專利名稱：一種bms電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路，主要應(yīng)用于多節(jié)串聯(lián)的鋰離子電池組，實現(xiàn)組間各個電池單體間容量的一致和整組電池容量的平衡。
背景技術(shù)：
隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，鋰離子電池組扮演的角色越來越重要。為保證電池組間單體容量均衡的一致性，避免電池組因組間單體電池能量失衡而縮短電池組的使用壽命，電池組間單體容量的均衡成為諸多產(chǎn)品設(shè)計中必不可少的重要功能。傳統(tǒng)的電池組均衡電路都以被動耗能的工作模式對電池組間單體容量進行均衡， 利用線路自身消耗較大的功耗。一種已知BMS電池管理系統(tǒng)的均衡電路如附圖I所示，該電路包括一個由η節(jié)單體電池串聯(lián)組成的電池組電池組，η個可控制開關(guān)的電子器件K串聯(lián)η個功率電阻Rl—Rn構(gòu)成，每個開關(guān)K串聯(lián)一個電阻R后，并聯(lián)在單節(jié)電池兩端，所有開關(guān)K的控制引腳CTl一CTn由控制端控制。當系統(tǒng)檢測到某節(jié)電池容量較低時，控制端打開其余所有高過最低單體的其余所有單體的單位電池的均衡回路及開關(guān)K，利用被動放電來實現(xiàn)最終電池組間所有單體電池容量的平衡一致。顯然，該均衡電路工作在連續(xù)模式，增加了系統(tǒng)的靜態(tài)功耗，延長了均衡時間，加大了熱量的產(chǎn)生；且在能量消耗的過程中產(chǎn)生的過多熱量可能減小電池組的使用壽命，并且可能引發(fā)安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)技術(shù)中存在的問題，基于電池容量均衡過程緩慢及能耗過大、產(chǎn)生熱量大這一特點，提出一種新型的BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路，使得電池組間各個單體容量出現(xiàn)差值時，打開容量較低的單體電池的開關(guān)通過對其充電實現(xiàn)電池組單體容量平衡一致。該電路能有效的降低能量損耗，大幅提高均衡效率，有效的減少熱量的產(chǎn)生。同時，在均衡電路中應(yīng)用保護電路解決了傳統(tǒng)電路中當均衡電路出現(xiàn)問題易將電池過放電這一問題，提出在均衡系統(tǒng)中應(yīng)用保護電路，是電池均衡電路中出現(xiàn)異?，F(xiàn)狀，如電池端短路或有反向電流，保護電路立即切斷整個回路，從而起到保護電池的功能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路，其特征在于所述主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路由依次相串聯(lián)的電池組、整組大功率DC電源TPS、小功率DC電源PS、保護電路PC和開關(guān)矩陣Kl一Kn相串聯(lián)構(gòu)成，所述開關(guān)矩陣Kl一Kn連接下位機。作為對現(xiàn)有技術(shù)改進之一，本發(fā)明的電路中，所述電池組包括第一電池BI到第η電池Bn,所述所述電池組包括第一電池BI到第η電池Bn,所述第一電池BI到第η電池Bn依次串聯(lián)連接。進一步的，所述第一電池BI到第η電池Bn由每4個電池均衡為一組；或每5個電池均衡為一組；或每6個電池均衡為一組；或每7個電池均衡為一組；或每8個電池均衡為一組。作為對現(xiàn)有技術(shù)另一種改進，本發(fā)明的電路中，所述整組大功率DC電源TPS輸入端與電池組第一電池BI到第η電池Bn連接，實現(xiàn)第一級能量轉(zhuǎn)換；整組大功率DC電源TPS輸出端與單組小功率DC電源PS輸入端相連接；或與若干個輸入端并聯(lián)的小功率DC電源相連接，實現(xiàn)第二級能量轉(zhuǎn)換；所述整組大功率DC電源TPS輸入端接電池組的總輸出端，輸出電壓Voc，Voc電壓范圍為直流9-36V ;所述整組大功率DC電源TPS輸出端與單組小功率DC電源PS或多個并聯(lián)小功率DC電源PSl—PSn相連接，輸出電壓Voa，Voa電壓范圍為直流4-5V ;所述單組小功率DC電源PS的輸出端或多個并聯(lián)小功率DC電源PSl—PSn的輸出端連接接所述的保護電路，輸出電壓Voa。進一步的，所述整組大功率DC電源TPS通過電源DC將電池組中的不同的電壓值轉(zhuǎn)換為Voc ；Voc為9V — 36V ;所述分組小功率DC電源PSl—PSn通過第二 DC電源將Voc的電壓轉(zhuǎn)換為Voa ；Voa為4V — 5V。 作為對現(xiàn)有技術(shù)再一種改進，本發(fā)明的電路中，所述保護電路PC由一個保護IC連 接控制一個開關(guān)器件構(gòu)成，所述開關(guān)器件包括摩絲管M0SFET、三極管、繼電器、光繼電器或光耦；所述保護電路PC由單組保護電路PC或多個保護電路PCl—PCn連接對應(yīng)的多個分組小功率電源PSl—PSn輸出端構(gòu)成。再一步，所述均衡電路中開關(guān)矩陣K由若干個開關(guān)Kl一Kn連接電池組中每節(jié)電池的一端連接構(gòu)成。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明摒棄傳統(tǒng)的設(shè)計思路，根據(jù)電池電壓均衡非常緩慢這一特點，采用開關(guān)矩陣與保護電路技術(shù)設(shè)計，使其在工作中的功耗大大降低，有效的減少均衡中廣生的熱量，大大提聞均衡效率；進而提聞廣品的使用壽命。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及其工作原理作詳細說明。


