專(zhuān)利名稱(chēng)：一種實(shí)現(xiàn)電池組均衡放電的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池管理技術(shù)，尤其是一種實(shí)現(xiàn)電池組均衡放電的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
由于電動(dòng)車(chē)與不斷電系統(tǒng)等產(chǎn)品的耗能較大，為避免過(guò)高的電流，電池的串并聯(lián)應(yīng)用成了普遍的現(xiàn)象。串聯(lián)鋰離子電池組是由2個(gè)或者更多個(gè)電池串聯(lián)構(gòu)成的。在這種結(jié)構(gòu)中，電池電壓等于單個(gè)電池電壓之和。加上負(fù)載之后，即在電池組的放電過(guò)程中，負(fù)載的電流是由串聯(lián)的所有電池共同提供。如果對(duì)電池進(jìn)行充電，充電器需要向串聯(lián)的電池組提供充電電流。在這兩種情況下，所有電池的放電和充電電流是相同的。在整個(gè)生命周期內(nèi)， 電池可能會(huì)進(jìn)行數(shù)百次甚至數(shù)千次的充放電。此時(shí)，各個(gè)電池的老化程度會(huì)有所不同。有些電池會(huì)變得與其它電池有些失配(或者更嚴(yán)重一些)。當(dāng)電池組的電池之間差異愈加顯著， 電池組的使用效率就愈差，導(dǎo)致電池組的使用壽命也隨之降低。如果這種現(xiàn)象沒(méi)有得到改善，一個(gè)或多個(gè)電池可能會(huì)欠充電或過(guò)充電，這兩種現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致電池組所儲(chǔ)存的電能浪費(fèi)或者發(fā)生危險(xiǎn)。改善這種狀況的方法被稱(chēng)為均衡。均衡是強(qiáng)制所有電池具有相同電壓的過(guò)程，這是通過(guò)均衡電路實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，電池均衡的目的就是使得電動(dòng)車(chē)可以從電池中獲得最大可用容量。在電池充電的過(guò)程中，不均衡的電池可能過(guò)早達(dá)到充電截止電壓而迫使充電器關(guān)閉，電池均衡電路通過(guò)控制使得所有電池的電壓差不多相等時(shí)才關(guān)閉充電器。現(xiàn)有的電池組放電均衡的電路原理主要有兩種消耗和轉(zhuǎn)移。消耗，主要是指被動(dòng)平衡，為了達(dá)到電池組的放電一致，把電量相對(duì)較多的電池額外的增加一個(gè)電阻性的負(fù)載，讓其放電功率增大，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，讓電池電量達(dá)到一致。 這種方法，本身沒(méi)有增加電池組的有效使用容量；現(xiàn)有技術(shù)中采用的電阻分流的被動(dòng)均衡方式就是屬于這種情況；
轉(zhuǎn)移，就是把能量高的電池的一部分能量轉(zhuǎn)移給能量低的電池，也能讓電池電量達(dá)到一致；理想的轉(zhuǎn)移，是可以實(shí)現(xiàn)電池有效容量的最大化；但實(shí)際上，電能的轉(zhuǎn)移，一定需要由儲(chǔ)能元件完成；儲(chǔ)能元件的一充一放，伴有能量損失，如果能量轉(zhuǎn)移過(guò)于頻繁，會(huì)造成不少的能量浪費(fèi)；同時(shí)，要實(shí)現(xiàn)有效的能量轉(zhuǎn)移，一定要有大容量的元件(或者高頻的開(kāi)關(guān)控制)，這樣的元件，會(huì)讓整個(gè)電池管理系統(tǒng)增加相當(dāng)?shù)捏w積或者成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電池組均衡放電的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以調(diào)整每塊電池的輸出功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組各節(jié)電池的剩余電量調(diào)節(jié)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種實(shí)現(xiàn)電池組均衡放電的系統(tǒng)，包括多個(gè)均衡放電模塊，所述多個(gè)均衡放電模塊依次串聯(lián)構(gòu)成該系統(tǒng)的正負(fù)極端子，所述每個(gè)均衡放電模塊輸入端對(duì)應(yīng)有一節(jié)電池，所述每個(gè)均衡放電模塊的控制端連接有一通過(guò)邏輯控制保持電池組各節(jié)電池剩余電量一致的單片機(jī)系統(tǒng)。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述均衡放電模塊為調(diào)節(jié)直流電壓的DC-DC模塊， 所述DC-DC模塊的輸出電壓控制端與單片機(jī)系統(tǒng)連接。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述單片機(jī)系統(tǒng)包括用于采集每節(jié)電池狀態(tài)信息的傳感器采集單元、計(jì)算電池SOC值的MCU單元及控制DC-DC模塊輸出電壓的控制單元。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述電池狀態(tài)信息包括電池的電壓值、電流值及溫度值。