一种具有主动均衡功能的动力电池组管理电路的制作方法
【专利摘要】本发明属于电池充放电【技术领域】，具体涉及一种具有主动均衡功能的动力电池组管理电路。该动力电池组管理电路包括：电压采集模块、电池单体选择电路、电压均衡电路、蓄电池和动力电池组。该动力电池组管理电路作为车载动力电池组电池管理系统的一部分，是对现有充放电均衡方法的一种改进；与现有技术相比较，该方案具备如下有益效果：该均衡电路及均衡过程简单可靠，易于控制；该方案对动力电池组进行均衡时，基本不消耗动力电池组电能；且该方案主动均衡过程快速、高效，能够有效管理电池充放电状态，进而延长电池寿命。
【专利说明】—种具有主动均衡功能的动力电池组管理电路
【技术领域】
[0001]本发明属于电池充放电【技术领域】，具体涉及一种具有主动均衡功能的动力电池组
管理电路。
【背景技术】
[0002]现代电动汽车多采用串联式动力电池组，锂离子动力电池将会在未来一段时间内大量使用。动力电池的安全、高效使用对于电动汽车的正常运行具有重要的意义。
[0003]电池组在使用过程中，由于各单体电池之间存在不一致性，连续的充放电循环导致的差异，将使某些单体电池的容量加速衰减。由于在制作过程中的工艺等原因，即使是同批次、同型号的电池，也存在容量、内阻等方面的差异，并且在长期的使用过程中，这种差异会越来越大，进而导致动力电池组充放电时的不均衡。不均衡性对串联电池组的性能影响很大，将会降低电池组的整体容量，缩短使用寿命。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本发明要解决的技术问题是:如何提供一种具有主动均衡功能的动力电池组管理电路。
[0006](二)技术方案
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种具有主动均衡功能的动力电池组管理电路，所述动力电池组管理电路包括:电压采集模块1、电池单体选择电路2、电压均衡电路3、蓄电池4以及动力电池组22 ；
[0008]所述电压采集模块I与动力电池组22中的各个电池单体相连接，用于实时采集动力电池组22中各电池单体的电压，并将采集得到的电压数据发送至外部电池管理系统的控制单元；所述电池单体选择电路2用于选择将要进行电压均衡的动力电池组22中的电池单体；所述电压均衡电路3以及蓄电池4用于对电池单体选择电路2所选择的动力电池组22中的电池单体进行电压均衡管理。
[0009]其中，所述电池单体选择电路2包括:多个继电器23和多个换向开关9 ;所述动力电池组22由多个电池单体串联组成；
[0010]相互串联的每两个电池单体之间均连接一个继电器23，每一个继电器23与一个换向开关9相连接，所述继电器23和换向开关9均通过外部电池管理系统的控制单元控制，外部电池管理系统的控制单元通过控制相应继电器23的通断，分别将对应的换向开关9接入端接通不同的电池单体，从而选择出将要进行电压均衡的电池单体。
[0011]其中，所述电压均衡电路3包括两个互相对称的第一稳压电路5和第二稳压电路6 ；
[0012]所述第一稳压电路5包括:第一电容10、第一 MOS管11、第一续流二极管12、第一电阻13、第二电容14和第一二极管15 ；[0013]所述第二稳压电路6包括:第三电容16、第二 MOS管17、第二续流二极管18、第二电阻19、第四电容20和第二二极管21 ；
[0014]所述电压均衡电路3连接电池单体选择电路2输出端的两端作为第一稳压电路5输入端，所述第一稳压电路5输入端两端之间顺次串联由所述第一MOS管11和第一二极管15构成的并联电路、所述第一续流二极管12以及由所述第一电阻13和第二电容14构成的并联电路，且所述第一稳压电路5输入端两端之间还并联连接所述第一电容10 ;所述第一续流二极管12与第一二极管15之间设置有第一支点，所述第一支点与换向开关9的输出端相连接端之间连接有变压器7的初级回路，作为第一稳压电路5的输出端；
