一種具有主動均衡功能的動力電池組管理電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電池充放電【技術領域】，具體涉及一種具有主動均衡功能的動力電池組管理電路。該動力電池組管理電路包括：電壓采集模塊、電池單體選擇電路、電壓均衡電路、蓄電池和動力電池組。該動力電池組管理電路作為車載動力電池組電池管理系統(tǒng)的一部分，是對現(xiàn)有充放電均衡方法的一種改進；與現(xiàn)有技術相比較，該方案具備如下有益效果：該均衡電路及均衡過程簡單可靠，易于控制；該方案對動力電池組進行均衡時，基本不消耗動力電池組電能；且該方案主動均衡過程快速、高效，能夠有效管理電池充放電狀態(tài)，進而延長電池壽命。
【專利說明】—種具有主動均衡功能的動力電池組管理電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電池充放電【技術領域】，具體涉及一種具有主動均衡功能的動力電池組
管理電路。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)代電動汽車多采用串聯(lián)式動力電池組，鋰離子動力電池將會在未來一段時間內(nèi)大量使用。動力電池的安全、高效使用對于電動汽車的正常運行具有重要的意義。
[0003]電池組在使用過程中，由于各單體電池之間存在不一致性，連續(xù)的充放電循環(huán)導致的差異，將使某些單體電池的容量加速衰減。由于在制作過程中的工藝等原因，即使是同批次、同型號的電池，也存在容量、內(nèi)阻等方面的差異，并且在長期的使用過程中，這種差異會越來越大，進而導致動力電池組充放電時的不均衡。不均衡性對串聯(lián)電池組的性能影響很大，將會降低電池組的整體容量，縮短使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術問題
[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是:如何提供一種具有主動均衡功能的動力電池組管理電路。
[0006](二)技術方案
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種具有主動均衡功能的動力電池組管理電路，所述動力電池組管理電路包括:電壓采集模塊1、電池單體選擇電路2、電壓均衡電路3、蓄電池4以及動力電池組22 ；
[0008]所述電壓采集模塊I與動力電池組22中的各個電池單體相連接，用于實時采集動力電池組22中各電池單體的電壓，并將采集得到的電壓數(shù)據(jù)發(fā)送至外部電池管理系統(tǒng)的控制單元；所述電池單體選擇電路2用于選擇將要進行電壓均衡的動力電池組22中的電池單體；所述電壓均衡電路3以及蓄電池4用于對電池單體選擇電路2所選擇的動力電池組22中的電池單體進行電壓均衡管理。
[0009]其中，所述電池單體選擇電路2包括:多個繼電器23和多個換向開關9 ;所述動力電池組22由多個電池單體串聯(lián)組成；
[0010]相互串聯(lián)的每兩個電池單體之間均連接一個繼電器23，每一個繼電器23與一個換向開關9相連接，所述繼電器23和換向開關9均通過外部電池管理系統(tǒng)的控制單元控制，外部電池管理系統(tǒng)的控制單元通過控制相應繼電器23的通斷，分別將對應的換向開關9接入端接通不同的電池單體，從而選擇出將要進行電壓均衡的電池單體。
[0011]其中，所述電壓均衡電路3包括兩個互相對稱的第一穩(wěn)壓電路5和第二穩(wěn)壓電路6 ；
[0012]所述第一穩(wěn)壓電路5包括:第一電容10、第一 MOS管11、第一續(xù)流二極管12、第一電阻13、第二電容14和第一二極管15 ；[0013]所述第二穩(wěn)壓電路6包括:第三電容16、第二 MOS管17、第二續(xù)流二極管18、第二電阻19、第四電容20和第二二極管21 ；
[0014]所述電壓均衡電路3連接電池單體選擇電路2輸出端的兩端作為第一穩(wěn)壓電路5輸入端，所述第一穩(wěn)壓電路5輸入端兩端之間順次串聯(lián)由所述第一MOS管11和第一二極管15構成的并聯(lián)電路、所述第一續(xù)流二極管12以及由所述第一電阻13和第二電容14構成的并聯(lián)電路，且所述第一穩(wěn)壓電路5輸入端兩端之間還并聯(lián)連接所述第一電容10 ;所述第一續(xù)流二極管12與第一二極管15之間設置有第一支點，所述第一支點與換向開關9的輸出端相連接端之間連接有變壓器7的初級回路，作為第一穩(wěn)壓電路5的輸出端；
