專利名稱：一種動力電池組充放電均衡控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電動汽車動力電池組充放電均衡控制系統(tǒng)，屬于鋰離子電池充放電均衡技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在能源和環(huán)保的巨大壓力下，世界各國都將發(fā)展新能源汽車作為未來汽車發(fā)展的方向。其中動力電池作為電動汽車的核心部件被公認(rèn)為是制約新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的最大瓶頸，主要原因之一是電池在成組使用時單體的不一致性，從而導(dǎo)致電池組綜合性能下降和電池組被超限使用，嚴(yán)重影響了電池組的安全和使用壽命。所以解決電池組在使用中的不一致問題，對電池組進(jìn)行均衡管理和控制，就顯得尤為重要。一個好的電池組均衡控制系統(tǒng)應(yīng)該可以充分發(fā)揮每節(jié)電池的性能，延長電池組使用壽命。均衡分為能量耗散型均衡和能量非耗散型均衡。能量耗散型以電阻均衡法為代表，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，電路可靠性高，缺點是能量損耗大、效率低，溫升大，不適合大電流均衡，并且對過放電不能有所作為。非能量耗散型以電容法、電感均衡法和雙向可逆DC/DC 為代表。電容法均衡容量大，但均衡電流不可控，可靠性較低，控制電路復(fù)雜，器件使用量大；電感均衡控制電路簡單，均衡速度快，但均衡精度較差；雙向DC/DC均衡效率高、均衡容量大，但需要較多的開關(guān)器件和外加電源，成本較高。綜上所述，現(xiàn)有均衡技術(shù)都存在各種各樣的不足，設(shè)計一種電路相對簡單、并且均衡效果好的均衡方法對BMS的發(fā)展及動力電池的產(chǎn)業(yè)化有很大的促進(jìn)作用。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種動力電池組的充放電均衡控制系統(tǒng)，以解決電池組在使用過程中任意單體的過充和過放問題，延長整個電池組的使用壽命。同時本實用新型還可以解決一個電池包中電池組與電池組之間的均衡問題。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的動力電池組充放電均衡控制系統(tǒng)包括信號采集調(diào)理單元、儲能器和執(zhí)行機構(gòu)。所述儲能器根據(jù)馳返式變壓器原理設(shè)計，多個副線圈共用一個源線圈，副線圈同名端與單體電池正極相連，副線圈異名端通過MOS開關(guān)管與單體電池負(fù)極相連；源線圈異名端與電池組正極相連，同名端通過MOS開關(guān)管與電池組負(fù)極相連。所述信號調(diào)理部分三極管基極與源線圈異名端相連，發(fā)射極與限流電阻相連，限流電阻另一端與二極管正極相連，二極管負(fù)極與源線圈同名端相連，集電極與降壓電阻相連，降壓電阻與低通濾波器并聯(lián)，低通濾波器由電阻和電容串聯(lián)組成，所產(chǎn)生電壓信號輸入微處理器。所述執(zhí)行機構(gòu)由MOS開關(guān)管構(gòu)成。所述電池單體的個數(shù)為N，則MOS開關(guān)管的個數(shù)為 N+1。進(jìn)一步的，本實用新型的電池包由多組單體個數(shù)相同的電池組組成。假設(shè)電池組數(shù)量為M,每組電池單體數(shù)量為N，則整個系統(tǒng)擁有M個儲能器、M個信號調(diào)理單元。每個儲能器擁有一個源線圈、N個副線圈以及一個高壓輸出線圈。其中源線圈異名端通過MOS開關(guān)管與電池組正極相連，同名端通過M0S開關(guān)管與電池組負(fù)極相連；副線圈同名端與單體電池正極相連，副線圈異名端通過MOS開關(guān)管與單體電池負(fù)極相連；高壓輸出線圈的同名端和電池包的負(fù)極相連，異名端與二極管正極相連，二極管負(fù)極與電池包正極相連。所述信號調(diào)理部分三極管基極與源線圈異名端相連，發(fā)射極與限流電阻相連，限流電阻另一端與二極管正極相連，二極管負(fù)極與源線圈同名端相連，集電極通過降壓電阻與電池包負(fù)極相連，降壓電阻與低通濾波器并聯(lián)，低通濾波器由電阻和電容串聯(lián)組成，所產(chǎn)生電壓信號輸入微處理器。