一種電動(dòng)汽車電池均衡控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電動(dòng)汽車電池均衡控制系統(tǒng)，包括控制器、電池組、電池電壓采集模塊、電源模塊，所述的控制器與電池組之間通過(guò)均衡模塊連接，所述的控制器的輸入端與電池電壓采集模塊連接。采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明同樣的時(shí)間里只需要各自均衡組內(nèi)的兩節(jié)單體電池即可，即同樣的時(shí)間可以進(jìn)行兩組均衡，提高了效率。在靜態(tài)的過(guò)程中，上述均衡方式幾乎可以一步到位；2、各均衡子程序里都有控制LED亮滅的指令，所以如果LED指示燈點(diǎn)亮，則表明均衡器正在工作中；相反，如果LED熄滅，則表面均衡器均衡完畢，處于非均衡工作狀態(tài)中。
【專利說(shuō)明】一種電動(dòng)汽車電池均衡控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車電源控制技術(shù)，特別涉及一種電動(dòng)汽車電池均衡控制系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，由4節(jié)12V的單個(gè)電池串聯(lián)組成的電池組廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車的動(dòng)力電池中，由于電池制造工藝因素影響，使其容量、內(nèi)阻等參數(shù)單體之間一致性有差異，導(dǎo)致了單塊電池性能的差異，同時(shí)電池組在使用一段時(shí)間后，單節(jié)電池之間的差異性會(huì)變大，進(jìn)一步影響電池的性能和壽命。均衡控制系統(tǒng)通過(guò)均衡各節(jié)電池之間的電量，避免在放電過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)分，充電過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)充，盡量實(shí)現(xiàn)電池容量的一致性，從而延長(zhǎng)電池的壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠有效均衡各節(jié)電池之間的電量，提高電池的性能和壽命的電動(dòng)汽車均衡控制系統(tǒng)及其控制方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明涉及的技術(shù)方案是:一種電動(dòng)汽車電池均衡控制系統(tǒng)，包括控制器、電池組、電池電壓采集模塊、電源模塊，所述的控制器與電池組之間通過(guò)均衡模塊連接，所述的控制器的輸入端與電池電壓采集模塊連接。
[0005]所述的均衡模塊包括由場(chǎng)效晶體管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)、由電容構(gòu)成的電容網(wǎng)絡(luò)，利用電容實(shí)現(xiàn)不同單體之間電量的轉(zhuǎn)移。
[0006]所述的控制器，用于根據(jù)電池電壓采集模塊采集的電池組各節(jié)單體電池的電壓信號(hào)，通過(guò)利用電容網(wǎng)絡(luò)的電容充放電調(diào)節(jié)電池組各節(jié)電池電壓，使得各節(jié)電池電壓大小一致。具體為，當(dāng)檢測(cè)到單體電壓超出整體電壓平均值后，利用電容網(wǎng)絡(luò)將電容與這個(gè)單體并聯(lián)，電池單體對(duì)電容充電，當(dāng)電容電壓和電池電壓一致后，利用場(chǎng)效晶體管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，將電容與電池電壓最低的單體電池并聯(lián)，電容將對(duì)單體電池充電。如此過(guò)程不停的重復(fù)，實(shí)現(xiàn)將單體電壓高的電池能量通過(guò)電容對(duì)單體電池電壓低的電池進(jìn)行能量補(bǔ)充，有效的避免放電時(shí)電壓低的電池過(guò)放。充電時(shí),單體電壓高的電池過(guò)充。進(jìn)一步提高電池使用循環(huán)壽命。
[0007]所述的電源模塊是通過(guò)電源芯片將電池組電壓變?yōu)?V電壓，給控制器提供工作電壓。
[0008]所述的控制器的輸出端連接有指示燈。
[0009]所述的控制器采用單片機(jī)，其型號(hào)為XC866。
[0010]所述的控制器連接有JTAG接口。
[0011]所述的電池組為四節(jié)電池。
[0012]一種電動(dòng)汽車電池均衡控制系統(tǒng)的控制方法，所述的方法包括以下步驟:
