一种电池均衡装置、汽车电池均衡系统及均衡方法与流程

本发明涉及汽车电池均衡领域，尤其是一种电池均衡装置、汽车电池均衡系统及均衡方法。

背景技术：

由于动力电池组不一致性的存在，造成电池组的可用功率及容量利用率的下降，缩短了纯电动汽车的续驶里程，限制了纯电动汽车的推广使用。现有已基本实现产业化的电阻耗散均衡方法只适用于在充电模式下抑制最强电池单元电压攀升且以消耗电池组能量为代价，而且只适用于小容量电池系统，并不适用于电动汽车。

技术实现要素：

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种电池均衡装置、汽车电池均衡系统及均衡方法，用以实现减小电池管理系统的体积，随时快捷的接入均衡装置，以及在充电模式或启动模式状态下合理对电池组的多个电池单体的电量进行均衡。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的电池均衡装置，包括：用于控制电池组的多个电池单体进行电量均衡的均衡结构；用于显示所述电池组工作状态的显示屏；用于与所述电池组和汽车的电池管理系统BMS连接的第一线束端口；其中，所述均衡结构与所述显示屏分别与所述第一线束端口连接。

优选地，所述均衡结构包括：原边电路，包括：第二电感，与所述第二电感串联的第一开关管；与所述原边电路串联的多个副边电路，每一所述副边电路均包括：第三电感，与所述第三电感串联的第二开关管和第三开关管；其中，每一所述第三电感分别与一RCD电路并联；与所述原边电路并联的无损吸收电路。

优选地，每一所述RCD电路均包括：与所述第三电感并联的第三二极管和第三电容，与所述第三电容并联的第二电阻；所述无损吸收电路包括：相互串联的第一二极管、第一电感、第二二极管，所述第一二极管与所述第二电感连接，所述第二二极管与所述第一开关管连接；设置于所述第一二极管和所述第二电感之间的第一电容，且所述第一电容分别与所述第二电感和所述第一开关管连接；与所述第二二极管并联的第一电阻和第二电容，且所述第一电阻和所述第二电容串联。

优选地，所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管均包括第一MOS管和与所述第一MOS管串联的第四二极管。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种汽车电池均衡系统，包括设置于汽车内的电池组和与所述电池组连接的电池管理系统BMS,所述汽车电池均衡系统还包括上述的电池均衡装置，所述电池均衡装置分别与所述电池管理系统BMS和所述电池组连接。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种采用上述的汽车电池均衡系统的均衡方法，包括：

电池管理系统BMS获取电池组的充电状态；

所述电池管理系统BMS获取所述电池组的电流；

所述电池管理系统BMS获取所述电池组的多个电池单体的电压以及所述电池组的电压极差值，其中所述电池组的电压极差值为多个所述电池单体中电压最大的第一电池单体的电压与电压最小的第二电池单体的电压之差；

所述电池管理系统BMS根据所述电池组的充电状态、所述第一电池单体的电压以及所述电池组的电压极差值，向所述均衡结构输出第一控制信号，控制所述均衡结构对所述第一电池单体进行放电或停止放电；

所述电池管理系统BMS根据所述电池组的电流、所述第二电池单体的电压以及所述电池组的电压极差值，向所述均衡结构输出第二控制信号，控制所述均衡结构对所述第二电池单体进行充电或停止充电。

优选地，所述电池管理系统BMS根据所述电池组的充电状态、所述第一电池单体的电压以及所述电池组的电压极差值，向所述均衡结构输出第一控制信号，控制所述均衡结构对所述第一电池单体进行放电或停止放电的步骤包括：

当所述电池组处于恒流充电状态，所述第一电池单体的电压大于第一预设阈值，且所述电池组的电压极差值大于第一预设极差阈值时，所述电池管理系统BMS向所述均衡结构输出第一控制信号，控制所述第一电池单体将大于第一预设电量值的电量分配至所述电池组；

当所述电池组处于恒流充电状态，且所述电池组的电压极差值小于第二预设极差阈值时，所述电池管理系统BMS向所述均衡结构输出第一控制信号，控制所述第一电池单体停止将大于第一预设电量值的电量分配至所述电池组。

