開(kāi)關(guān)；相鄰電池塊之間，前一個(gè)電池塊的一節(jié)單體電池的正極接線柱通過(guò)η個(gè)開(kāi)關(guān)與后一個(gè)電池塊的每節(jié)單體電池的負(fù)極接線柱連接；同一時(shí)刻，一個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣中最多只有一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。
[0007]按上述技術(shù)方案，所述開(kāi)關(guān)矩陣為MOSFET集成的開(kāi)關(guān)矩陣，由MCU進(jìn)行控制，MOSFET的電壓控制端和MCU的控制接口之間由光耦合器隔離。
[0008]按上述技術(shù)方案，每個(gè)MOSFET的S極與前一個(gè)電池塊的一塊單體電池的正極接線柱連接，D極與后一個(gè)電池塊的所有單體電池的負(fù)極接線柱連接，G極為電壓控制端，MOSFET的G極由光耦合器與MCU的控制接口進(jìn)行隔離。
[0009]按上述技術(shù)方案，MCU與光耦合器之間設(shè)置鎖存器，MCU的控制接口與鎖存器的輸入端連接，鎖存器的輸出端與光耦合器的輸入端連接，光耦合器的輸出端通過(guò)配置電阻與MOSFET的G極連接。
[0010]按上述技術(shù)方案，開(kāi)關(guān)矩陣為MOSFET集成的開(kāi)關(guān)矩陣，由MCU進(jìn)行控制，具體過(guò)程包括，MCU通過(guò)控制開(kāi)關(guān)矩陣將不同電池塊中具有相同電量等級(jí)的單體電池切換到同一并聯(lián)支路，使得車(chē)用鋰電池模塊成為具有η條不同剩余電量的并聯(lián)電路，通過(guò)MCU計(jì)算后，將具有不同電量的并聯(lián)支路采用脈沖寬度調(diào)制控制放電電流的方式按比例控制放電電流，使得所有并聯(lián)支路放電時(shí)間達(dá)到一致。
[0011]按上述技術(shù)方案，在有利于實(shí)現(xiàn)非能耗式電量均衡的車(chē)用鋰電池模塊投入負(fù)載之前，對(duì)所有電池塊中的單體電池進(jìn)行剩余電量估算，將每個(gè)電池塊中單體電池按照剩余電量的多少進(jìn)行編號(hào)，剩余電量由高到低標(biāo)記為I號(hào)?η號(hào)；將不同電池塊中具有相同標(biāo)號(hào)的單體電池切換到同一并聯(lián)支路，每條并聯(lián)支路中串聯(lián)單體電池?cái)?shù)為m;通過(guò)MCU控制，開(kāi)關(guān)矩陣從近地端開(kāi)始依次向高電位端導(dǎo)通，將η條并聯(lián)支路導(dǎo)通。
[0012]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明有利于實(shí)現(xiàn)非能耗式電量均衡的車(chē)用鋰電池模塊采用不同于傳統(tǒng)的電池均衡策略，通過(guò)多個(gè)MOSFET組成開(kāi)關(guān)矩陣形式，能夠?qū)崿F(xiàn)電池模塊中所有單體電池在電池模塊中任意并聯(lián)支路中切換。通過(guò)對(duì)單體電池的剩余電量的估算，將具有相同等級(jí)剩余電量的單體電池分在同一并聯(lián)支路，然后對(duì)所有并聯(lián)支路采用按比例放電控制方法使電池模塊的各條并聯(lián)支路放電時(shí)間保持基本一致。本發(fā)明車(chē)用鋰電池模塊控制效率高，操作簡(jiǎn)單可靠，減少了由于鋰電池組一致性較差導(dǎo)致各單體電池在充放電時(shí)造成的過(guò)充電或過(guò)放電問(wèn)題，使大規(guī)模集成的鋰電池模塊的安全性和壽命得到提升。
【附圖說(shuō)明】
[0013]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中:
圖1是本發(fā)明實(shí)施例有利于實(shí)現(xiàn)非能耗式電量均衡的車(chē)用鋰電池模塊的工作流程示意圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例有利于實(shí)現(xiàn)非能耗式電量均衡的車(chē)用鋰電池模塊中相鄰電池塊的連接示意圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例中MCU通過(guò)鎖存器對(duì)光耦合器進(jìn)行控制的線路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0015]本發(fā)明實(shí)施例中，提供一種有利于實(shí)現(xiàn)非能耗式電量均衡的車(chē)用鋰電池模塊，它包括m個(gè)依次串接的電池塊，每個(gè)電池塊包含η節(jié)單體電池，相鄰電池塊之間分別設(shè)有一個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣，各開(kāi)關(guān)矩陣中至少具有η*η個(gè)開(kāi)關(guān)；相鄰電池塊之間，前一個(gè)電池塊的一節(jié)單體電池的正極接線柱通過(guò)η個(gè)開(kāi)關(guān)與后一個(gè)電池塊的每節(jié)單體電池的負(fù)極接線柱連接；同一時(shí)刻，一個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣中最多只有一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。每個(gè)電池塊有η個(gè)正極接線柱和η個(gè)負(fù)極接線柱。
[0016]其中，所述開(kāi)關(guān)矩陣為MOSFET集成的開(kāi)關(guān)矩陣，由MCU進(jìn)行控制，MOSFET的電壓控制端和MCU的控制接口之間由光耦合器(光耦)隔離。