專(zhuān)利名稱(chēng)：電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模 塊。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著人們對(duì)能源危機(jī)、環(huán)境污染等社會(huì)問(wèn)題的日益關(guān)注，節(jié)能環(huán)保的新能 源汽車(chē)已成為汽車(chē)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。其中，優(yōu)先發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)對(duì)我國(guó)能源結(jié)構(gòu) 的轉(zhuǎn)型升級(jí)和汽車(chē)工業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展有著極其重要的意義，必將成為國(guó)家新能源汽車(chē)戰(zhàn) 略的主要技術(shù)路線。“十一五”期間，北京市投入使用的純電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)已達(dá)千輛。 2008年北京奧運(yùn)期間，集中投入了 595輛自主研發(fā)的混合動(dòng)力、純電動(dòng)及燃料電池汽車(chē)，累 計(jì)運(yùn)行370多萬(wàn)公里，運(yùn)送乘客440多萬(wàn)人次，實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)史上最大規(guī)模的電動(dòng)汽車(chē)示范運(yùn) 行。2010年的上海世博會(huì)開(kāi)啟了電動(dòng)車(chē)應(yīng)用的新時(shí)代，電動(dòng)汽車(chē)成為世博園區(qū)內(nèi)最重要的 交通工具。目前上海市正在抓緊建設(shè)充電站網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施，預(yù)計(jì)兩年內(nèi)會(huì)有2萬(wàn)輛以上 純電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入公交、物流、出租與環(huán)衛(wèi)車(chē)輛的行列。從去年初開(kāi)始，國(guó)家科技部、財(cái)政部、 發(fā)改委、工信部等部門(mén)積極組織推進(jìn)了 “十城千輛”電動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模示范行動(dòng)計(jì)劃，研究出 臺(tái)了專(zhuān)項(xiàng)財(cái)政補(bǔ)貼政策，支持在北京、上海、重慶等13個(gè)城市的公交、出租、公務(wù)、環(huán)衛(wèi)和郵 政等公共服務(wù)領(lǐng)域示范推廣電動(dòng)汽車(chē)，計(jì)劃利用三年多時(shí)間示范推廣6萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)。在 由工信部牽頭制定的《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》中提出，到2020 年，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)保有量應(yīng)達(dá)到500萬(wàn)輛。國(guó)家電網(wǎng)公司等相關(guān)企業(yè)通過(guò)對(duì)多種充電方式的比較研究，提出了電池更換的方 式。采用這種方式，當(dāng)車(chē)輛需要進(jìn)行補(bǔ)充充電時(shí)，只需在附近的換電站將需要充電的電池從 車(chē)上卸下，再裝入已充滿(mǎn)電的電池，車(chē)輛即可離開(kāi)。換電站負(fù)責(zé)將卸下的待充電電池運(yùn)輸?shù)?大型充電站集中充電。這種換電站換電池、充電站集中充電的方式將大大節(jié)省用戶(hù)的充電 時(shí)間，提高了車(chē)輛的使用效率。此外，集中充電的方式也可避免用戶(hù)自行快充對(duì)電池壽命的 影響，同時(shí)集中管理的方式也大大加強(qiáng)了電池充電的安全可靠性。為廣泛適應(yīng)公交車(chē)、商用 車(chē)和乘用車(chē)市場(chǎng)不同層次的需求，需要對(duì)單個(gè)成組動(dòng)力電池的電壓、電量、尺寸等參數(shù)作出 標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定，以方便充、換電站的標(biāo)準(zhǔn)化管理。根據(jù)目前電動(dòng)汽車(chē)試點(diǎn)推廣城市的應(yīng)用經(jīng) 驗(yàn)，60-80V左右的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力電池組能夠基本覆蓋不同層次市場(chǎng)的需求，同時(shí)其體積小、 重量輕，能夠適應(yīng)充、換電站的標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)營(yíng)管理的要求。集中充電站必須配置大量的和標(biāo)準(zhǔn) 動(dòng)力電池組相對(duì)應(yīng)的充電模塊。