优选地，所述电池管理系统BMS根据所述电池组的充电状态、所述第一电池单体的电压以及所述电池组的电压极差值，向所述均衡结构输出第一控制信号，控制所述均衡结构对所述第一电池单体进行放电或停止放电的步骤还包括：

所述电池管理系统BMS获取所述均衡结构将所述第一电池单体大于第一预设电量值的电量分配至所述电池组的循环次数；

当所述循环次数大于预设次数时，所述电池管理系统BMS向所述均衡结构输出第一控制信号，控制所述第一电池单体停止将大于第一预设电量值的电量分配至所述电池组。

优选地，所述电池管理系统BMS根据所述电池组电流、所述第二电池单体的电压以及所述电池组的电压极差值，向所述均衡结构输出第二控制信号，控制所述均衡结构对所述第二电池单体进行充电或停止充电的步骤包括：

当所述电池组的电流为零，所述第二电池单体的电压小于第二预设阈值，且所述电池组的电压极差值大于第一预设极差阈值时，所述电池管理系统BMS向所述均衡结构输出第二控制信号，控制所述电池组将大于第二预设电量值的电量分配至所述第二电池单体；

当所述电池组的电流为零，且所述电池组的电压极差值小于第二预设极差阈值时，所述电池管理系统BMS向所述均衡结构输出第二控制信号，控制所述电池组停止将大于第二预设电量值的电量分配至所述第二电池单体。

优选地，当所述电池组的电压极差值大于等于第一极差阈值时，所述第一预设极差阈值为所述电池组的电压极差值的20％；当所述电池组的电压极差值小于第一极差阈值时，所述第一预设极差阈值为4mv。

与现有技术相比，本发明实施例提供的电池均衡装置，至少具有以下有益效果：

通过将电池均衡装置独立于汽车设置，可以随时将该装置接入系统对汽车的电池组进行电量均衡，减少汽车内部的电池管理系统的体积。第一线束端口的设置是为了实现装置与汽车的连接，通过均衡结构对电池组的多个电池单体的电量进行均衡，进而实现在充电过程中防止因某一电池单体电压攀升过快导致充电停止的情况出现，以及在汽车启动过程中，使得电池组放出更多的能量，延长电动汽车的行驶里程。

附图说明

图1为本发明实施例所述的汽车电池均衡系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的均衡结构的电路示意图；

图3为本发明实施例所述的汽车电池均衡系统的均衡方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

参照图1，本发明实施例提供了一种电池均衡装置，包括：用于控制电池组4的多个电池单体进行电量均衡的均衡结构1；用于显示所述电池组4工作状态的显示屏2；用于与所述电池组4和汽车的电池管理系统BMS5连接的第一线束端口3；其中，所述均衡结构1与所述显示屏2分别与所述第一线束端口3连接。

具体的，显示屏2可以用于显示电池管理系统BMS5检测到的电池组4的充电状态、电池组4的电压极差值、电池组4的电流以及电池组4的多个电池单体的电压，操作人员可以通过该显示屏2对电池管理系统BMS5控制，进而控制均衡结构1进行工作。

通过本发明实施例提供的电池均衡装置，由于电池均衡装置独立于汽车设置，减小了汽车内部的电池管理系统BMS5的体积，并且可以随时的将该电池均衡装置接入系统对电池组4进行电量均衡。均衡结构1与汽车的电池管理系统BMS5和电池组4的连接以及显示屏2与汽车的电池管理系统BMS5的连接都是通过第一线束端口3实现连接的。驾驶员可以通过显示屏2对电池管理系统BMS5进行操作，实现对均衡结构1的控制，进而实现对汽车电池组4的多个电池单体的电量进行均衡。

参照图2，且进一步的，本发明实施例中，所述均衡结构1包括：原边电路11，包括：第二电感L2，与所述第二电感L2串联的第一开关管MD1；与所述原边电路11串联的多个副边电路12，每一所述副边电路12均包括：第三电感L3，与所述第三电感L3串联的第二开关管MD2和第三开关管MD3；其中，每一所述第三电感L3分别与一RCD电路13并联；与所述原边电路11并联的无损吸收电路4。

原边电路11通过第一开关管MD1与汽车的电池组4相连接，副边电路12的数量与电池组4的电池单体的数量相同，每一副边电路12分别与其中一个电池单体相连，通过控制原边电路11和副边电路12的开关阵列实现电池组4与某一具体电池单体之间的电量的双向传递。