[0015]所述蓄電池4的正負極作為第二穩(wěn)壓電路6的輸入端，蓄電池4的正負極、即第二穩(wěn)壓電路6的輸入端兩端之間順次串聯(lián)由所述第二 MOS管17和第二二極管21構成的并聯(lián)電路、所述第二續(xù)流二極管18以及由所述第二電阻19和第四電容20構成的并聯(lián)電路，且蓄電池4的正負極、即第二穩(wěn)壓電路6的輸入端兩端之間還并聯(lián)連接所述第三電容16 ;第二續(xù)流二極管18和第二二極管21相連接的電路中設置有第二支點，所述第二支點與蓄電池4的正極之間還并聯(lián)連接有變壓器7的次級回路，作為第二穩(wěn)壓電路6的輸出端。
[0016]其中，所述蓄電池4為可充電池。
[0017](三)有益效果
[0018]本發(fā)明技術方案提供一種具有主動均衡功能的動力電池組管理電路，作為車載動力電池組電池管理系統(tǒng)的一部分，是對現(xiàn)有充放電均衡方法的一種改進；與現(xiàn)有技術相比較，該方案具備如下有益效果:該均衡電路及均衡過程簡單可靠，易于控制；該方案對動力電池組進行均衡時，基本不消耗動力電池組電能；且該方案主動均衡過程快速、高效，能夠有效管理電池充放電狀態(tài)，進而延長電池壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明具有主動均衡功能的動力電池管理電路的結構示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明技術方案對電池單體充電時的等效電路圖。
[0021]圖3為本發(fā)明技術方案控制電池單體放電時的等效電路圖。
[0022]【附圖標記說明】
[0023]1-電壓采集模塊；2_電池單體選擇電路；3_電壓均衡電路；
[0024]4-蓄電池；5_第一穩(wěn)壓電路；6_第二穩(wěn)壓電路；7_變壓器；
[0025]8-單體電池；9_換向開關；10-第一電容；11-第一 MOS管；
[0026]12-第一續(xù)流二極管；13-第一電阻；14-第二電容；
[0027]15-第一二極管；16_第三電容；17_第二 MOS管；
[0028]18-第二續(xù)流二極管；19-第二電阻；20_第四電容；
[0029]21-第二二極管；22_動力電池組；23_繼電器。
【具體實施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0031 ] 為解決現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明提供一種具有主動均衡功能的動力電池組管理電路，如圖1所示，所述動力電池組管理電路包括:電壓采集模塊1、電池單體選擇電路2、電壓均衡電路3、蓄電池4以及動力電池組22 ；
[0032]所述電壓采集模塊I與動力電池組22中的各個電池單體相連接，用于實時采集動力電池組22中各電池單體的電壓，并將采集得到的電壓數(shù)據(jù)發(fā)送至外部電池管理系統(tǒng)的控制單元；所述電池單體選擇電路2用于選擇將要進行電壓均衡的動力電池組22中的電池單體；所述電壓均衡電路3以及蓄電池4用于對電池單體選擇電路2所選擇的動力電池組22中的電池單體進行電壓均衡管理。
[0033]其中，所述電池單體選擇電路2包括:多個繼電器23和多個換向開關9 ;所述動力電池組22由多個電池單體串聯(lián)組成；
[0034]相互串聯(lián)的每兩個電池單體之間均連接一個繼電器23，每一個繼電器23與一個換向開關9相連接，所述繼電器23和換向開關9均通過外部電池管理系統(tǒng)的控制單元控制，外部電池管理系統(tǒng)的控制單元通過控制相應繼電器23的通斷，分別將對應的換向開關9接入端接通不同的電池單體，從而選擇出將要進行電壓均衡的電池單體。
[0035]其中，所述電壓均衡電路3包括兩個互相對稱的第一穩(wěn)壓電路5和第二穩(wěn)壓電路6 ；
[0036]所述第一穩(wěn)壓電路5包括:第一電容10、第一 MOS管11、第一續(xù)流二極管12、第一電阻13、第二電容14和第一二極管15 ；
[0037]所述第二穩(wěn)壓電路6包括:第三電容16、第二 MOS管17、第二續(xù)流二極管18、第二電阻19、第四電容20和第二二極管21 ；
