开关阵列快速均衡电池组的均衡电路及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及新能源汽车的技术领域，更具体地说，是涉及一种开关阵列快速均衡电池组的均衡电路及控制方法。
【背景技术】
[0002 ]电动汽车动力电池组由上百串锂离子单体电池组成，锂离子单体电池之间一致性对于电动汽车的使用性能和寿命至关重要。现在的被动均衡电路均衡电流小，而且均衡放电回路固定，这样就限制了均衡电流的大小，这样需要快速把最高单体电池的电压值降下来比较困难。电池组一致性评价是电池串联成组应用技术的核心之一，直接影响到电池组使用的安全性和高效性。现有技术中，已有较多的文献对电池组的一致性评价方法进行了论述，并提出了多种均衡电路，但大多是都基于电池之间的外电压差异进行一致性评价并实施均衡控制，此种评价方法由于不能有效指示电池之间的内在差异性而导致均衡效果降级。这使得车载在线均衡器的容量、体积、成本和散热都很难解决;而离线式的均衡会明显增加电池维护的工作量，并最终阻碍电动汽车的大规模推广应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种开关阵列快速均衡电池组的均衡电路及控制方法，实现电池组单体电压之间的快速达到电压一致性的要求。
[0004]为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下:
[0005]本发明提供了一种开关阵列快速均衡电池组的均衡电路，包括单体电池开关选择子电路、电阻放电组合子电路、单体电压采集子电路以及开关控制驱动子电路;所述单体电池开关选择子电路用于接通需要放电的单体电池，所述电阻放电组合子电路用于放电电流大小的配置，所述单体电压采集子电路用于采集每节单体电池的实际电压值，并计算需要均衡的单体电池，所述开关控制驱动子电路控制相应的开关，进行对单体电池的均衡。
[0006]作为优选的技术方案，所述单体电池开关选择子电路包括多个单体电池及多个单体电池选通开关，所述单体电池和单体电池选通开关直接串联，当单体电池需要均衡时，将单体电池两端连接的单体电池选通开关闭合，将此节单体电池接入后面的放电回路。
[0007]作为优选的技术方案，所述电阻放电组合子电路包括多个电阻及多个电阻选通开关，所述电阻与电阻选通开关串联，当与电阻对应的电阻选通开关闭合时，把该电阻接入放电回路。
[0008]作为优选的技术方案，所述单体电池选通开关和电阻选通开关均由MOS管或固态继电器组成。
[0009]作为优选的技术方案，所述单体电压采集电路包括控制器和锂离子电池专用芯片，所述锂离子电池专用芯片分别与每节单体电池串联，用于采集每一节单体电池的电压；所述控制器对采集到的数据进行处理，分析出需要均衡的单体电池，然后控制开关控制驱动子电路，闭合对应单体电池的单体电池选通开关、电阻选通开关，使单体电池和电阻构成放电回路，给高电压的单体电池放电均衡。
[0010]本发明还提供了一种开关阵列快速均衡电池组的均衡电路的控制方法，该方法包括下述步骤:
[0011 ] (I)当电池管理系统上的低电压开始工作后，通过单体电压采集子电路，测量电池组每节单体电池的实际电压值，并存储；
[0012](2)对采集到的单体电压进行排序，计算出电池组最高单体电压和最低单体电压之间的差值，并计算出电池组的所有单体电池之间的平均值；
[0013](3)所有单体电压的平均值与最低单体电压进行比较，如果差值小于需要开启均衡的阈值，则小于平均值的单体电池不需要进行均衡；
[0014](4)所有单体电压的平均值与最高单体电压比较，如果差值小于需要均衡的阈值，则大于平均值的电池不需要进行均衡；
[0015](5)如果最低单体电池电压与平均值的差值大于需要均衡的阈值，找出需要均衡的最小单体电池编号，则此单体电池编号以上都需要均衡。
[0016]作为优选的技术方案，步骤(2)中，对采集到的单体电压进行排序的方法为:把采集到的单体电压放在一个一维数组中，采用选择排序的方法找出单体电压的最大值和最小值。
[0017]作为优选的技术方案，步骤(5)中，均衡的方法如下:
[0018](5-1)对最高单体电池进行放电，并根据放电量将相应电阻并联接入放电回路，用最大的电流进行放电；