圖I是傳統(tǒng)的BMS電池管理系統(tǒng)的均衡電路。圖2是本發(fā)明實施例I電路總結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實施例I電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明電路的保護電路示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及其工作原理作詳細說明。參見圖2所示，為本發(fā)明的一個實施方案，該BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路由依次相連的電池組、整組大功率DC電源TPS、小功率DC電源PS、保護電路PC和開關(guān)矩陣Kl一Kn相串聯(lián)構(gòu)成，開關(guān)矩陣Kl一Kn連接下位機。其中，電池組包括第一電池BI到第η電池Βη，所述第一電池BI到第η電池Bn依
次串聯(lián)連接。進而，第一電池BI到第η電池Bn由每4個電池均衡為一組；或每5個電池均衡為一組；或每6個電池均衡為一組；或每7個電池均衡為一組；或每8個電池均衡為一組。所述均衡為串聯(lián)連接關(guān)系。
在具體實施例中，整組大功率DC電源TPS輸入端與電池組第一電池BI到第η電池Bn連接，實現(xiàn)第一級能量轉(zhuǎn)換；整組大功率DC電源TPS輸出端與單組小功率DC電源PS輸入端相連接；或與若干個輸入端并聯(lián)的小功率DC電源相連接，實現(xiàn)第二級能量轉(zhuǎn)換；整組大功率DC電源TPS輸入端接電池組的總輸出，輸出電壓V0C，V0C電壓范圍為直流9-36V ；整組大功率DC電源TPS輸出端與單組小功率DC電源PS相連接，輸出電壓Voa，Voa電壓范圍為直流4-5V，單組小功率DC電源PS的輸出端連接接所述的保護電路，輸出電壓Voa。參見圖3所示，為本發(fā)明的另一個實施方案，該主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路由依次相連的電池組、整組大功率DC電源TPS、分組小功率電源PSl—PSn、保護電路I一η和開關(guān)矩陣I一η相串聯(lián)構(gòu)成的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路，該開關(guān)矩陣Kl一Kn連接下位機，各個下位機分別連接上位機。在具體實施例中，整組大功率DC電源TPS由分組小功率DC電源PSl—PSn構(gòu)成，整組大功率DC電源TPS輸出端接電池組的電源輸出總電壓VBn，整組大功率DC電源TPS輸 入端與分組小功率DC電源PSl—PSn的輸入相連接，輸出電壓Voc，Voc為9V — 36V ;每節(jié)多個并聯(lián)小功率DC電源PSl—PSn的輸出端分別接保護電路PC的輸入端，輸出電壓Voa，Voa為4V — 5V。開關(guān)矩陣的輸入端與保護電路的輸出端相連接，輸出電壓為Voa，開關(guān)矩陣的輸入端為單個均衡系統(tǒng)的公共端。參見圖4所示，上述兩個實施例中，保護電路PC由一個保護IC連接控制一個開關(guān)器件構(gòu)成，所述開關(guān)器件包括摩絲管M0SFET、三極管、繼電器、光繼電器或光耦；所述保護電路PC由單組保護電路PC或多個保護電路PCl—PCn連接對應(yīng)的多個分組小功率電源PSI—PSn輸出端構(gòu)成。保護IC的輸入端連接輸入電壓Voa端，輸入電壓Voa為4一5V，保護IC的輸出端分別連接摩絲管M0SFET、三極管、繼電器、光繼電器或光耦。保護電路在開關(guān)矩陣或電池端出現(xiàn)短路或電流逆向是保護電路會工作行成斷路，阻斷均衡電源DC與后端電池端的連接，起到保護作用。在電路正常的狀態(tài)下保護電路斷開。開關(guān)矩陣開關(guān)矩陣K由若干個開關(guān)Kl一Kn并聯(lián)連接構(gòu)成，是通過閉合高電壓的單節(jié)電池，在能量轉(zhuǎn)移的狀態(tài)下將低電壓與高電壓同時向同一電壓逼近，減少在均衡中的功耗，提高均衡效率。保護IC是接收開關(guān)矩陣電池端短路或有反向電流的信號，并發(fā)送信號給MOSFET 二極管或繼電器，使得DC電源與后端開關(guān)矩陣切斷，從而達到保護均衡電路的功能。開關(guān)矩陣是通過閉合高電壓的單節(jié)電池，在能量轉(zhuǎn)移的狀態(tài)下將低電壓與高電壓同時向同一電壓逼近，減少在均衡中的功耗，提高均衡效率。本發(fā)明通過均衡系統(tǒng)連接到下位機，通過下位機采集數(shù)據(jù)，發(fā)送到上位機，通過上位機對數(shù)據(jù)進行分析并傳送信息到均衡系統(tǒng)，通過調(diào)整開關(guān)矩陣來實現(xiàn)電池均衡。