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述控制單元為光電耦合器。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明電池組均衡放電的系統(tǒng)通過(guò)采用均衡放電模塊將電池組串聯(lián)起來(lái)，每節(jié)電池連接在均衡放電模塊的輸入端，均衡放電模塊與單體電池對(duì)應(yīng)，而均衡放電模塊依次串聯(lián)構(gòu)成電池組的正、負(fù)極，由于均衡模塊串聯(lián)的關(guān)系，放電電流相等， 因此通過(guò)控制均衡放電模塊的放電電壓，即可控制單體電池的放電功率，從而實(shí)現(xiàn)單體電池的放電時(shí)SOC值的均衡，避免了 SOC值不一致時(shí)出現(xiàn)的過(guò)放現(xiàn)象。本發(fā)明利用開(kāi)關(guān)控制原理，既避開(kāi)了傳統(tǒng)的被動(dòng)均衡的能量消耗，又避免了主動(dòng)均衡中的能量轉(zhuǎn)移引起的能量損失。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說(shuō)明
圖I是本發(fā)明電池組均衡放電系統(tǒng)的原理方框圖2是本發(fā)明單片機(jī)系統(tǒng)的原理框圖3是本發(fā)明電池組均衡放電系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用開(kāi)關(guān)控制的原理，即通過(guò)降低串聯(lián)電池組中電量相對(duì)較低的電池的輸出功率，讓其在一段時(shí)間內(nèi)，電量的下降速度較其他的電池慢，從而既避免了被動(dòng)均衡的能量消耗，又避免了各電池間能量轉(zhuǎn)移帶來(lái)的能量損失。參照?qǐng)D1，一種實(shí)現(xiàn)電池組均衡放電的系統(tǒng)，包括多個(gè)均衡放電模塊2，所述多個(gè)均衡放電模塊2依次串聯(lián)構(gòu)成該系統(tǒng)的正負(fù)極端子，所述每個(gè)均衡放電模塊2的輸入端對(duì)應(yīng)有一節(jié)電池11，所述每個(gè)均衡放電模塊2的控制端連接有一通過(guò)邏輯控制保持電池組各節(jié)電池11剩余電量一致的單片機(jī)系統(tǒng)3。這樣，每一節(jié)電池11單獨(dú)連接一個(gè)均衡放電模塊 2，多個(gè)均衡放電模塊2依次串聯(lián)構(gòu)成了電池組正極和電池組負(fù)極。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述均衡放電模塊2為調(diào)節(jié)直流電壓的DC-DC模塊， 所述DC-DC模塊的輸出電壓控制端與單片機(jī)系統(tǒng)3連接。由于在本發(fā)明中，多個(gè)均衡放電模塊2是依次串聯(lián)的，所以在電池組放電時(shí)，各個(gè)均衡放電模塊2的放電電流是一樣的。假設(shè)有η個(gè)電池，配合著相同數(shù)量的均衡放電模塊 2，串聯(lián)在一起放電；在某個(gè)時(shí)刻，串聯(lián)在一起的均衡放電模塊2的電流都一樣，我們記為I ; 各個(gè)均衡放電模塊的輸出電壓分別是A、U2……Un ;每個(gè)均衡放電模塊的轉(zhuǎn)換效率分別為 rL I、rL 2...... rL η ;
這樣，在該時(shí)刻，電池k的輸出功率為Pk = uk*l*l/nk;其中輸出電壓Uk是可調(diào)的，而轉(zhuǎn)換功率nk基本恒定，所以電池的輸出功率Pk可調(diào)； 很明顯，該電池剩余電量 E ( t ) =E(t0)-
我們通過(guò)調(diào)節(jié)uk，從而調(diào)節(jié)了 pk，從而可以調(diào)節(jié)該電池剩余電量；
這樣，我們可以通過(guò)對(duì)電池SOC的狀態(tài)進(jìn)行判斷，按預(yù)先設(shè)置的邏輯轉(zhuǎn)換電池的放電電壓狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)所有電池的剩余電量一致；從而實(shí)現(xiàn)均衡放電。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，參照?qǐng)D2，所述單片機(jī)系統(tǒng)3包括用于采集每節(jié)電池 11狀態(tài)信息的傳感器采集單元31、計(jì)算電池SOC值的MCU單元32及控制DC-DC模塊輸出電壓的控制單元33。所述電池狀態(tài)信息包括電池的電壓值、電流值及溫度值。MCU單元32 根據(jù)傳感器采集單元31獲取的相應(yīng)電池的電壓值、電流值及溫度值計(jì)算電池的SOC值，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值判斷該SOC值是屬于高電荷狀態(tài)還是低電荷狀態(tài)，控制單元33按照邏輯控制相應(yīng)驅(qū)動(dòng)該電池對(duì)應(yīng)的均衡放電模塊輸出高電壓或者低電壓。優(yōu)選地，所述控制單元33為光電耦合器。通過(guò)隔離式的光電耦合器驅(qū)動(dòng)DC-DC模塊進(jìn)行輸出電壓的高低切換。