專利名稱：基于雙向dc/dc的電池均衡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池均衡系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙向DC/DC(直流轉(zhuǎn)直流)的電池均衡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在新能源汽車和儲能系統(tǒng)的高壓電池組中，為了保證電池系統(tǒng)有足夠的能量，延長電池組的使用壽命，需要對高壓電池組內(nèi)各串聯(lián)的單體電池進行有效的均衡?，F(xiàn)有基于電池模組內(nèi)部的均衡技術(shù)中,有的是通過為每個單體電池構(gòu)建ー個獨立的功率電阻放電回 路來實現(xiàn)被動放電均衡，這是ー種能量消耗型的放電均衡方式，不僅均衡電流較小同時也會由此導(dǎo)致發(fā)熱問題；有的則是通過把單體電池多余的能量通過相鄰單體電池依次傳遞到其他單體電池，這種均衡方案的電路組成和控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要大量的變壓器或電感電容器件，也很難控制EMC (電磁干擾)問題，同時由于其采用逐級能量傳遞的方式來實現(xiàn)均衡從而導(dǎo)致整個均衡效率很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于雙向DC/DC的電池均衡系統(tǒng)，其通過單片機控制雙向DC/DC模塊、雙向極性切換開關(guān)以及雙向開關(guān)陣列實現(xiàn)了對電池模組內(nèi)各単體電池的分時充電或放電均衡。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于雙向DC/DC的電池均衡系統(tǒng)，包括電池模組、電池管理単元、連接于各個電池管理単元之間的電源總線，所述電池管理単元包括單片機、雙向DC/DC模塊、雙向極性切換開關(guān)、驅(qū)動/互鎖電路；雙向DC/DC模塊的輸入端與電源總線連接，雙向DC/DC模塊的輸出端與雙向極性切換開關(guān)的輸入端連接，單片機的充電/放電均衡控制端與雙向DC/DC模塊的控制端連接，雙向DC/DC模塊的反饋端與單片機的狀態(tài)診斷端連接，單片機的極性開關(guān)控制端與雙向極性切換開關(guān)的控制端連接；所述電池模組由若干個單體電池串聯(lián)組成，雙向極性切換開關(guān)的上輸出端與各個單體電池的正極之間連接有第一雙向模擬開關(guān)，雙向極性切換開關(guān)的下輸出端與各個單體電池的負(fù)極之間連接有第二雙向模擬開關(guān)，第一雙向模擬開關(guān)與第二雙向模擬開關(guān)構(gòu)成雙向開關(guān)陣列，所述單片機通過驅(qū)動/互鎖電路控制雙向開關(guān)陣列。所述電池管理單元還包括LDO (低壓差線性穩(wěn)壓器)電源變換電路，單片機的5V電源輸入端通過LDO電源變換電路外接12V車載鉛酸電池。所述電池管理単元進ー步包括溫度檢測電路，單片機的溫度檢測信號端通過溫度檢測電路外接溫度傳感器。所述溫度傳感器包括Tl T4。所述電池管理単元進ー步包括電壓檢測電路，單片機的電壓檢測信號端通過電壓檢測電路外接電壓傳感器。所述電壓傳感器包括Vl Vl2。
所述電池管理単元進ー步包括CAN收發(fā)器，單片機的CAN信號端通過CAN收發(fā)器外接內(nèi)部CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò))總線。所述電池模組由12個單體電池串聯(lián)組成，所述第一雙向模擬開關(guān)包括開關(guān)SI、S3、S5、S7、S9、S11、S13，所述第二雙向模擬開關(guān)包括開關(guān) S2、S4、S6、S8、S10、S12。所述電源總線設(shè)置為 12V電源總線。