一种新能源锂电池汽车用总线式均衡系统的制作方法

本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种新能源锂电池汽车用总线式均衡系统。

背景技术：

目前，新能源汽车在汽车技术发展中占有非常重要的地位。为了满足新能源汽车的高功率应用需求，通常由几百节电池串并联组成的电池组来给新能源汽车供电。在加工过程中由于生产工艺和材质不均匀，电池极板厚度、微孔率、活性物质的活化程度等一系列的差别使电池内部结构上不完全一致，从而影响电池使用寿命。因此，亟需本领域技术人员研究出一种新能源锂电池汽车用总线式均衡系统。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的不足，提供了一种新能源锂电池汽车用总线式均衡系统，能够在线检测电池组工作状态和荷电状态，通过测量电池的剩余电量，对电池组和电池单体运行状态进行动态监控，通过均衡控制模块控制电池单体之间的均衡能量流动以保证各电池单体处于同一放电深度。

为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：一种新能源锂电池汽车用总线式均衡系统，它包括电池组、双向dc/dc变换器及均衡控制模块，所述电池组包括相串联的电池单体，每个所述电池单体上并联有双向dc/dc变换器，所述双向dc/dc变换器电性连接有均衡控制模块，每个所述双向dc/dc变换器的另一端与一能量均衡总线并联，所述电池组两端设置有用于检测电池组输出电压的电压检测电路模块，所述均衡控制模块根据检测电池单体的电池能量状态给出控制策略，确定并控制双向dc/dc变换器进行电池能量流动，进而实现电池能量在电池单体和能量均衡总线之间双向流动，以使得电池组中的各电池单体的剩余电量达到一致；

所述均衡控制模块包括双向flyback均衡电路模块、双闭环滑模控制模块以及均衡策略功能模块，所述电压检测电路模块与均衡策略功能模块电性连接，所述均衡策略功能模块分别与双向flyback均衡电路模块及双闭环滑模控制模块电性连接，所述双向flyback均衡电路模块还与双闭环滑模控制模块电性连接，所述双向flyback均衡电路模块内设置有功率开关；

所述双向flyback均衡电路模块用于均衡系统的电池能量流路径，可根据均衡策略功能模块的指示实现电池能量输入或者输出，并根据双闭环滑模控制模块给出的控制信号实现输入输出能量的大小；

所述双闭环滑模控制模块根据均衡策略功能模块提供的参考电压、电池单体实际输出电压以及双向dc/dc变换器电流调整控制量转换为pwm波信号，控制双向flyback均衡电路模块中功率开关的导通时间，从而控制经过双向dc/dc变换器的电池能量的输入输出大小，当双向flyback均衡电路模块在电池能量输出状态时，该双闭环滑模控制模块保持能量均衡总线上的电压稳定，减小能量均衡总线上电池能量电压波动，进而提高均衡系统的整体均衡效率以及均衡速度，当双向flyback均衡电路模块在电池能量输入的状态时，该双闭环滑模控制模块将电池单体的平均电压作为参考电压，并使电池单体的电压跟踪动态变化均衡参考电压，实现电池单体充电的有效性，避免在均衡系统中电池单体电量超过系统平均电量而导致能量的损耗；

所述均衡策略功能模块通过将参考电压和其管辖的电池单体电压进行比较，决定双向flyback均衡电路模块的电池能量流动方向，并通过输入信号产生逻辑，转换双向dc/dc变换器的输入量和输出量信号。

作为优选地，在均衡系统的电池能量均衡过程中，设定电池组中包含n个电池单体，设定电池单体的输出电压为vb，该电压检测电路模块检测出的电池组输出电压值设定为voⁿ,并计算电池单体的电压平均值将电压平均值作为电池组中所有电池单体的参考电压值；

设定电池组工作电压阈值vomax和vomin，工作过程中电池组的输出电压值voⁿ与该电池组工作电压阈值相比较，判断电池组工作状态处于vomin≤voⁿ≤vomin，以确保整个电池组的安全工作。

作为优选地，设定电池单体充放电电压阈值vbmax和vbmin作为电池安全工作的限制，设定某一时刻检测的电池单体电压值为vbi，当电池单体电压vbi≥vmax时，电池单体输入的电流全部输出至能量均衡总线，当vbi≤vmin时，电池单体的输出电流应全部从能量均衡总线得到补偿,均衡控制模块计算第n节电池单体的电压vbi与之间的电压差vei，当vei＞0，该电池单体需要通过控制均衡控制模块向能量均衡总线输出能量；当vei＜0，该电池单体需要通过控制均衡控制模块从能量均衡总线获取能量。

基于上述技术方案，本发明的与现有技术相比具有如下技术优点：

本发明采用新能源锂电池汽车用总线式均衡系统，能够在线检测电池组工作状态和荷电状态，通过测量电池的剩余电量，对电池组和电池单体运行状态进行动态监控，通过均衡控制模块控制电池单体之间的均衡能量流动以保证各电池单体处于同一放电深度，防止电池单体过充或过放，从而延长电池组的循环使用寿命，进一步提高电池组的可靠性和安全性，降低电池组运行维护成本，同时实现了电池能量均衡过程中的系统的稳定均衡，提高了系统可靠性、稳定性及均衡效率。