圖3是本發(fā)明電池組均衡放電系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖，參照?qǐng)D3，該電池組包括6 節(jié)電池11，每節(jié)電池11都連接有一均衡放電模塊2，圖中6塊均衡放電模塊2依次串聯(lián)， 其兩端構(gòu)成電池組正極和電池組負(fù)極，在電池組正極和電池組負(fù)極間串接外界負(fù)載，從而實(shí)現(xiàn)電池組的放電。單片機(jī)系統(tǒng)3通過(guò)其內(nèi)的傳感器采集單元31采集各節(jié)電池11的電流值、電壓值及溫度值等電池狀態(tài)信息，通過(guò)MCU單元計(jì)算得到該電池的SOC值，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的SOC值判斷相應(yīng)電池的SOC值是否為低電荷狀態(tài)或者高電荷狀態(tài)，從而通過(guò)光電耦合器控制相應(yīng)均衡放電模塊2選擇低電壓放電或者高電壓放電,通過(guò)對(duì)均衡放電模塊2輸出電壓的控制，實(shí)現(xiàn)了單節(jié)電池輸出功率的調(diào)整，從而可以保證6節(jié)電池在某個(gè)時(shí)刻SOC值一致，實(shí)現(xiàn)電池組的均衡放電。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明中的均衡放電模塊2主要實(shí)現(xiàn)直流電壓的切換，可以采用DC-DC模塊，經(jīng)試驗(yàn)，該系統(tǒng)可以達(dá)到平均95%的轉(zhuǎn)換效率。隨著DC-DC模塊性能的不斷提高，本發(fā)明的可用性會(huì)越來(lái)越強(qiáng)。以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可以作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)電池組均衡放電的系統(tǒng)，其特征在于包括多個(gè)均衡放電模塊(2)，所述多個(gè)均衡放電模塊(2)依次串聯(lián)構(gòu)成該系統(tǒng)的正負(fù)極端子，所述每個(gè)均衡放電模塊(2)的輸入端對(duì)應(yīng)有一節(jié)電池(II)，所述每個(gè)均衡放電模塊(2)的控制端連接有一通過(guò)邏輯控制保持電池組各節(jié)電池(11)剩余電量一致的單片機(jī)系統(tǒng)(3 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種實(shí)現(xiàn)電池組均衡放電的系統(tǒng)，其特征在于所述均衡放電模塊(2)為調(diào)節(jié)直流電壓的DC-DC模塊，所述DC-DC模塊的輸出電壓控制端與單片機(jī)系統(tǒng)(3)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種實(shí)現(xiàn)電池組均衡放電的系統(tǒng)，其特征在于所述單片機(jī)系統(tǒng)(3 )包括用于采集每節(jié)電池(11)狀態(tài)信息的傳感器采集單元(31)、計(jì)算電池SOC值的 MCU單元(32)及控制DC-DC模塊輸出電壓的控制單元(33)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種實(shí)現(xiàn)電池組均衡放電的系統(tǒng)，其特征在于所述電池狀態(tài)信息包括電池的電壓值、電流值及溫度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種實(shí)現(xiàn)電池組均衡放電的系統(tǒng)，其特征在于所述控制單兀(33)為光電稱(chēng)合器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)現(xiàn)電池組均衡放電的系統(tǒng)，包括多個(gè)均衡放電模塊，所述多個(gè)均衡放電模塊依次串聯(lián)構(gòu)成該系統(tǒng)的正負(fù)極端子，每個(gè)均衡放電模塊輸入端對(duì)應(yīng)有一節(jié)電池，每個(gè)均衡放電模塊的控制端連接有一通過(guò)邏輯控制保持電池組各節(jié)電池剩余電量一致的單片機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)采用均衡放電模塊將電池組串聯(lián)起來(lái)，由于均衡模塊串聯(lián)的關(guān)系，放電電流相等，因此通過(guò)控制均衡放電模塊的放電電壓，即可控制單體電池的放電功率，從而實(shí)現(xiàn)電池組的均衡放電，避免了SOC值不一致時(shí)出現(xiàn)的過(guò)放現(xiàn)象。本發(fā)明利用開(kāi)關(guān)控制原理，既避開(kāi)了傳統(tǒng)的被動(dòng)均衡的能量消耗，又避免了主動(dòng)均衡中的能量轉(zhuǎn)移引起的能量損失。本發(fā)明系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于電池管理領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102593893SQ20121002236
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者姚科, 蔣毅飛, 高福榮 申請(qǐng)人:廣州市香港科大霍英東研究院