本發(fā)明有益效果在干I、采用同一套均衡電路實現(xiàn)了電池模組內(nèi)各單體電池的雙向均衡，大大降低了物料成本，同時也解決了由于均衡時功率損耗導(dǎo)致的發(fā)熱問題；2、均衡通道中雙向極性切換開關(guān)的使用使得雙向模擬開關(guān)的數(shù)量減少近一半，大大降低了物料成本和減少整個電池管理単元的印制板面積；3、采用基于硬件的驅(qū)動/互鎖電路，可防止同時選通多個均衡通道，提高了均衡電路的可靠性和安全性；4、通過單片機分時控制均衡電路和電壓檢測電路，實現(xiàn)了各單體電池的均衡和電壓檢測(即采樣)共用同一根外接導(dǎo)線，采樣和均衡互不影響，大大降低了連線エ藝的復(fù)雜度。


圖I是本發(fā)明的原理方框圖。圖2是本發(fā)明在充電均衡時的原理方框圖。圖3是本發(fā)明在放電均衡時的原理方框圖。在圖I、圖2和圖3中包括有I——電池模組、2——電池管理単元、11——單片機、12——雙向DC/DC模塊、13——雙向極性切換開關(guān)、14——驅(qū)動/互鎖電路、15——雙向開關(guān)陣列、16——LDO電源變換電路、17——溫度檢測電路、18——電壓檢測電路、19——CAN收發(fā)器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進ー步的說明。請參考圖1，本發(fā)明提供的一種基于雙向DC/DC的電池均衡系統(tǒng)，其包括電池模組I、電池管理単元2、連接于各個電池管理単元2之間的電源總線，電池管理単元2包括單片機11、雙向DC/DC模塊12、雙向極性切換開關(guān)13、驅(qū)動/互鎖電路14 ;雙向DC/DC模塊12的輸入端與電源總線連接，雙向DC/DC模塊12的輸出端與雙向極性切換開關(guān)13的輸入端連接，單片機11的充電/放電均衡控制端與雙向DC/DC模塊12的控制端連接，雙向DC/DC模塊12的反饋端與單片機11的狀態(tài)診斷端連接，單片機11的極性開關(guān)控制端與雙向極性切換開關(guān)13的控制端連接；所述電池模組I由若干個單體電池串聯(lián)組成，雙向極性切換開關(guān)13的上輸出端與各個單體電池的正極之間連接有第一雙向模擬開關(guān)，雙向極性切換開關(guān)13的下輸出端與各個單體電池的負(fù)極之間連接有第二雙向模擬開關(guān)，第一雙向模擬開關(guān)與第二雙向模擬開關(guān)構(gòu)成雙向開關(guān)陣列15，所述單片機11通過驅(qū)動/互鎖電路14控制雙向開關(guān)陣列15。其中，電池管理単元2還包括LDO電源變換電路16，單片機11的5V電源輸入端通過LDO電源變換電路16外接12V車載鉛酸電池。其中，電池管理単元2進ー步包括溫度檢測電路17，單片機11的溫度檢測信號端通過溫度檢測電路17外接溫度傳感器；在本實施例中，溫度傳感器包括Tl T4。其中，電池管理単元2進ー步包括電壓檢測電路18，單片機11的電壓檢測信號端通過電壓檢測電路18外接電壓傳感器；單片機11通過電壓檢測電路18外接電壓傳感器而對電池電壓進行米樣。在本實施例中，電壓傳感器包括Vl Vl2。其中，電池管理単元2進ー步包括CAN收發(fā)器19，單片機11的CAN信號端通過CAN收發(fā)器19外接內(nèi)部CAN總線。其中，電池模組I由12個單體電池串聯(lián)組成，所述第一雙向模擬開關(guān)包括開關(guān)SI、S3、S5、S7、S9、S11、S13，所述第二雙向模擬開關(guān)包括開關(guān)S2、S4、S6、S8、S10、S12。其中，第一雙向模擬開關(guān)和第二雙向模擬開關(guān)采用半導(dǎo)體模擬開關(guān)來實現(xiàn)，且對于12個單體電池串聯(lián)組成的電池模組I而言，模擬開關(guān)數(shù)量不大于15個為較佳。當(dāng)然，所述電池模組I不僅限于為12個單體電池串聯(lián)組成，也可以為其他數(shù)量及方式組成，只要便于本系統(tǒng)的控制即可。