[0015]所述蓄电池4的正负极作为第二稳压电路6的输入端，蓄电池4的正负极、即第二稳压电路6的输入端两端之间顺次串联由所述第二 MOS管17和第二二极管21构成的并联电路、所述第二续流二极管18以及由所述第二电阻19和第四电容20构成的并联电路，且蓄电池4的正负极、即第二稳压电路6的输入端两端之间还并联连接所述第三电容16 ;第二续流二极管18和第二二极管21相连接的电路中设置有第二支点，所述第二支点与蓄电池4的正极之间还并联连接有变压器7的次级回路，作为第二稳压电路6的输出端。
[0016]其中，所述蓄电池4为可充电池。
[0017](三)有益效果
[0018]本发明技术方案提供一种具有主动均衡功能的动力电池组管理电路，作为车载动力电池组电池管理系统的一部分，是对现有充放电均衡方法的一种改进；与现有技术相比较，该方案具备如下有益效果:该均衡电路及均衡过程简单可靠，易于控制；该方案对动力电池组进行均衡时，基本不消耗动力电池组电能；且该方案主动均衡过程快速、高效，能够有效管理电池充放电状态，进而延长电池寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明具有主动均衡功能的动力电池管理电路的结构示意图。
[0020]图2为本发明技术方案对电池单体充电时的等效电路图。
[0021]图3为本发明技术方案控制电池单体放电时的等效电路图。
[0022]【附图标记说明】
[0023]1-电压采集模块；2_电池单体选择电路；3_电压均衡电路；
[0024]4-蓄电池；5_第一稳压电路；6_第二稳压电路；7_变压器；
[0025]8-单体电池；9_换向开关；10-第一电容；11-第一 MOS管；
[0026]12-第一续流二极管；13-第一电阻；14-第二电容；
[0027]15-第一二极管；16_第三电容；17_第二 MOS管；
[0028]18-第二续流二极管；19-第二电阻；20_第四电容；
[0029]21-第二二极管；22_动力电池组；23_继电器。
【具体实施方式】
[0030]为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0031 ] 为解决现有技术的问题，本发明提供一种具有主动均衡功能的动力电池组管理电路，如图1所示，所述动力电池组管理电路包括:电压采集模块1、电池单体选择电路2、电压均衡电路3、蓄电池4以及动力电池组22 ；
[0032]所述电压采集模块I与动力电池组22中的各个电池单体相连接，用于实时采集动力电池组22中各电池单体的电压，并将采集得到的电压数据发送至外部电池管理系统的控制单元；所述电池单体选择电路2用于选择将要进行电压均衡的动力电池组22中的电池单体；所述电压均衡电路3以及蓄电池4用于对电池单体选择电路2所选择的动力电池组22中的电池单体进行电压均衡管理。
[0033]其中，所述电池单体选择电路2包括:多个继电器23和多个换向开关9 ;所述动力电池组22由多个电池单体串联组成；
[0034]相互串联的每两个电池单体之间均连接一个继电器23，每一个继电器23与一个换向开关9相连接，所述继电器23和换向开关9均通过外部电池管理系统的控制单元控制，外部电池管理系统的控制单元通过控制相应继电器23的通断，分别将对应的换向开关9接入端接通不同的电池单体，从而选择出将要进行电压均衡的电池单体。
[0035]其中，所述电压均衡电路3包括两个互相对称的第一稳压电路5和第二稳压电路6 ；
[0036]所述第一稳压电路5包括:第一电容10、第一 MOS管11、第一续流二极管12、第一电阻13、第二电容14和第一二极管15 ；
[0037]所述第二稳压电路6包括:第三电容16、第二 MOS管17、第二续流二极管18、第二电阻19、第四电容20和第二二极管21 ；