[0013]a)系統(tǒng)將電池組分成兩個(gè)小組，采集每個(gè)小組的單節(jié)電池兩端的電壓，比較第一小組的單節(jié)電池電壓之和與第二小組的單節(jié)電池電壓之和,將電量從電壓高的小組向電壓低的小組轉(zhuǎn)移直至兩組之間的電壓相等或相近；
[0014]b)系統(tǒng)比較各小組內(nèi)各節(jié)電池之間的電壓差，將電量從電壓高的單節(jié)電池向電壓低的電池轉(zhuǎn)移直至兩者之間的電壓相等或相近；
[0015]在步驟a)、b)中的電能轉(zhuǎn)移過(guò)程中系統(tǒng)點(diǎn)売指TjV燈。
[0016]所述的方法包括以下兩個(gè)階段:
[0017]第一階段系統(tǒng)把電池組分成兩個(gè)小組，第一單節(jié)電池與第二單節(jié)電池的串聯(lián)為1#組，第三單節(jié)電池與第四單節(jié)電池的串聯(lián)為2#組，通過(guò)數(shù)據(jù)采集可以得到各單節(jié)電池兩端的電壓，然后比較第一單節(jié)與第二單節(jié)電池之和Vl與第三單節(jié)與第四單節(jié)電池之和V2的大小,如果V1>V2，則1#組的電能向2#組的電能轉(zhuǎn)移直至兩組之間的能量相等；相反，如果V2>V1，則2#組的電能向1#組的電能轉(zhuǎn)移直至兩組之間的能量相等；
[0018]第二階段系統(tǒng)比較1#組內(nèi)各節(jié)電池之間的電壓差，將電量從電能高的單節(jié)電池向電能低的電池轉(zhuǎn)移直至兩者之間的電能相等，系統(tǒng)比較2#組內(nèi)各節(jié)電池之間的電壓差，將電量從電能高的單節(jié)電池向電能低的電池轉(zhuǎn)移直至兩者之間的電能相等。
[0019]本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)和方法，具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明的均衡是自頂向下、單方向式的，即先均衡兩組之間的電能，再分別均衡各組組內(nèi)的兩節(jié)單體電池，而且各組組內(nèi)的兩節(jié)單體電池之間的均衡可以同時(shí)進(jìn)行。單向式均衡縮短了時(shí)間，而同樣的時(shí)間里只需要各自均衡組內(nèi)的兩節(jié)單體電池即可，即同樣的時(shí)間可以進(jìn)行兩組均衡，提高了效率。在靜態(tài)的過(guò)程中，上述均衡方式幾乎可以一步到位；2、各均衡子程序里都有控制LED亮滅的指令，所以如果LED指示燈點(diǎn)亮，則表明均衡器正在工作中；相反，如果LED熄滅，則表面均衡器均衡完畢，處于非均衡工作狀態(tài)中，易于對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明；
[0021]圖1為本發(fā)明的邏輯結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖3為本發(fā)明中均衡模塊的電路圖；
[0024]圖4為本發(fā)明中系統(tǒng)均衡電池組的四節(jié)電池的電壓的軟件流程圖；
[0025]在圖1?圖2中，1、控制器；2、電池電壓采集模塊；3、均衡模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1?圖4所示一種電動(dòng)汽車電池均衡控制系統(tǒng)，包括控制器1、電池組、電池電壓采集模塊2、電源模塊，控制器I與電池組之間通過(guò)均衡模塊3連接，控制器I的輸入端與電池電壓采集模塊2連接。均衡模塊3包括由場(chǎng)效晶體管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)、由電容構(gòu)成的電容網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。
[0027]控制器，用于根據(jù)電池電壓采集模塊采集的電池組各節(jié)單體電池的電壓信號(hào)，通過(guò)利用電容網(wǎng)絡(luò)的電容充放電調(diào)節(jié)電池組各節(jié)電池電壓,使得各節(jié)電池電壓大小一致。具體為，當(dāng)檢測(cè)到單體電壓超出整體電壓平均值后，利用電容網(wǎng)絡(luò)將電容與這個(gè)單體并聯(lián)，電池單體對(duì)電容充電，當(dāng)電容電壓和電池電壓一致后，利用場(chǎng)效晶體管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，將電容與電池電壓最低的單體電池并聯(lián)，電容將對(duì)單體電池充電。如此過(guò)程不停的重復(fù)，實(shí)現(xiàn)將單體電壓高的電池能量通過(guò)電容對(duì)單體電池電壓低的電池進(jìn)行能量補(bǔ)充，有效的避免放電時(shí)電壓低的電池過(guò)放。充電時(shí),單體電壓高的電池過(guò)充。進(jìn)一步提高電池使用循環(huán)壽命。電源模塊是通過(guò)電源芯片將電池組電壓變?yōu)?V電壓，給控制器提供工作電壓。