其中，驅(qū)動/互鎖電路14為基于硬件的驅(qū)動/互鎖電路14，用于解決第一雙向模擬開關(guān)和第二雙向模擬開關(guān)的驅(qū)動，并確保在同一時間只對單個單體電池實施均衡；單片機11可以快速有效地實現(xiàn)單體電池充電和放電的均衡和電壓采樣(即電壓檢測)的分時控制。請參考圖2，當(dāng)需要到對電池模組I中某一單體電池(以第8節(jié)單體電池為例)實施充電均衡時，單片機11首先控制雙向極性切換開關(guān)13的輸出端處于上正(+)下負(fù)(-)的工作模式，然后通過驅(qū)動/互鎖電路14選通S5和S6對應(yīng)的雙向模擬開關(guān)(其他雙向模擬開關(guān)處于斷開狀態(tài))，此時已經(jīng)把對應(yīng)第8節(jié)單體電池的充電均衡通道打開，然后單片機11使能雙向DC/DC模塊12并選擇為充電工作模式，此時，BMU(電池管理單元2)通過已打開的雙向均衡通道從電源總線輸入能量到第8節(jié)單體電池上，實現(xiàn)恒流充電均衡。在充電均衡過程中通過單片機11脈沖控制雙向DC/DC模塊12的使能信號，實現(xiàn)充電均衡和電池電壓采樣的分時進行。請參考圖3，當(dāng)需要到對電池模組I中某一單體電池(以第8節(jié)單體電池為例)實施放電均衡時，單片機11首先控制雙向極性切換開關(guān)13的輸出端處于上負(fù)(_)下正(+)的工作模式，然后通過驅(qū)動/互鎖電路14選通S5和S6對應(yīng)的雙向模擬開關(guān)(其他雙向模擬開關(guān)處于斷開狀態(tài))，此時已經(jīng)把對應(yīng)地8節(jié)單體電池的充電均衡通道打開，然后單片機11使能雙向DC/DC模塊12并選擇為放電工作模式，此時，BMU(電池管理單元2)通過雙向均衡通道把第8節(jié)單體電池的放電能量輸出到電源總線上，實現(xiàn)恒流放電均衡。在放電均衡過程中通過單片機11脈沖控制雙向DC/DC模塊12的使能信號，實現(xiàn)放電均衡和電池電壓采樣的分時進行。其中，充電均衡所需的能量和放電均衡釋放的能量均通過電源總線傳遞。電源總線是整個電池組內(nèi)多個BMU(電池管理単元2)之間的公共電源母線，可實現(xiàn)均衡能量在各個BMU(電池管理単元2)之間均衡能量的回饋和相互傳遞。電源總線設(shè)置為12V電源總線。綜上所述，本發(fā)明通過單片機11控制雙向DC/DC模塊12、雙向極性切換開關(guān)13以及雙向開關(guān)陣列15實現(xiàn)了對電池模組I內(nèi)各單體電池的分時充電和放電均衡，其中，均衡電流可達(dá)2A (不僅限于2A)，雙向DC/DC模塊12的轉(zhuǎn)換效率不低于80%，并實現(xiàn)了均衡能量的回饋利用；而且，實現(xiàn)了對12個單體電池(不僅限于12個)的充電和放電均衡共用同一套雙向DC/DC模塊12、雙向極性切換開關(guān)13以及雙向開關(guān)陣列15。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于新能源汽車和電網(wǎng)儲能系統(tǒng)等需要對電池模組I內(nèi)多個單體電池進行充電或放電均衡的系統(tǒng)中。 最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于雙向DC/DC的電池均衡系統(tǒng)，包括電池模組、電池管理單元、連接于各個電池管理單元之間的電源總線，其特征在于所述電池管理單元包括單片機、雙向DC/DC模塊、雙向極性切換開關(guān)、驅(qū)動/互鎖電路；雙向DC/DC模塊的輸入端與電源總線連接，雙向DC/DC模塊的輸出端與雙向極性切換開關(guān)的輸入端連接,單片機的充電/放電均衡控制端與雙向DC/DC模塊的控制端連接，雙向DC/DC模塊的反饋端與單片機的狀態(tài)診斷端連接，單片機的極性開關(guān)控制端與雙向極性切換開關(guān)的控制端連接；所述電池模組由若干個單體電池串聯(lián)組成，雙向極性切換開關(guān)的上輸出端與各個單體電池的正極之間連接有第一雙向模擬開關(guān)，雙向極性切換開關(guān)的下輸出端與各個單體電池的負(fù)極之間連接有第二雙向模擬開關(guān)，第一雙向模擬開關(guān)與第二雙向模擬開關(guān)構(gòu)成雙向開關(guān)陣列，所述單片機通過驅(qū)動/互 