附图说明

图1为本发明新能源锂电池汽车用总线式均衡系统的结构示意图。

图2为本发明均衡控制模块的内部结构示意图。

图3为本发明新能源锂电池汽车用总线式均衡系统的控制流程图。

图中：1.电池组，1-1.电池单体，2.双向dc/dc变换器，3.均衡控制模块，3-1.双向flyback均衡电路模块，3-2.双闭环滑模控制模块，3-3.均衡策略功能模块，3-4.功率开关，4.能量均衡总线，5.电压检测电路模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明。

如图1-图3所示，一种新能源锂电池汽车用总线式均衡系统，它包括电池组1、双向dc/dc变换器2及均衡控制模块3，所述电池组1包括相串联的电池单体1-1，每个所述电池单体1-1上并联有双向dc/dc变换器2，所述双向dc/dc变换器2电性连接有均衡控制模块3，每个所述双向dc/dc变换器2的另一端与一能量均衡总线4并联，所述电池组1两端设置有用于检测电池组输出电压的电压检测电路模块5，所述均衡控制模块3能够在线检测电池组工作状态和荷电状态，通过测量电池的剩余电量，对电池组和电池单体运行状态进行动态监控，且根据检测电池单体的电池能量状态给出控制策略，确定并控制双向dc/dc变换器进行电池能量流动，进而实现电池能量在电池单体和能量均衡总线之间双向流动，以使得电池组中的各电池单体的剩余电量达到一致；

所述均衡控制模块3包括双向flyback均衡电路模块3-1、双闭环滑模控制模块3-2以及均衡策略功能模块3-3，所述电压检测电路模块5通过一信号线与均衡策略功能模块3-3电性连接，所述均衡策略功能模块3-3分别与双向flyback均衡电路模块3-1及双闭环滑模控制模块3-2电性连接，所述双向flyback均衡电路模块3-1还与双闭环滑模控制模块3-2电性连接，所述双向flyback均衡电路模块3-1内设置有功率开关3-4；

所述双向flyback均衡电路模块3-1用于均衡系统的电池能量流路径，可根据均衡策略功能模块3-3的指示实现电池能量输入或者输出，并根据双闭环滑模控制模块3-2给出的控制信号实现输入输出能量的大小；

所述双闭环滑模控制模块3-2根据均衡策略功能模块3-3提供的参考电压、电池单体实际输出电压以及双向dc/dc变换器电流调整控制量转换为pwm波信号，控制双向flyback均衡电路模块3-1中功率开关3-4的导通时间，从而控制经过双向dc/dc变换器2的电池能量的输入输出大小，当双向flyback均衡电路模块3-1在电池能量输出状态时，该双闭环滑模控制模块3-2保持能量均衡总线4上的电压稳定，减小能量均衡总线4上电池能量电压波动，进而提高均衡系统的整体均衡效率以及均衡速度，当双向flyback均衡电路模块3-1在电池能量输入的状态时，该双闭环滑模控制模块3-2将电池单体的平均电压作为参考电压，并使电池单体的电压跟踪动态变化均衡参考电压，实现电池单体充电的有效性，避免在均衡系统中电池单体电量超过系统平均电量而导致能量的损耗；

所述均衡策略功能模块3-3通过将参考电压和其管辖的电池单体电压进行比较，决定双向flyback均衡电路模块3-1的电池能量流动方向，并通过输入信号产生逻辑，转换双向dc/dc变换器2的输入量和输出量信号。

在均衡系统的电池能量均衡过程中，设定电池组中包含n个电池单体，设定电池单体1-1的输出电压为vb，该电压检测电路模块5检测出的电池组输出电压值设定为voⁿ,并计算电池单体的电压平均值将电压平均值作为电池组中所有电池单体的参考电压值；

设定电池组工作电压阈值vomax和vomin，工作过程中电池组的输出电压值voⁿ与该电池组工作电压阈值相比较，判断电池组工作状态处于vomin≤voⁿ≤vomin，以确保整个电池组的安全工作。设定电池单体充放电电压阈值vbmax和vbmin作为电池安全工作的限制，设定某一时刻检测的电池单体电压值为vbi，当电池单体电压vbi≥vmax时，电池单体输入的电流全部输出至能量均衡总线4，当vbi≤vmin时，电池单体的输出电流应全部从能量均衡总线4得到补偿,均衡控制模块3计算第n节电池单体的电压vbi与之间的电压差vei，当vei＞0，该电池单体需要通过控制均衡控制模块3向能量均衡总线4输出能量；当vei＜0，该电池单体需要通过控制均衡控制模块3从能量均衡总线4获取能量。

上述内容为本发明的示例及说明，但不意味着本发明可取得的优点受此限制，凡是本发明实践过程中可能对结构的简单变换、和/或一些实施方式中实现的优点的其中一个或多个均在本申请的保护范围内。