一種動力鈦酸鋰電池管理系統的製作方法
2023-06-26 10:27:16 2
一種動力鈦酸鋰電池管理系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了屬於電池管理【技術領域】的一種具有保護功能和監控功能的動力鈦酸鋰電池管理系統。該系統的充電機與主控單元連接，主控單元通過CAN總線與採集單元，均衡單元和顯示單元相連接。本實用新型充電保護、過放電保護以及過電流保護模塊，確保電池使用安全，高低溫保護和平衡等功能，能使電池的使用壽命延長。
【專利說明】一種動力鈦酸鋰電池管理系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於電池管理【技術領域】，具體涉及一種具有保護功能和監控功能的動力鈦酸鋰電池管理系統。
【背景技術】
[0002]作為鋰離子電池負極材料-鈦酸鋰，可與錳酸鋰、三元材料或磷酸鐵鋰等正極材料組成2.4V或1.9V的鋰離子二次電池，此外它還可以用作正極，與金屬鋰或鋰合金負極組成1.5V的鋰二次電池。由於鈦酸鋰的高安全性、高穩定性、長壽命和綠色環保的特點。可以預見:鈦酸鋰材料一定會成為新一代鋰離子電池的負極材料而被廣泛應用在新能源汽車、觀光車、電動自行車摩託車和要求高安全性、高穩定性和長周期儲能等電池的應用領域。
[0003]實際應用中，鈦酸鋰電池組必須配備專用電池管理系統，以確保鈦酸鋰電池安全及使用壽命，電池管理系統(Battery Management System,簡稱BMS)的功能可分為兩類:保護功能和監控功能。可靠的BMS能夠使電池始終保持在最佳工作狀態下，最大限度延長電池的壽命。傳統的鈦酸鋰電池管理系統缺乏過充電保護、過放電保護、過電流保護以及高低溫保護和平衡等功能，不能確保電池使用安全，使用壽命低。
實用新型內容
[0004]本實用新型針對目前的電池管理系統缺乏過充電保護、過放電保護、過電流保護以及高低溫保護和平衡等功能，不能確保電池使用安全，使用壽命低的問題，提出一種動力鈦酸鋰電池管理系統。
[0005]一種動力鈦酸鋰電池管理系統，充電機I與主控單元2連接，主控單元2通過CAN總線3 (控制器區域網路)與採集單元4，均衡單元5和顯示單元6相連接。
[0006]所述主控單元2包括過充電保護模塊，過放電保護模塊，過流保護模塊，溫度保護模塊，平衡功能模塊。
[0007]所述採集單元4的個數為2-400個。
[0008]所述均衡單元5的個數為2-400個。
[0009]本實用新型的有益效果:本實用新型充電保護、過放電保護以及過電流保護模塊，確保鈦酸鋰電池使用安全，高低溫保護和平衡等功能，能使鈦酸鋰電池的使用壽命延長。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型動力鈦酸鋰電池管理系統結構示意圖；
[0011]圖中，1-充電機、2-主控單元、3-CAN總線、4_採集單元、5_均衡單元、6_顯示單
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【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步說明。[0013]實施例1
[0014]一種動力鈦酸鋰電池管理系統，充電機I與主控單元2連接，主控單元2通過CAN總線3 (控制器區域網路)與採集單元4，均衡單元5和顯示單元6相連接。所述主控單元2包括過充電保護模塊，過放電保護模塊，過流保護模塊，溫度保護模塊，平衡功能模塊。所述採集單元4的個數為2個。所述均衡單元5的個數為2個。
[0015]各功能模塊的作用如下所述:
[0016](I)過充電保護模塊