鎖電路控制雙向開關(guān)陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙向DC/DC的電池均衡系統(tǒng)，其特征在于所述電池管理單元還包括LDO電源變換電路，單片機的5V電源輸入端通過LDO電源變換電路外接12V車載鉛酸電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙向DC/DC的電池均衡系統(tǒng)，其特征在于所述電池管理單元進一步包括溫度檢測電路，單片機的溫度檢測信號端通過溫度檢測電路外接溫度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙向DC/DC的電池均衡系統(tǒng)，其特征在于所述溫度傳感器包括Tl T4。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙向DC/DC的電池均衡系統(tǒng)，其特征在于所述電池管理單元進一步包括電壓檢測電路，單片機的電壓檢測信號端通過電壓檢測電路外接電壓傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于雙向DC/DC的電池均衡系統(tǒng),其特征在于所述電壓傳感器包括Vl V12。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙向DC/DC的電池均衡系統(tǒng)，其特征在于所述電池管理單元進一步包括CAN收發(fā)器，單片機的CAN信號端通過CAN收發(fā)器外接內(nèi)部CAN總線。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7任意一項所述的基于雙向DC/DC的電池均衡系統(tǒng)，其特征在于所述電池模組由12個單體電池串聯(lián)組成，所述第一雙向模擬開關(guān)包括開關(guān)SI、S3、S5、S7、S9、Sll、S13，所述第二雙向模擬開關(guān)包括開關(guān)S2、S4、S6、S8、S10、S12。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙向DC/DC的電池均衡系統(tǒng)，其特征在于所述電源總線設(shè)置為12V電源總線。
全文摘要
本發(fā)明涉及電池均衡系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙向DC/DC的電池均衡系統(tǒng)，其包括電池模組、電池管理單元、電源總線，電池管理單元包括單片機、雙向DC/DC模塊、雙向極性切換開關(guān)、驅(qū)動/互鎖電路；雙向DC/DC模塊的輸入端與電源總線連接，雙向DC/DC模塊的輸出端與雙向極性切換開關(guān)的輸入端連接，單片機的充電/放電均衡控制端與雙向DC/DC模塊的控制端連接，單片機的極性開關(guān)控制端與雙向極性切換開關(guān)的控制端連接；單片機通過驅(qū)動/互鎖電路控制雙向開關(guān)陣列。本發(fā)明通過單片機控制雙向DC/DC模塊、雙向極性切換開關(guān)以及雙向開關(guān)陣列實現(xiàn)了對電池模組內(nèi)各單體電池的分時充電和放電均衡。
文檔編號H02J7/00GK102664433SQ201210079268
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者成勇, 胡建國, 黃世霖 申請人:東莞新能德科技有限公司