[0038]所述電壓均衡電路3連接電池單體選擇電路2輸出端的兩端作為第一穩(wěn)壓電路5輸入端，所述第一穩(wěn)壓電路5輸入端兩端之間順次串聯(lián)由所述第一MOS管11和第一二極管15構成的并聯(lián)電路、所述第一續(xù)流二極管12以及由所述第一電阻13和第二電容14構成的并聯(lián)電路，且所述第一穩(wěn)壓電路5輸入端兩端之間還并聯(lián)連接所述第一電容10 ;所述第一續(xù)流二極管12與第一二極管15之間設置有第一支點，所述第一支點與換向開關9的輸出端相連接端之間連接有變壓器7的初級回路，作為第一穩(wěn)壓電路5的輸出端；
[0039]所述蓄電池4的正負極作為第二穩(wěn)壓電路6的輸入端，蓄電池4的正負極、即第二穩(wěn)壓電路6的輸入端兩端之間順次串聯(lián)由所述第二 MOS管17和第二二極管21構成的并聯(lián)電路、所述第二續(xù)流二極管18以及由所述第二電阻19和第四電容20構成的并聯(lián)電路，且蓄電池4的正負極、即第二穩(wěn)壓電路6的輸入端兩端之間還并聯(lián)連接所述第三電容16 ;第二續(xù)流二極管18和第二二極管21相連接的電路中設置有第二支點，所述第二支點與蓄電池4的正極之間還并聯(lián)連接有變壓器7的次級回路，作為第二穩(wěn)壓電路6的輸出端；當所述具有主動均衡功能的動力電池組管理電路應用于汽車時，所述蓄電池4為可充電池，優(yōu)選為24V直流蓄電池。
[0040]在具體應用過程中，所述電壓采集模塊I實時對動力電池組22的電池單體電壓進行采集，將采集得到的電壓數(shù)據(jù)發(fā)送給外部電池管理系統(tǒng)的控制單元。電池管理系統(tǒng)計算出當前整個動力電池組22的總電壓U,除以電池單體個數(shù)N得到電池單體的平均電壓U111。取電池單體均衡電壓上限為Umax，Umax=Um* (1+20%);電池單體均衡電壓下限為Umin，Umin=Um*(1-20%)。如果某一電池單體電壓高于限值Umax或低于限值Umin，則電池管理系統(tǒng)判斷為需要對此電池單體進行均衡管理。[0041]所述電池管理系統(tǒng)通過控制電池單體選擇電路2中的繼電器23通斷選擇電壓高于限值U-或低于限值Umin的電池單體，控制換向開關9對電壓進行換向，保持對所述電壓均衡電路3輸出的電壓方向不變。
[0042]所述電壓均衡電路3和蓄電池4對所選擇的電池單體進行電壓均衡管理。通過控制第一 MOS管11的通斷，回路可以在變壓器7初級線圈兩端產(chǎn)生交變電壓U,。所述第二穩(wěn)壓電路6同第一穩(wěn)壓電路5結構對稱，同變壓器7次級線圈共同組成回路，通過控制第二MOS管17的通斷，回路可以在變壓器7次級線圈兩端產(chǎn)生交變電壓U2。
[0043]如圖2所示，為對電池單體充電過程的等效電路示意圖，該過程中，設定由電池單體選擇電路選擇的電池單體電壓為Utl，且Utl低于電池單體均衡電壓下限umin。則電池管理系統(tǒng)控制第二 MOS管11截斷，并控制第二 MOS管17的導通和截斷時間，使得第二穩(wěn)壓電路6在所述變壓器7的次級線圈產(chǎn)生交變電壓U2。交變電壓U2經(jīng)過變壓器7轉換，加載至第一穩(wěn)壓電路5，由于第一二極管15和第二電容14的整流作用，交變電壓轉變?yōu)橹绷麟妷篣d2，電壓Ud2的大小可以通過第二 MOS管17通斷的占空比進行控制。若控制使電壓Ud2高于所選單體電池，則Ud2加載至所選單體電池時，對單體電池進行充電。由電壓采集模塊I實時監(jiān)測所選單體電池電壓，當所述單體電池電壓達到平均電壓Um時，電池管理系統(tǒng)控制第二MOS管17斷開，選擇電池單體選擇電路2中的繼電器23斷開，電池單體充電結束。
[0044]如圖3所示，為對電池單體放電過程的等效電路示意圖。設定由電池單體選擇電路2選擇的電池單體電壓為Utl'且Utl’高于電池單體均衡電壓上限Umax。則電池管理系統(tǒng)控制第二 MOS管17截斷，并控制第一 MOS管11的導通和截斷時間，使得第一穩(wěn)壓電路5在所述變壓器7的初級線圈產(chǎn)生交變電壓U,。交變電壓U1經(jīng)過變壓器7轉換，加載至第二穩(wěn)壓電路6，由于第二二極管21和第四電容20的整流作用，交變電壓轉變?yōu)橹绷麟妷篣dl，電壓Udl的大小可以通過第一 MOS管11通斷的占空比進行控制。若控制使電壓Udl高于蓄電池4，則Udl加載至蓄電池4時，對蓄電池4進行充電。由電壓采集模塊I實時監(jiān)測所選單體電池電壓，當所述單體電池電壓達到平均電壓Um時，電池管理系統(tǒng)控制第一 MOS管11斷開，選擇電池單體選擇電路2中的繼電器23斷開，電池單體放電結束。