[0017]鋰電池充電過程中，電芯電壓超過上限電壓(2.75V)時，過量的鋰離子將從電池正極脫出，引起正極晶格結構被破壞，導致電芯容量急劇變小。當電芯電壓過高時，鋰離子會沿著負極表面生長出樹枝狀結晶，進而造成正負極短路發生爆炸。所以鋰電池使用中，過充電是被嚴格禁止的。BMS會監控系統中每節電芯電壓，當電芯電壓超過充電限制電壓(2.75V)時，BMS會關斷充電迴路從而保護電池組。內部集成晶片過充電保護閾值電壓的精度典型值為:±25mV。
[0018](2)過放電保護模塊
[0019]鋰電池放電過程中，電芯電壓低於下限電壓時，電芯負極的金屬集流體將被溶解，會大大縮短電芯的使用壽命，且給電芯造成的損害往往是不可逆的。在極限情況下，給過度放電的電芯充電時，金屬集流體會在負極附近沉積，當沉積達到電芯正極時將造成電芯內部短路或者漏液。BMS進行過放電保護的動作類似於過充電保護，但很多BMS在電芯過放電保護後，為了防止鋰電池進一步過度放電，均會進入自身功耗降低模式。常見的過放電保護閾值精度為:±50mV。
[0020](3)過流保護模塊
[0021]電池都存在一定的內阻，當電池工作電流過大時，電池內部的發熱明顯增加，電池溫度會升高，從而導致電池的熱穩定性下降，並形成正反饋。而且，鋰離子電池的正負極的脫嵌鋰離子的能力是有限的，當電池的充放電電流大於電池的脫嵌能力時，將導致電池的極化電壓增加，導致電池的實際容量減小，嚴重時還會導致鋰離子的澱積影響電池的安全性。鋰離子電池保護系統會根據電池組放電電流大小，選擇不同的過流保護延時。較為常見的過流保護延時在20mS左右，而短路保護延時則大多在200?500uS之間。隨著鈦酸鋰電池應用領域的拓展，對純保護功能的BMS的要求也越來越高，包括高低溫保護甚至平衡功能逐漸成為此類BMS的必備功能。
[0022](4)溫度保護模塊
[0023]電芯溫度對鋰離子電池性能的發揮具有重要影響，電池溫度高時，電芯活性增加，能量能夠得到更加有效的發揮，但是高溫下，鋰離子電池正極晶格結構穩定性會變差，長期高溫工作會明顯縮短電池壽命；相對而言，低溫下鋰電子電池活性下降，可用容量減小，能量利用率變低，尤其是低溫下充電容量將變得很低，同時可能產生安全隱患。較完善的鋰電池保護系統，在電芯溫度超過預訂的高溫或是低於預訂的低溫，均會禁止電池組進行充放電，從而延長電池壽命，提高容量利用率。
[0024](5)平衡功能模塊
[0025]動力鋰離子電池一般都要幾串、幾十串甚至幾百串以上，由於電池在生產過程中，從塗膜開始到成為成品要經過很多道工序，即使經過嚴格的檢測程序，使每組電源的電壓、電阻、容量一致，但使用一段時間以後，電池內阻、電壓、容量等參數產生波動，形成不一致的狀態，就會產生這樣或那樣的差異。這種差異體現為電池組充滿或放完時串聯電池芯之間的電壓不相同。這種情況下導致電池組充電的過程中，電壓過高的電池芯提早觸發電池組過充電保護，而在放電過程中電壓過低的電池芯導致電池組過放電保護，從而使電池組的整體容量明顯下降，整個電池組體現出來的容量為電池組中性能最差的電池芯的容量，而且使用時很容易發生過充和過放現象，且不易發現，導致提前失效。當前，相當一部分鋰離子電池保護系統具備平衡功能，用以從具有較高電壓的電池抽取多餘的電流，消耗多餘的電量，實現電池均衡，最大限度地發揮動力鋰電池的效用，延長電池的使用壽命，增加安全性。
【權利要求】
1.一種動力鈦酸鋰電池管理系統，其特徵在於，充電機⑴與主控單元⑵連接，主控單元(2)通過CAN總線(3)與採集單元(4)，均衡單元(5)和顯示單元(6)相連接。 所述主控單元(2)包括過充電保護模塊，過放電保護模塊，過流保護模塊，溫度保護模塊，平衡功能模塊。
2.根據權利要求1所述一種動力鈦酸鋰電池管理系統，其特徵在於，所述採集單元(4)的個數為2-400個。
3.根據權利要求1所述一種動力鈦酸鋰電池管理系統，其特徵在於，所述均衡單元(5)的個數為2-400個。
【文檔編號】H02J7/00GK203491740SQ201320535312
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】袁文華 申請人:袁文華