所述執(zhí)行機構(gòu)由MOS開關(guān)管構(gòu)成。進(jìn)一步的，所述電池組數(shù)量為M，每組電池單體數(shù)量為N，則共需MOS開關(guān)管的個數(shù)為 M(N+2)。本實用新型的有益效果是本實用新型由于采用了上述技術(shù)方案，可以實現(xiàn)電池組內(nèi)以及電池組之間的均衡，有效解決電池包中任意單體的過充和過放問題，并且均衡速度快，損耗低，大大提高了均衡的效果；無損耗均衡使得電池單元的工作環(huán)境溫升?。徊⑶医Y(jié)構(gòu)簡單，可擴展性好。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的說明

圖1是本實用新型實施例一的電路原理圖；圖2是實施例一電池過充電均衡的電壓電流信號圖；圖3是實施例一電池過放電均衡的電壓電流信號圖；圖4是本實用新型實施例二的電路原理圖。
具體實施方式
實施例一本實用新型的動力電池組充放電均衡控制系統(tǒng)以4個單體電池Cl、C2、C3、C4串聯(lián)的電池組為例，來實現(xiàn)電池組內(nèi)部的充放電均衡，如圖1所示。儲能器原邊線圈的兩個端子定義為原邊同名端a點和原邊異名端b點；儲能器副邊線圈的端子定義為副邊同名端C、 e、g、k和副邊異名端d、f、h、1，每組各對應(yīng)一個電池單體；原邊異名端連接電池組的正極， 原邊同名端通過MOS管MO與電池組的負(fù)極相連；副邊同名端c、e、g、k分別與單體電池Cl、 C2、C3、C4的正極相連，副邊異名端d、f、h、l通過MOS管M1、M2、M3、M4分別與單體電池Cl、 C2、C3、C4的負(fù)極相連；原邊同名端a同時與二極管ZDl的負(fù)極相連，ZDl的正極與電阻R3 相連，R3的另一端則連接三極管Tl的發(fā)射極，Tl的基極連接電池組正極，Tl集電極連接電阻R2，R2另一端則與電池組負(fù)極相連，低通濾波器RlCl與電阻R2并聯(lián)，過濾后的電壓信號接入微控制器。本實用新型中單體電池有4個，則儲能器擁有1個原線圈，4個副線圈，MOS 管的個數(shù)為5個。本實用新型具體工作原理如下假設(shè)單體電池C2的電壓過高，也即C2過充電，則需要從C2向整個電池組轉(zhuǎn)移能量。首先閉合C2所對應(yīng)的MOS管M2，C2給副線圈充電，儲存能量，然后M2斷開，MO閉合， 則儲存的能量通過原線圈轉(zhuǎn)移到整個電池組中。此過程中M0、M2的控制電壓和電流如圖2 所示。[0019]另假設(shè)單體電池C2的電壓過低，也即C2過放電，則需要從整個電池組向C2轉(zhuǎn)移能量。首先閉合主MOS管MO，原線圈通電，電池組的能量儲存在原線圈中，然后MO斷開，M2 閉合，則儲存的能量通過副線圈轉(zhuǎn)移到電池C2中。此過程中M0、M2的控制電壓和電流如圖 3所示。實施例二 本實用新型的動力電池包由兩個電池組組成，每個電池組有4節(jié)串聯(lián)電池，分別為Cl、C2、C3、C4及C5、C6、C7、C8，如圖4所示。每個電池組各支配一個儲能器，每個儲能器擁有1個原線圈、4個副線圈，以及一個額外的高壓輸出線圈。以電池組1為例，儲能器原邊線圈的兩個端子定義為原邊同名端a點和原邊異名端b點；儲能器副邊線圈的端子定義為副邊同名端c、e、g、k和副邊異名端d、f、h、1，每組各對應(yīng)一個電池單體；高壓輸出線圈的兩個端子定義為同名端m和異名端η;原邊異名端通過MOS管M5連接電池組的正極，原邊同名端通過MOS管MO與電池組的負(fù)極相連；副邊同名端c、e、g、k分別與單體電池C1、C2、 C3、C4的正極相連，副邊異名端d、f、h、1通過MOS管Ml、M2、M3、M4分別與單體電池Cl、C2、 C3、C4的負(fù)極相連；高壓輸出線圈的同名端m連接電池包的負(fù)極，高壓輸出線圈的異名端η 連接二極管Dl的正極，二極管負(fù)極連接電池包的正極。電池組2的連接方式等同于電池組 1。本實用新型電池組個數(shù)為2，每組電池單體個數(shù)為4，則系統(tǒng)總共需要MOS管2Μ4+2)= 12個。本實用新型中MOS管MO在默認(rèn)狀態(tài)下為斷開狀態(tài)，Μ5在默認(rèn)狀態(tài)下為閉合狀態(tài)。 本實用新型可以實現(xiàn)任一電池組向電池包的能量轉(zhuǎn)移，從而實現(xiàn)整個電池包的電壓均衡。本實用新型具體工作原理如下假設(shè)單體電池C2的電壓過高，也即C2過充電，則需要從C2向整個電池包轉(zhuǎn)移能量。首先閉合C2所對應(yīng)的MOS管Μ2，C2給副線圈充電，儲存能量，此時MO、Μ5的開關(guān)狀態(tài)為MO斷開，Μ5閉合；然后Μ2斷開，同時Μ5斷開，由于感應(yīng)電流不能流向電池組，變壓器電壓不斷升高，直至Dl導(dǎo)通，從而給整個電池包充電，以此完成了從電池組1單體C2向整個電池包的能量轉(zhuǎn)移。