[0028]控制器的輸出端連接有指示燈，指示燈為L(zhǎng)ED指示燈?？刂破鞑捎脝纹瑱C(jī)，其型號(hào)為XC866?？刂破鬟B接有JTAG接口。電池組為四節(jié)電池。單片機(jī)XC866的電源和電壓轉(zhuǎn)換電路電源都是利用NCS1002來(lái)實(shí)現(xiàn)的，電壓轉(zhuǎn)換電路由高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換單元A/D構(gòu)成，該高性能模數(shù)轉(zhuǎn)化單元A/D是由單片機(jī)XC866內(nèi)部包含的，本發(fā)明用到了 A/D的四路通道，用于采集四節(jié)電池的電壓。均衡電路模塊采用電容作為儲(chǔ)能元件，實(shí)現(xiàn)了能量的無(wú)損耗。均衡電路模塊通過(guò)利用場(chǎng)效晶體管控制電池與電容的連接，通過(guò)電容的充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)電池電壓的均衡的。
[0029]一種電動(dòng)汽車電池均衡控制系統(tǒng)的控制方法，所述的方法包括以下步驟:
[0030]a)系統(tǒng)將電池組分成兩個(gè)小組，采集每個(gè)小組的單節(jié)電池兩端的電壓，比較第一小組的單節(jié)電池電壓之和與第二小組的單節(jié)電池電壓之和,將電量從電壓高的小組向電壓低的小組轉(zhuǎn)移直至兩組之間的電壓相等或相近；
[0031]b)系統(tǒng)比較各小組內(nèi)各節(jié)電池之間的電壓差，將電量從電壓高的單節(jié)電池向電壓低的電池轉(zhuǎn)移直至兩者之間的電壓相等或相近；
[0032]在步驟a)、b)中的電能轉(zhuǎn)移過(guò)程中系統(tǒng)點(diǎn)亮指示燈。
[0033]方法包括以下兩個(gè)階段:
[0034]第一階段系統(tǒng)把電池組分成兩個(gè)小組，第一單節(jié)電池與第二單節(jié)電池的串聯(lián)為1#組，第三單節(jié)電池與第四單節(jié)電池的串聯(lián)為2#組，通過(guò)數(shù)據(jù)采集可以得到各單節(jié)電池兩端的電壓，然后比較第一單節(jié)與第二單節(jié)電池之和Vl與第三單節(jié)與第四單節(jié)電池之和V2的大小,如果V1>V2，則1#組的電能向2#組的電能轉(zhuǎn)移直至兩組之間的能量相等；相反，如果V2>V1，則2#組的電能向1#組的電能轉(zhuǎn)移直至兩組之間的能量相等。此時(shí)，1#組間的48V單節(jié)電池與36V單節(jié)電池之間的電壓很可能不相等，這時(shí)再對(duì)1#組里的兩個(gè)單節(jié)電池繼續(xù)均衡就可以了。對(duì)于2#組間的24V單節(jié)電池與12V單節(jié)電池同樣如此，不相等時(shí)可以通過(guò)均衡使二者的電壓差為零。
[0035]第二階段系統(tǒng)比較1#組內(nèi)各節(jié)電池之間的電壓差，將電量從電能高的單節(jié)電池向電能低的電池轉(zhuǎn)移直至兩者之間的電能相等，系統(tǒng)比較2#組內(nèi)各節(jié)電池之間的電壓差，將電量從電能高的單節(jié)電池向電能低的電池轉(zhuǎn)移直至兩者之間的電能相等。
[0036]本發(fā)明中電壓采集模塊獲得各節(jié)電池的電壓信息后，單片機(jī)控制均衡模塊的電容網(wǎng)絡(luò)以及開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)單節(jié)電池進(jìn)行一對(duì)一、多對(duì)一、組對(duì)一的電量均衡調(diào)節(jié)，使各單節(jié)電池之間的電量大小保持一致,從而提高電池的性能和壽命。
[0037]本發(fā)明的均衡是自頂向下、單方向式的，即先均衡兩組之間的電能，再分別均衡各組組內(nèi)的兩節(jié)單體電池，而且各組組內(nèi)的兩節(jié)單體電池之間的均衡可以同時(shí)進(jìn)行。單向式均衡縮短了時(shí)間，而同樣的時(shí)間里只需要各自均衡組內(nèi)的兩節(jié)單體電池即可，即同樣的時(shí)間可以進(jìn)行兩組均衡，提高了效率。在靜態(tài)的過(guò)程中，上述均衡方式幾乎可以一步到位；各均衡子程序里都有控制LED亮滅的指令，所以如果LED指示燈點(diǎn)亮，則表明均衡器正在工作中；相反，如果LED熄滅，則表面均衡器均衡完畢，處于非均衡工作狀態(tài)中。