第二开关管MD2和第三开关管MD3，可以有效的控制能量的转移路径，实现待均衡的电池单体的单独均衡。

无损吸收电路14的设置可以回收利用漏感中的能量，提高能量的利用率，RCD电路13的设置可以耗散漏感中的能量；并且，无损吸收电路14和RCD电路13均可以减小各个开关管在开关过程中产生的冲击电压，防止磁饱和现象发生。

参照图2，且进一步的，本发明实施例中，每一所述RCD电路13均包括：与所述第三电感L3并联的第三二极管D3和第三电容C3，与所述第三电容C3并联的第二电阻R2；所述无损吸收电路14包括：相互串联的第一二极管D1、第一电感L1、第二二极管D2，所述第一二极管D1与所述第二电感L2连接，所述第二二极管D2与所述第一开关管MD1连接；设置于所述第一二极管D1和所述第二电感L2之间的第一电容C1，且所述第一电容C1分别与所述第二电感L2和所述第一开关管MD1连接；与所述第二二极管D2并联的第一电阻R1和第二电容C2，且所述第一电阻R1和所述第二电容C2串联。

参照图2，且进一步的，本发明实施例中，所述第一开关管MD1、所述第二开关管MD2和所述第三开关管MD3均包括第一MOS管和与所述第一MOS管串联的第四二极管。

根据本发明的另一方面，参照图1，本发明还提供了一种汽车电池均衡系统，包括设置于汽车内的电池组4和与所述电池组4连接的电池管理系统BMS5,所述汽车电池均衡系统还包括上述的电池均衡装置，其中，所述电池组4和所述电池管理系统BMS5分别与一第二线束端口6连接，所述第一线束端口3和所述第二线束端口6连接。

电池管理系统BMS5根据电池组4的工作状态以及电池组4的多个电池单体的电压，向均衡结构1输出控制信号，控制均衡结构1对电池组4的多个电池单体均衡电量均衡，防止因某一电池单体的电压过高或过低导致电池组4停止充电或停止工作。

参照图3，本发明采用上述的汽车电池均衡系统的均衡方法，包括以下步骤：

步骤101，电池管理系统BMS5获取电池组4的充电状态；

步骤102，所述电池管理系统BMS5获取所述电池组4的电流；

步骤103，所述电池管理系统BMS5获取所述电池组4的多个电池单体的电压以及所述电池组4的电压极差值，其中所述电池组4的电压极差值为多个所述电池单体中电压最大的第一电池单体的电压与电压最小的第二电池单体的电压之差；

步骤104，所述电池管理系统BMS5根据所述电池组4的充电状态、所述第一电池单体的电压以及所述电池组的电压极差值，向所述均衡结构1输出第一控制信号，控制所述均衡结构1对所述第一电池单体进行放电或停止放电；

步骤105，所述电池管理系统BMS5根据所述电池组4的电流、所述第二电池单体的电压以及所述电池组的电压极差值，向所述均衡结构1输出第二控制信号，控制所述均衡结构1对所述第二电池单体进行充电或停止充电。

具体的，上述步骤104具体包括：

当所述电池组4处于恒流充电状态，所述第一电池单体的电压大于第一预设阈值，且所述电池组4的电压极差值大于第一预设极差阈值时，所述电池管理系统BMS5向所述均衡结构1输出第一控制信号，控制所述第一电池单体将大于第一预设电量值的电量分配至所述电池组4；

所述电池管理系统BMS获取所述均衡结构1将所述第一电池单体大于第一预设电量值的电量分配至所述电池组4的循环次数；

当所述循环次数大于预设次数时，所述电池管理系统BMS5向所述均衡结构1输出第一控制信号，控制所述第一电池单体停止将大于第一预设电量值的电量分配至所述电池组4；

当所述电池组4处于恒流充电状态，且所述电池组4的电压极差值小于第二预设极差阈值时，所述电池管理系统BMS5向所述均衡结构1输出第一控制信号，控制所述第一电池单体停止将大于第一预设电量值的电量分配至所述电池组4。