[0019](5-2)对次高单体电池进行放电，如果次高单体电压与平均值的压差大于开启阈值I，但是小于阈值2，则闭合次高单体电池对应的单体电池开关选择子电路的单体电池选通开关，同时闭合次高单体电池对应的电阻放电组合子电路的电阻选通开关，将对应电阻并联接入放电回路，进行放电，所述阈值1、阈值2均是设定均衡开启的差值，也即开启均衡的条件，阈值I的等级小于阈值2的等级；
[0020](5-3)依次循环直到所有单体电池的电压达到设置的阈值要求。
[0021]作为优选的技术方案，在步骤(5)中，如果有两节单体电池需要均衡，这两节单体电池之间压差不超过设定阈值3，且均衡压差都大于设定阈值I，小于设定阈值2，则同时对两节单体电池进行均衡。
[0022]作为优选的技术方案，如果有三节相邻的单体电池需要均衡，则采用小电流进行均衡，闭合第一节和第三节单体电池对应的单体电池开关选择子电路的单体电池选通开关，同时接入第一节和第三节单体电池对应的电阻放电组合子电路的电阻选通开关，接入相应电阻构成放电回路，进行均衡。
[0023]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0024]1、本发明根据电阻放电组合子电路，可以将相应的电阻进行并联，从而调整放电电流的大小，操作简单、灵活。
[0025]2、本发明通过单体电池开关选择子电路可以实现多节单体电池同时均衡放电，在进行放电时，选择闭合单体电池开关选择子电路的单体电池选通开关，再配合闭合电阻放电组合子电路的电阻选通开关，形成放电回路，实现对所选择的单体电池的均衡。
[0026]3、本发明的均衡电路中多个电阻并联，电阻分流，减少单个电阻上面的热量，保护电阻不至于温度过高而损坏。
[0027]4、本发明单体电池开关选择子电路、电阻放电组合子电路可以自由组合，实现控制方式的多样化，满足不同模式下的放电需求。
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1是本发明实施例一提供的开关阵列快速均衡电池组的均衡电路的结构图；
[0030]图2是本发明实施例二提供的开关阵列快速均衡电池组的均衡电路控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]实施例一
[0033]本发明的实施例一提供了开关阵列快速均衡电池组的均衡电路，图1是本发明实施例一的结构图，请参考图1，该均衡电路包括单体电池开关选择子电路、电阻放电组合子电路、单体电压采集子电路以及开关控制驱动子电路;所述单体电池开关选择子电路用于接通需要放电的单体电池，所述电阻放电组合子电路用于放电电流大小的配置，所述单体电压采集子电路用于采集每节单体电池的实际电压值，并计算需要均衡的单体电池，所述开关控制驱动子电路控制相应的开关，对电池组进行均衡。
[0034]所述单体电池开关选择子电路包括多个单体电池及多个单体电池选通开关，所述单体电池和单体电池选通开关直接串联，当单体电池需要均衡时，将单体电池两端连接的单体电池选通开关闭合，将此节单体电池接入后面的放电回路。
[0035]所述电阻放电组合子电路包括多个电阻及多个电阻选通开关，所述电阻与电阻选通开关串联，当与电阻对应的电阻选通开关闭合时，把该电阻接入放电回路。
[0036]所述单体电池选通开关由MOS管或固态继电器组成。
[0037]所述电阻选通开关由MOS管或固态继电器组成。
[0038]所述单体电压采集电路包括控制器和锂离子电池专用芯片，所述锂离子电池专用芯片分别与每节单体电池串联，用于采集每一节单体电池的电压;所述控制器对采集到的数据进行处理，分析出需要均衡的单体电池，然后控制开关控制驱动子电路，闭合对应单体电池的单体电池选通开关、电阻选通开关，使单体电池和电阻构成放电回路，给高电压的单体电池放电均衡。
[0039 ] 本发明通过单体电池开关选择子电路可以实现多节单体电池同时均衡放电，在进行放电时，选择闭合单体电池开关选择子电路的单体电池选通开关，再配合闭合电阻放电组合子电路的电阻选通开关，形成放电回路，实现对所选择的单体电池的均衡。
[0040]实施例二
[0041 ]本发明的实施例二提供了一种开关阵列快速均衡电池组的均衡电路的控制方法，图2是本发明实施例二的方法流程图，请参考图2，本发明实施例的方法包括以下步骤:
[0042]SlOl、当电池管理系统上的低电压开始工作后，通过单体电压采集子电路，测量电池组每节单体电池的实际电压值，并存储；
[0043]S102、对采集到的单体电压进行排序，计算出电池组最高单体电压和最低单体电压之间的差值，并计算出电池组的所有单体电池之间的平均值；
[0044]S103、所