目前，制約電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸主要是動(dòng)力電池和充電方式。在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政 策和科技項(xiàng)目的支持及推進(jìn)下，大容量能量型鋰離子蓄電池的產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)接近國(guó)際先進(jìn) 水平。當(dāng)前，鋰離子蓄電池電池單體的性能，已基本能夠滿(mǎn)足應(yīng)用要求。但是，電池成組后 在充放電過(guò)程中容易發(fā)生單體電池過(guò)充電、過(guò)放電、和過(guò)溫等問(wèn)題，嚴(yán)重影響成組鋰離子蓄 電池的使用壽命和安全性能。上述問(wèn)題已經(jīng)成為制約鋰離子蓄電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要障礙，也是制約當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸。目前市場(chǎng)上的充電機(jī)、充電模塊均沒(méi)有考慮單體電池均衡充電的問(wèn)題和充電過(guò)程 中對(duì)單體電池的保護(hù)問(wèn)題，而是把這些問(wèn)題留給電池廠家或最終用戶(hù)。為了解決這些問(wèn)題， 電池廠家或用戶(hù)必須給每個(gè)電池組配備電池管理系統(tǒng)(BMS)，由BMS來(lái)實(shí)現(xiàn)單體電池的均 衡充電、單體電池過(guò)充和過(guò)放保護(hù)、單體電池的狀態(tài)檢測(cè)(電壓，溫度，S0C)等功能。但是由 于電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)空間的限制，隨車(chē)(隨電池)BMS的單體電池均衡能力一般不夠，不能實(shí)現(xiàn)有效 均衡，嚴(yán)重影響了動(dòng)力電池的使用效率和壽命。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能 充電模塊的技術(shù)方案。所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于包括一個(gè)智能控制器、一個(gè) 具有電磁隔離的DC/DC或AC/DC變流器和一個(gè)充電均衡電路，所述的具有電磁隔離的DC/DC 或AC/DC變流器的輸入端接直流母線或交流電，輸出端接動(dòng)力電池組的正、負(fù)極，所述的充 電均衡電路與動(dòng)力電池組并聯(lián)設(shè)置，所述的智能控制器分別連接具有電磁隔離的DC/DC或 AC/DC變流器、充電均衡電路和動(dòng)力電池組，智能控制器對(duì)具有電磁隔離的DC/DC或AC/DC 變流器的輸出電流、電壓以及動(dòng)力電池組中的各單體電池的電壓、溫度進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)智能 運(yùn)算后輸出控制信號(hào)來(lái)控制具有電磁隔離的DC/DC或AC/DC變流器和充電均衡電路的工作 狀態(tài)。所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于所述的智能控制器由一個(gè)微 控制器、多個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)化電路、多個(gè)控制信號(hào)輸出電路、一個(gè)通信接口構(gòu)成，智能控制器將 采樣到的電流、電壓、和溫度參數(shù)通過(guò)其通信接口上傳給上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)。所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于所述的具有電磁隔離的DC/ DC或AC/DC變流器采用帶高頻變壓器的全橋DC/DC電路或半橋DC/DC電路，其功率開(kāi)關(guān)器 件采用MOSFET或IGBT。所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于所述的具有電磁隔離的DC/ DC或AC/DC變流器采用帶高頻變壓器的全橋AC/DC電路或半橋AC/DC電路，其功率開(kāi)關(guān)器 件采用MOSFET或IGBT。所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于所述的充電均衡電路采用無(wú) 損耗的模塊化主動(dòng)均衡電路，所述的模塊化主動(dòng)均衡電路由多個(gè)充電均衡模塊組成，每個(gè) 充電均衡模塊分別和相對(duì)應(yīng)的動(dòng)力電池組中的各個(gè)單體電池并聯(lián)。所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于所述的充電均衡模塊由開(kāi)關(guān) 電路和無(wú)源儲(chǔ)能器件構(gòu)成，相鄰的充電均衡模塊與相對(duì)應(yīng)的各個(gè)單體電池配合連接。所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于所述的開(kāi)關(guān)電路中的功率開(kāi) 關(guān)器件采用MOSFET。所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于所述的無(wú)源儲(chǔ)能器件采用電 感、電容。上述電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，在動(dòng)力電池組上并聯(lián)設(shè)置充電均衡電路， 其與智能控制器相配合就能夠?qū)﹄妱?dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組的充電過(guò)程進(jìn)行智能化檢測(cè)、控制和