權(quán)利要求1.一種動力電池組充放電均衡控制系統(tǒng)，主要由電池單元、信號采集調(diào)理單元、E⑶主控單元、儲能器以及執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)成，其特征在于所述儲能器根據(jù)馳返式變壓器原理設(shè)計， 多個副線圈共用一個源線圈，副線圈同名端與單體電池正極相連，副線圈異名端通過MOS 開關(guān)管與單體電池負(fù)極相連；源線圈異名端與電池組正極相連，同名端通過MOS開關(guān)管與電池組負(fù)極相連，所述信號調(diào)理部分三極管基極與源線圈異名端相連，發(fā)射極與限流電阻相連，限流電阻另一端與二極管正極相連，二極管負(fù)極與源線圈同名端相連，集電極與降壓電阻相連，降壓電阻與低通濾波器并聯(lián)，低通濾波器由電阻和電容串聯(lián)組成，所產(chǎn)生電壓信號輸入微處理器，所述執(zhí)行機構(gòu)由MOS開關(guān)管構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力電池組充放電均衡控制系統(tǒng)，其特征在于所述電池單體的個數(shù)為N，則MOS開關(guān)管的個數(shù)為N+1。
3.一種動力電池組充放電均衡控制系統(tǒng)，其特征在于電池包由多組單體個數(shù)相同的電池組組成，假設(shè)電池組數(shù)量為M，每組電池單體數(shù)量為N，則整個系統(tǒng)擁有M個儲能器、M個信號調(diào)理單元，每個儲能器擁有一個源線圈、N個副線圈以及一個高壓輸出線圈，其中源線圈異名端通過MOS開關(guān)管與電池組正極相連，同名端通過MOS開關(guān)管與電池組負(fù)極相連；副線圈同名端與單體電池正極相連，副線圈異名端通過MOS開關(guān)管與單體電池負(fù)極相連；高壓輸出線圈的同名端和電池包的負(fù)極相連，異名端與二極管正極相連，二極管負(fù)極與電池包正極相連，所述信號調(diào)理部分三極管基極與源線圈異名端相連，發(fā)射極與限流電阻相連， 限流電阻另一端與二極管正極相連，二極管負(fù)極與源線圈同名端相連，集電極通過降壓電阻與電池包負(fù)極相連，降壓電阻與低通濾波器并聯(lián)，低通濾波器由電阻和電容串聯(lián)組成，所產(chǎn)生電壓信號輸入微處理器，所述執(zhí)行機構(gòu)由MOS開關(guān)管構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動力電池組充放電均衡控制系統(tǒng)，其特征在于所述電池組數(shù)量為M，每組電池單體數(shù)量為N，則共需MOS開關(guān)管的個數(shù)為M(N+2)。
專利摘要本實用新型公開了一種動力電池組充放電均衡控制系統(tǒng)，屬于鋰離子電池充放電均衡技術(shù)領(lǐng)域，包括信號采集調(diào)理單元、主控單元、儲能裝置和執(zhí)行機構(gòu)。本實用新型的儲能裝置根據(jù)馳返式變壓器原理設(shè)計，多個副線圈共用一個源線圈，副線圈同名端與單體電池正極相連，副線圈異名端通過MOS開關(guān)管與單體電池負(fù)極相連；源線圈異名端與電池組正極相連，同名端通過MOS開關(guān)管與電池組負(fù)極相連。本實用新型采用非能耗型均衡技術(shù)使得儲能體工作環(huán)境溫升小，裝置不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電池組內(nèi)的均衡，還可以實現(xiàn)電池組之間的均衡，而且均衡速度快，結(jié)構(gòu)簡單，可擴展性好。
文檔編號H02J7/00GK202231461SQ20112036184
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者黃正軍 申請人:金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院