在本发明实施例中第一预设阈值为3.75v，该第一预设阈值的具体数值根据不同的电池型号或需求确定。

当电池管理系统BMS5判断出电池组4处于恒流充电状态以及电池组4的某一具体电池单体的电压大于第一预设阈值时，也即此时电池组4处于恒流充电末期。在上述状态下，对电池组4的电压极差值与第一预设极差阈值进行判断，当电池组4的电压极差值大于第一预设极差阈值时，即表明电池组4的各个电池单体之间的电量差值较大，为了保证电池组4的各个电池单体的充电电量均能达到预设的电量值，电池管理系统BMS5控制电池组4暂停充电，通过将电压最高的第一电池单体的电量分配至电池组4，进而在降低第一电池单体的电压的同时，还能对电压较低的剩余电池单体的电压增加。

当电池管理系统BMS5控制均衡结构1对第一电池单体的电量实现第一次均衡后，再次重复上述步骤，对电池组4的电压极差值与第二预设极差阈值进行比较，当第二次判断的电池组4的电压极差值大于第二预设极差阈值时，则对第二次获取的电压最高的电池单体的电量均衡给电池组4。

在每一次对电池单体进行均衡后，当电池管理系统BMS5判断出电池组4的电压极差值小于第二预设极差阈值时，也即表明多个电池单体之间的电量差值较小，此时，则不再需要对电池组4的各个电池单体进行均衡，电池管理系统BMS5控制电池组4进入恒压充电过程。

电池管理系统BMS5对电池单体进行电量均衡的次数进行记录，本实施例中，该预设次数为5次，当电池组4的电池单体进行电量均衡的次数达到了预设次数5次时，由于进行了多次均衡，电池组4的电压极差与第一预设极差阈值之间的差值会减小很多，为了减少充电的时间，此时，停止对电池组4的电池单体进行均衡，使得电池组4进入恒压充电过程。

具体的，上述步骤105具体包括：

当所述电池组4的电流为零，所述第二电池单体的电压小于第二预设阈值，且所述电池组4的电压极差值大于第一预设极差阈值时，所述电池管理系统BMS5向所述均衡结构1输出第二控制信号，控制所述电池组4将大于第二预设电量值的电量分配至所述第二电池单体；

当所述电池组4的电流为零，且所述电池组4的电压极差小于第二预设极差阈值时，所述电池管理系统BMS5向所述均衡结构1输出第二控制信号，控制所述电池组4停止将大于第二预设电量值的电量分配至所述第二电池单体。

本发明实施例中，第二预设阈值为2.5V，该第二预设阈值可随具体的电池型号或要求改变。

为了延长电池组4在使用过程中的使用时间，使电池组4的电量能够完全利用。在电池管理系统BMS5判断出电池组4的电流为零时，也即此时汽车处于停车状态。电池管理系统BMS5判断出电池组4的某一电池单体的电压小于第二预设阈值并且电池组4的电压极差值大于第一预设极差阈值时，也即表明此时电池组4的剩余电量尚未达到停止放电的状态。但由于电池组4中某一具体电池单体的电压在低于某一电压值时，电池组4便会停止向汽车供电，为了延长电池组4的使用时间，电池管理系统BMS5控制均衡结构1的原边电路11将电池组4的电量通过均衡结构1的副边电路12分配至电压最小的第二电池单体，进而提高第二电池单体的电压。

在电池组4的电压极差值小于第二预设极差阈值时，即表明电池组4的多个电池单体之间的电压已在某一合理的区间内，此时，停止对电池组4的电池单体进行电量均衡。

且进一步的，本发明实施例中，步骤104和步骤105中，当所述电池组4的电压极差值大于等于第一极差阈值时，所述第一预设极差阈值为所述电池组4的电压极差值的20％；当所述电池组4的电压极差值小于第一极差阈值时，所述第一预设极差阈值为4mv。

在本发明实施例中，第一极差阈值为20mV,第二预设极差阈值为4mV，当电池组4的电压极差值大于20mV时，第一预设极差阈值为该电池组4的电压极差值的0.2倍，当该电池组4的电压极差值小于20mV时，第一预设极差阈值为4mV。

通过本发明提供的汽车电池均衡系统的均衡方法，在电池组4进行充电时，均衡结构1的副边电路12将某一电池单体通过原边电路11转移到电池组4中，实现延长电池组4的充电时间；在停车时，均衡结构1的原边电路11将电池组4的电量通过副边电路12转移到某一具体电池单体中，实现延长电池组4的续航里程。

以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。