4均衡，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組中的所有單體電池快速、均衡、安全充電，提高了動(dòng)力電池組的使 用效率、延長(zhǎng)了動(dòng)力電池組的壽命。


圖1為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是為充電均衡電路工作原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明
如圖所示，電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，包括一個(gè)智能控制器4、一個(gè)具有電磁隔 離的DC/DC或AC/DC變流器1 (充電器)和一個(gè)充電均衡電路3，該動(dòng)力電池智能充電模塊 為動(dòng)力電池組充電；所述的智能控制器4由一個(gè)微控制器、多個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)化電路、多個(gè)控制 信號(hào)輸出電路、一個(gè)通信接口構(gòu)成；所述的具有電磁隔離的DC/DC或AC/DC變流器1的輸入 端接直流母線或交流電，輸出端接動(dòng)力電池組的正、負(fù)極。所述的智能控制器4分別連接具有電磁隔離的DC/DC或AC/DC變流器1、充電均衡 電路3和動(dòng)力電池組，智能控制器4對(duì)具有電磁隔離的DC/DC或AC/DC變流器1的輸出電 流、電壓以及動(dòng)力電池組中的各單體電池的電壓、溫度進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)智能運(yùn)算后輸出控制 信號(hào)來(lái)控制具有電磁隔離的DC/DC或AC/DC變流器1和充電均衡電路3的工作狀態(tài)，即智 能控制器4根據(jù)上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的指令來(lái)控制具有電磁隔離的DC/DC或AC/DC變流器1 (充 電器)對(duì)動(dòng)力電池組進(jìn)行充電，同時(shí)也控制充電均衡電路3對(duì)動(dòng)力電池組中的各單體電池單 元進(jìn)行充電均衡；同時(shí)，智能控制器4將采樣到的電流、電壓、和溫度參數(shù)通過(guò)其通信接口 上傳給上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)。所述的具有電磁隔離的DC/DC或AC/DC變流器1采用帶高頻變壓器的全橋DC/DC 電路或半橋DC/DC電路，或者采用帶高頻變壓器的全橋AC/DC電路或半橋AC/DC電路，其功 率開(kāi)關(guān)器件采用MOSFET或IGBT。所述的充電均衡電路3與動(dòng)力電池組并聯(lián)設(shè)置，充電均衡電路3采用無(wú)損耗的模 塊化主動(dòng)均衡電路，模塊化主動(dòng)均衡電路由多個(gè)充電均衡模塊2組成，每個(gè)充電均衡模塊2 分別和相對(duì)應(yīng)的動(dòng)力電池組中的各個(gè)單體電池并聯(lián)，具體地，所述的充電均衡模塊2由開(kāi) 關(guān)電路6和無(wú)源儲(chǔ)能器件5構(gòu)成，相鄰的充電均衡模塊2與相對(duì)應(yīng)的各個(gè)單體電池配合連 接，開(kāi)關(guān)電路6中的功率開(kāi)關(guān)器件采用M0SFET，無(wú)源儲(chǔ)能器件5采用電感、電容等，動(dòng)力電池 一般采用M個(gè)電池單元。本發(fā)明充電均衡電路具有智能無(wú)損耗均衡功能。充電時(shí)，每個(gè)電池單體對(duì)應(yīng)一個(gè) 充電均衡模塊，充電均衡模塊根據(jù)智能控制器的指令，利用開(kāi)關(guān)電路中的功率開(kāi)關(guān)器件和 無(wú)源儲(chǔ)能器件實(shí)現(xiàn)能量在電池單體間無(wú)損轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)電池充電電壓均衡。如圖2所示， 電池組充電過(guò)程中，當(dāng)智能控制器發(fā)現(xiàn)某電池單體電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)對(duì)該電池單體 的均衡。具體地，電池單體E2電壓超過(guò)設(shè)定值，則智能控制器啟動(dòng)并聯(lián)于電池單體的充電 均衡模塊，智能控制器開(kāi)通開(kāi)關(guān)電路T2，電池單體E2給無(wú)源儲(chǔ)能器件L2、L3充電，形成電 流回路12 ；智能控制器關(guān)閉開(kāi)關(guān)電路T2，無(wú)源儲(chǔ)能器件L2、L3通過(guò)Il電流回路和13電流 回路給電池組除E2外的電池單體充電，如此往復(fù)，電池單體E2電壓因放電而相對(duì)下降，電池組其它電池單體電壓因充電而上升，從而完成電池單體間的能量轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)電池單體無(wú) 損均衡。