[0038]所述电压均衡电路3连接电池单体选择电路2输出端的两端作为第一稳压电路5输入端，所述第一稳压电路5输入端两端之间顺次串联由所述第一MOS管11和第一二极管15构成的并联电路、所述第一续流二极管12以及由所述第一电阻13和第二电容14构成的并联电路，且所述第一稳压电路5输入端两端之间还并联连接所述第一电容10 ;所述第一续流二极管12与第一二极管15之间设置有第一支点，所述第一支点与换向开关9的输出端相连接端之间连接有变压器7的初级回路，作为第一稳压电路5的输出端；
[0039]所述蓄电池4的正负极作为第二稳压电路6的输入端，蓄电池4的正负极、即第二稳压电路6的输入端两端之间顺次串联由所述第二 MOS管17和第二二极管21构成的并联电路、所述第二续流二极管18以及由所述第二电阻19和第四电容20构成的并联电路，且蓄电池4的正负极、即第二稳压电路6的输入端两端之间还并联连接所述第三电容16 ;第二续流二极管18和第二二极管21相连接的电路中设置有第二支点，所述第二支点与蓄电池4的正极之间还并联连接有变压器7的次级回路，作为第二稳压电路6的输出端；当所述具有主动均衡功能的动力电池组管理电路应用于汽车时，所述蓄电池4为可充电池，优选为24V直流蓄电池。
[0040]在具体应用过程中，所述电压采集模块I实时对动力电池组22的电池单体电压进行采集，将采集得到的电压数据发送给外部电池管理系统的控制单元。电池管理系统计算出当前整个动力电池组22的总电压U,除以电池单体个数N得到电池单体的平均电压U111。取电池单体均衡电压上限为Umax，Umax=Um* (1+20%);电池单体均衡电压下限为Umin，Umin=Um*(1-20%)。如果某一电池单体电压高于限值Umax或低于限值Umin，则电池管理系统判断为需要对此电池单体进行均衡管理。[0041]所述电池管理系统通过控制电池单体选择电路2中的继电器23通断选择电压高于限值U-或低于限值Umin的电池单体，控制换向开关9对电压进行换向，保持对所述电压均衡电路3输出的电压方向不变。
[0042]所述电压均衡电路3和蓄电池4对所选择的电池单体进行电压均衡管理。通过控制第一 MOS管11的通断，回路可以在变压器7初级线圈两端产生交变电压U,。所述第二稳压电路6同第一稳压电路5结构对称，同变压器7次级线圈共同组成回路，通过控制第二MOS管17的通断，回路可以在变压器7次级线圈两端产生交变电压U2。
[0043]如图2所示，为对电池单体充电过程的等效电路示意图，该过程中，设定由电池单体选择电路选择的电池单体电压为Utl，且Utl低于电池单体均衡电压下限umin。则电池管理系统控制第二 MOS管11截断，并控制第二 MOS管17的导通和截断时间，使得第二稳压电路6在所述变压器7的次级线圈产生交变电压U2。交变电压U2经过变压器7转换，加载至第一稳压电路5，由于第一二极管15和第二电容14的整流作用，交变电压转变为直流电压Ud2，电压Ud2的大小可以通过第二 MOS管17通断的占空比进行控制。若控制使电压Ud2高于所选单体电池，则Ud2加载至所选单体电池时，对单体电池进行充电。由电压采集模块I实时监测所选单体电池电压，当所述单体电池电压达到平均电压Um时，电池管理系统控制第二MOS管17断开，选择电池单体选择电路2中的继电器23断开，电池单体充电结束。
[0044]如图3所示，为对电池单体放电过程的等效电路示意图。设定由电池单体选择电路2选择的电池单体电压为Utl'且Utl’高于电池单体均衡电压上限Umax。则电池管理系统控制第二 MOS管17截断，并控制第一 MOS管11的导通和截断时间，使得第一稳压电路5在所述变压器7的初级线圈产生交变电压U,。交变电压U1经过变压器7转换，加载至第二稳压电路6，由于第二二极管21和第四电容20的整流作用，交变电压转变为直流电压Udl，电压Udl的大小可以通过第一 MOS管11通断的占空比进行控制。若控制使电压Udl高于蓄电池4，则Udl加载至蓄电池4时，对蓄电池4进行充电。由电压采集模块I实时监测所选单体电池电压，当所述单体电池电压达到平均电压Um时，电池管理系统控制第一 MOS管11断开，选择电池单体选择电路2中的继电器23断开，电池单体放电结束。