[0045]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種具有主動均衡功能的動力電池組管理電路，其特征在于，所述動力電池組管理電路包括:電壓采集模塊(I)、電池單體選擇電路(2 )、電壓均衡電路(3 )、蓄電池(4)以及動力電池組(22)； 所述電壓采集模塊(I)與動力電池組(22)中的各個電池單體相連接，用于實時采集動力電池組(22)中各電池單體的電壓，并將采集得到的電壓數(shù)據(jù)發(fā)送至外部電池管理系統(tǒng)的控制單元；所述電池單體選擇電路(2)用于選擇將要進行電壓均衡的動力電池組(22)中的電池單體；所述電壓均衡電路(3)以及蓄電池(4)用于對電池單體選擇電路(2)所選擇的動力電池組(22 )中的電池單體進行電壓均衡管理。
2.如權利要求1所述具有主動均衡功能的動力電池組管理電路，其特征在于，所述電池單體選擇電路(2)包括:多個繼電器(23)和多個換向開關(9);所述動力電池組(22)由多個電池單體串聯(lián)組成； 相互串聯(lián)的每兩個電池單體之間均連接一個繼電器(23)，每一個繼電器(23)與一個換向開關(9)相連接，所述繼電器(23)和換向開關(9)均通過外部電池管理系統(tǒng)的控制單元控制，外部電池管理系統(tǒng)的控制單元通過控制相應繼電器(23)的通斷，分別將對應的換向開關(9)接入端接通不同的電池單體，從而選擇出將要進行電壓均衡的電池單體。
3.如權利要求1所述具有主動均衡功能的動力電池組管理電路，其特征在于，所述電壓均衡電路(3)包括兩個互相對稱的第一穩(wěn)壓電路(5)和第二穩(wěn)壓電路(6)； 所述第一穩(wěn)壓電路(5)包括:第一電容(10)、第一 MOS管(11)、第一續(xù)流二極管(12)、第一電阻(13)、第二電容(14)和第一二極管(15)； 所述第二穩(wěn)壓電路(6)包括:第三電容(16)、第二 MOS管(17)、第二續(xù)流二極管(18)、第二電阻(19)、第四電容(20)和第二二極管(21)； 所述電壓均衡電路(3)連接電池單體選擇電路(2)輸出端的兩端作為第一穩(wěn)壓電路(5)輸入端，所述第一穩(wěn)壓電路(5)輸入端兩端之間順次串聯(lián)由所述第一 MOS管(11)和第一二極管(15)構成的并聯(lián)電路、所述第一續(xù)流二極管(12)以及由所述第一電阻(13)和第二電容(14)構成的并聯(lián)電路，且所述第一穩(wěn)壓電路(5)輸入端兩端之間還并聯(lián)連接所述第一電容(10);所述第一續(xù)流二極管(12)與第一二極管(15)之間設置有第一支點，所述第一支點與換向開關(9)的輸出端相連接端之間連接有變壓器(7)的初級回路，作為第一穩(wěn)壓電路(5)的輸出端； 所述蓄電池(4)的正負極作為第二穩(wěn)壓電路(6)的輸入端，蓄電池(4)的正負極、即第二穩(wěn)壓電路(6)的輸入端兩端之間順次串聯(lián)由所述第二 MOS管(17)和第二二極管(21)構成的并聯(lián)電路、所述第二續(xù)流二極管(18)以及由所述第二電阻(19)和第四電容(20)構成的并聯(lián)電路，且蓄電池(4)的正負極、即第二穩(wěn)壓電路(6)的輸入端兩端之間還并聯(lián)連接所述第三電容(16);第二續(xù)流二極管(18)和第二二極管(21)相連接的電路中設置有第二支點，所述第二支點與蓄電池(4)的正極之間還并聯(lián)連接有變壓器(7)的次級回路，作為第二穩(wěn)壓電路(6)的輸出端。
4.如權利要求1所述具有主動均衡功能的動力電池組管理電路，其特征在于，所述蓄電池(4)為可充電池。
【文檔編號】H02J7/00GK103812192SQ201410057200
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權日:2014年2月20日
【發(fā)明者】劉勝利, 高峰, 李曉多, 戚于飛, 鄭潔, 張思寧, 李怡麒, 李艷明, 黨尋詣, 劉新權 申請人:中國北方車輛研究所