權(quán)利要求
1.電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于包括一個(gè)智能控制器、一個(gè)具有電磁 隔離的DC/DC或AC/DC變流器和一個(gè)充電均衡電路，所述的具有電磁隔離的DC/DC或AC/DC 變流器的輸入端接直流母線或交流電，輸出端接動(dòng)力電池組的正、負(fù)極，所述的充電均衡電 路與動(dòng)力電池組并聯(lián)設(shè)置，所述的智能控制器分別連接具有電磁隔離的DC/DC或AC/DC變 流器、充電均衡電路和動(dòng)力電池組，智能控制器對(duì)具有電磁隔離的DC/DC或AC/DC變流器的 輸出電流、電壓以及動(dòng)力電池組中的各單體電池的電壓、溫度進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)智能運(yùn)算后輸 出控制信號(hào)來(lái)控制具有電磁隔離的DC/DC或AC/DC變流器和充電均衡電路的工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于所述的智能控 制器由一個(gè)微控制器、多個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)化電路、多個(gè)控制信號(hào)輸出電路、一個(gè)通信接口構(gòu)成， 智能控制器將采樣到的電流、電壓、和溫度參數(shù)通過(guò)其通信接口上傳給上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于所述的具有電 磁隔離的DC/DC或AC/DC變流器采用帶高頻變壓器的全橋DC/DC電路或半橋DC/DC電路， 其功率開(kāi)關(guān)器件采用MOSFET或IGBT。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于所述的具有電 磁隔離的DC/DC或AC/DC變流器采用帶高頻變壓器的全橋AC/DC電路或半橋AC/DC電路， 其功率開(kāi)關(guān)器件采用MOSFET或IGBT。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于所述的充電均 衡電路采用無(wú)損耗的模塊化主動(dòng)均衡電路，所述的模塊化主動(dòng)均衡電路由多個(gè)充電均衡模 塊組成，每個(gè)充電均衡模塊分別和相對(duì)應(yīng)的動(dòng)力電池組中的各個(gè)單體電池并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于所述的充電均 衡模塊由開(kāi)關(guān)電路和無(wú)源儲(chǔ)能器件構(gòu)成，相鄰的充電均衡模塊與相對(duì)應(yīng)的各個(gè)單體電池配 合連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于所述的開(kāi)關(guān)電 路中的功率開(kāi)關(guān)器件采用M0SFET。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊，其特征在于所述的無(wú)源儲(chǔ) 能器件采用電感、電容。
全文摘要
本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池智能充電模塊。其特征在于包括一個(gè)智能控制器、一個(gè)具有電磁隔離的DC/DC或AC/DC變流器和一個(gè)充電均衡電路，變流器的輸入端接直流母線或交流電，輸出端接動(dòng)力電池組的正、負(fù)極，充電均衡電路與動(dòng)力電池組并聯(lián)設(shè)置，智能控制器對(duì)變流器的輸出電流、電壓以及動(dòng)力電池組中的各單體電池的電壓、溫度進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)智能運(yùn)算后輸出控制信號(hào)來(lái)控制變流器和充電均衡電路的工作狀態(tài)。本發(fā)明能夠?qū)﹄妱?dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組的充電過(guò)程進(jìn)行智能化檢測(cè)、控制和均衡，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組中的所有單體電池快速、均衡、安全充電，提高了動(dòng)力電池組的使用效率、延長(zhǎng)了動(dòng)力電池組的壽命。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102130484SQ20111007537
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者梁一橋 申請(qǐng)人:梁一橋