[0045]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种具有主动均衡功能的动力电池组管理电路，其特征在于，所述动力电池组管理电路包括:电压采集模块(I)、电池单体选择电路(2 )、电压均衡电路(3 )、蓄电池(4)以及动力电池组(22)； 所述电压采集模块(I)与动力电池组(22)中的各个电池单体相连接，用于实时采集动力电池组(22)中各电池单体的电压，并将采集得到的电压数据发送至外部电池管理系统的控制单元；所述电池单体选择电路(2)用于选择将要进行电压均衡的动力电池组(22)中的电池单体；所述电压均衡电路(3)以及蓄电池(4)用于对电池单体选择电路(2)所选择的动力电池组(22 )中的电池单体进行电压均衡管理。
2.如权利要求1所述具有主动均衡功能的动力电池组管理电路，其特征在于，所述电池单体选择电路(2)包括:多个继电器(23)和多个换向开关(9);所述动力电池组(22)由多个电池单体串联组成； 相互串联的每两个电池单体之间均连接一个继电器(23)，每一个继电器(23)与一个换向开关(9)相连接，所述继电器(23)和换向开关(9)均通过外部电池管理系统的控制单元控制，外部电池管理系统的控制单元通过控制相应继电器(23)的通断，分别将对应的换向开关(9)接入端接通不同的电池单体，从而选择出将要进行电压均衡的电池单体。
3.如权利要求1所述具有主动均衡功能的动力电池组管理电路，其特征在于，所述电压均衡电路(3)包括两个互相对称的第一稳压电路(5)和第二稳压电路(6)； 所述第一稳压电路(5)包括:第一电容(10)、第一 MOS管(11)、第一续流二极管(12)、第一电阻(13)、第二电容(14)和第一二极管(15)； 所述第二稳压电路(6)包括:第三电容(16)、第二 MOS管(17)、第二续流二极管(18)、第二电阻(19)、第四电容(20)和第二二极管(21)； 所述电压均衡电路(3)连接电池单体选择电路(2)输出端的两端作为第一稳压电路(5)输入端，所述第一稳压电路(5)输入端两端之间顺次串联由所述第一 MOS管(11)和第一二极管(15)构成的并联电路、所述第一续流二极管(12)以及由所述第一电阻(13)和第二电容(14)构成的并联电路，且所述第一稳压电路(5)输入端两端之间还并联连接所述第一电容(10);所述第一续流二极管(12)与第一二极管(15)之间设置有第一支点，所述第一支点与换向开关(9)的输出端相连接端之间连接有变压器(7)的初级回路，作为第一稳压电路(5)的输出端； 所述蓄电池(4)的正负极作为第二稳压电路(6)的输入端，蓄电池(4)的正负极、即第二稳压电路(6)的输入端两端之间顺次串联由所述第二 MOS管(17)和第二二极管(21)构成的并联电路、所述第二续流二极管(18)以及由所述第二电阻(19)和第四电容(20)构成的并联电路，且蓄电池(4)的正负极、即第二稳压电路(6)的输入端两端之间还并联连接所述第三电容(16);第二续流二极管(18)和第二二极管(21)相连接的电路中设置有第二支点，所述第二支点与蓄电池(4)的正极之间还并联连接有变压器(7)的次级回路，作为第二稳压电路(6)的输出端。
4.如权利要求1所述具有主动均衡功能的动力电池组管理电路，其特征在于，所述蓄电池(4)为可充电池。
【文档编号】H02J7/00GK103812192SQ201410057200
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】刘胜利, 高峰, 李晓多, 戚于飞, 郑洁, 张思宁, 李怡麒, 李艳明, 党寻诣, 刘新权 申请人:中国北方车辆研究所