本發(fā)明BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路實施方案一的工作原理是參見圖3所示，BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路實施案例電路圖為N串電池組，電池組電壓輸出為VBn經(jīng)過整組大功率DC電源TPS將電壓轉(zhuǎn)換為Voc (9V—36V)。電壓Voc在進入均衡電路時，經(jīng)過分組小功率DC電源將電壓Voc轉(zhuǎn)換為Voa (4V—5V)，利用兩個電源將電壓轉(zhuǎn)換為Voa后通過保護電路進入開關(guān)矩陣，再經(jīng)過下位機采集電壓數(shù)據(jù)，最后發(fā)送到上位機，通過上位機對數(shù)據(jù)進行分析并傳送信息到均衡系統(tǒng)，通過調(diào)整開關(guān)矩陣來實現(xiàn)電池均衡。對于整個電池組而言，可同時連接多個下位機，各個下位機通過數(shù)據(jù)通訊最終與上位機連接。所有的均衡控制由上位機統(tǒng)一控制開關(guān)，當整組電池中某節(jié)電池出現(xiàn)容量低時,通過整組充電單體放電的方法來使整組單體容量均衡一致。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書所確定的專利保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路，其特征在于所述主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路由依次相串聯(lián)的電池組、整組大功率DC電源TPS、小功率DC電源PS、保護電路PC和開關(guān)矩陣Kl一Kn相串聯(lián)構(gòu)成，所述開關(guān)矩陣Kl一Kn連接下位機。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路，其特征在于所述電池組包括第一電池BI到第η電池Βη，所述第一電池BI到第η電池Bn依次串聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路，其特征在于所述第一電池BI到第η電池Bn串聯(lián)后，其中，每4個電池、每5個電池、每6個電池、每7個電池或每8個電池串聯(lián)為一組。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路，其特征在于所述整組大功率DC電源TPS輸入端與電池組第一電池BI到第η電池Bn連接；整組大功率DC電源TPS輸出端與單組小功率DC電源PS輸入端相連接，或與若干個輸入端并聯(lián)的小功率DC電源相連接；所述整組大功率DC電源TPS輸入端接電池組的總輸出端，輸出電壓Voc ;所述整組大功率DC電源TPS輸出端與單組小功率DC電源PS或多個并聯(lián)小功率DC電源PSl—PSn相連接，輸出電壓Voa ;所述單組小功率DC電源PS的輸出端或多個并聯(lián)小功率DC電源PSl—PSn的輸出端連接接所述的保護電路，輸出電壓Voa。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路，其特征在于所述整組大功率DC電源TPS通過電源DC將電池組中的總電壓轉(zhuǎn)換為Voc ；Voc范圍為直流9V — 36V ;所述單組小功率DC電源PS或分組小功率DC電源PSl—PSn將TPS DC電源的輸出Voc的電壓轉(zhuǎn)換為Voa ；Voa為直流4V—5V。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路，其特征在于所述保護電路PC由一個保護IC連接控制一個開關(guān)器件構(gòu)成，所述開關(guān)器件包括摩絲管M0SFET、三極管、繼電器、光繼電器或光耦；所述保護電路PC由單組保護電路PC或多個保護電路PCl—PCn連接對應(yīng)的多個分組小功率電源PSl—PSn輸出端構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路，其特征在于所述均衡電路中開關(guān)矩陣K由若干個開關(guān)Kl一Kn連接電池組中每節(jié)電池的一端連接構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路，包括電池組、整組大功率DC電源TPS、小功率DC電源PS、保護電路PC和開關(guān)矩陣K1—Kn相串聯(lián)構(gòu)成的電路，開關(guān)矩陣K1—Kn連接下位機?；陔姵仉妷壕膺^程非常緩慢這一特點，根據(jù)能量轉(zhuǎn)移原理，提出一種新型的BMS電池管理系統(tǒng)的主動能量轉(zhuǎn)移式均衡電路，使得電池電壓不足時，自動將高電壓的電池電壓轉(zhuǎn)換成能量轉(zhuǎn)移到低電壓的電池上。該電路能有效的降低功耗；且可以提高均衡效率，減少熱量的產(chǎn)生。同時，針對傳統(tǒng)技術(shù)無保護電路這一問題，提出在均衡系統(tǒng)中應(yīng)用保護電路，是電池端短路或出現(xiàn)反向電流等異?，F(xiàn)狀，如電池端短路或有反向電流，保護電路立即切斷整個回路，從而起到保護電路的功能。
文檔編號H02J7/00GK102723761SQ20121024921
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者候雷, 楊鑫 申請人:西安冠通數(shù)源電子有限公司