[0038]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)汽車電源均衡控制系統(tǒng)，其特征在于:包括控制器(I)、電池組、電池電壓采集模塊(2)、電源模塊，所述的控制器(I)與電池組之間通過(guò)均衡模塊(3)連接，所述的控制器(I)的輸入端與電池電壓采集模塊(2)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車電源均衡控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的均衡模塊(3)包括由場(chǎng)效晶體管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)、由電容構(gòu)成的電容網(wǎng)絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電動(dòng)汽車電源均衡控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制器，用于根據(jù)電池電壓采集模塊采集的電池組各節(jié)單體電池的電壓信號(hào)，通過(guò)利用電容網(wǎng)絡(luò)的電容充放電調(diào)節(jié)電池組各節(jié)電池電壓,使得各節(jié)電池電壓大小一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車電源均衡控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制器的輸出端連接有指示燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車電源均衡控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制器采用單片機(jī)，其型號(hào)為XC866。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車電源均衡控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制器連接有JTAG接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車電源均衡控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的電池組為四節(jié)電池。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車電源均衡控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述的方法包括以下步驟: a)系統(tǒng)將電池組分成兩個(gè)小組，采集每個(gè)小組的單節(jié)電池兩端的電壓，比較第一小組的單節(jié)電池電壓之和與第二小組的單節(jié)電池電壓之和，將電量從電壓高的小組向電壓低的小組轉(zhuǎn)移直至兩組之間的電壓相等或相近； b)系統(tǒng)比較各小組內(nèi)各節(jié)電池之間的電壓差，將電量從電壓高的單節(jié)電池向電壓低的電池轉(zhuǎn)移直至兩者之間的電壓相等或相近； 在步驟a)、b)中的電能轉(zhuǎn)移過(guò)程中系統(tǒng)點(diǎn)亮指示燈。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)汽車電源均衡控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述的方法包括以下兩個(gè)階段: 第一階段系統(tǒng)把電池組分成兩個(gè)小組，第一單節(jié)電池與第二單節(jié)電池的串聯(lián)為1#組，第三單節(jié)電池與第四單節(jié)電池的串聯(lián)為2#組，通過(guò)數(shù)據(jù)采集可以得到各單節(jié)電池兩端的電壓，然后比較第一單節(jié)與第二單節(jié)電池之和Vl與第三單節(jié)與第四單節(jié)電池之和V2的大小，如果V1>V2，則1#組的電能向2#組的電能轉(zhuǎn)移直至兩組之間的能量相等；相反，如果V2>V1，則2#組的電能向1#組的電能轉(zhuǎn)移直至兩組之間的能量相等； 第二階段系統(tǒng)比較1#組內(nèi)各節(jié)電池之間的電壓差，將電量從電能高的單節(jié)電池向電能低的電池轉(zhuǎn)移直至兩者之間的電能相等，系統(tǒng)比較2#組內(nèi)各節(jié)電池之間的電壓差，將電量從電能高的單節(jié)電池向電能低的電池轉(zhuǎn)移直至兩者之間的電能相等。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104037881SQ201410277054
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】鄧飛賀, 朱得亞 申請(qǐng)人:奇瑞汽車股份有限公司