一种与直流充电桩协同充电的电动车电池均衡设备的制作方法

本发明涉及汽车技术，电力电子，自动化技术领域，具体为一种与直流充电桩协同充电的电动车电池均衡设备。

背景技术：

目前国内电动汽车动力电池通常由单体电池串/并联所组成，在电池产业化的过程中，不同企业根据自身的技术特点和工业水平，已经形成了不同的单体电池标准体系，由电池的成组位置差异以及温度影响量等影响，随着电动汽车运行里程的增加，车辆在使用过程中反复充放电将逐步导致单体电池电压一致性变差，并产生较大差异，尤其在大容量、高倍率充放电的情况更加严重，整车电池的充放电能力（总容量）将会受到较大制约。严重影响整电动汽车的续航里程和电池的使用寿命。由于目前的直流充电桩对电动汽车的电池组大部分仍使用串联充电的方法，通过控制串充的充电策略并不能够有效地解决单个电池过充而造成的寿命问题。本发明拟设计一个外接均衡设备，通过直流充电桩协同充电的方法对电动车动力电池进行充电和维护。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供了一种与直流充电桩协同充电的电动车电池均衡设备。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明提供了一种与直流充电桩协同充电的电动车电池均衡装置，它包括控制器，n个均衡充电模块，n个均衡开关，通信接口和均衡充电接口。

所述的控制器和各个均衡充电模块双向连接，控制器和各个均衡开关双向连接，控制器和通信接口双向连接。

所述的均衡充电模块分别连接各对应均衡开关，所有均衡开关连至均衡充电接口。

所述的通信接口与直流充电桩的通信模块连接，直流充电桩控制模块通过所述通信模块获得均衡装置的控制信号，通过控制直流充电开关对电动车上的电池组充电。

所述的串联电池组包含n节首尾相连的电池单体，每个电池单体的正负级分别通过充电线路与对应的切换开关相连接。切换开关与采样电路相连，采样电路与电池管理系统相连。串联电池组的正极与直流充电桩上的直充正极接口相连，串联电池组的负级与直流充电桩上的直充负级接口相连。

在充电时，所述的控制器和电动车上电池管理系统双向连接，所述的均衡充电接口连接电动车上的切换开关。

所述的电池管理系统通过采样获得单体电池的电压和电流，电池管理系统中内置不同充电次数的电池soc-电压曲线，并且记录有电池的充电次数，通过当前电压可以一一对应电池的soc值，从而估算出对应电池单体的soc值。电池管理系统将电池单体的soc值，电流，电压信息发送至控制器中；控制器通过所获取的信息判断电池单体均衡情况，若电池单体不均衡，发送信号至均衡充电模块，控制均衡充电模块对对应的电池单体进行均衡。

本发明还提供了一种电动车均衡充电方法，采用上述电动车电池均衡装置以及直流充电桩，具体是：

电池管理系统控制切换开关将每个电池单体的充电线路和采样线路相连，将当前电池单体的型号、充放电次数、电压、电流传送至电池管理系统。

通过电池单体的充放电次数和型号，匹配数据库中的电池soc-电压曲线，通过当前的电池电压，即可对应当前电池单体soc值，并通过均衡装置中通信接口将信号传至控制器，同时切换开关转换至均衡充电接口相连。

控制器通过提供充电控制策略以控制充放电，通过均衡开关将各个电池单体的电压水平调整至同一水平。

进一步，控制直流充电开关闭合，对电池组进行快速充电，当电池组快充满时，再一次对电池单体进行均衡，防止电池单体在充电过程中由于差异性而造成的不均衡，从而防止过充。当最后一节电池单体充满则停止充电，表示电动车充电完成。

与现有技术相比，本发明的有益效果：该电动汽车均衡设备通过设计与直流充电桩协同充电的方式，通过本装置和直流充电桩通讯，在通过bms获得电池的soc，电流，电压等数据的前提下根据电池的充电状况，设立了两种充电模式，一种是脱离于直流充电桩，仅靠均衡设备完成电池均衡，通过控制电池的充电与放电将电池的soc值拉到同一水准即完成电池均衡。一种是协同控制直流充电桩在单个电池不过充的情况下使电池充满电。在电池不均衡的情况下，控制器通过控制直流充电桩的快充模块充电以及控制均衡充电模块每一条支路充放电，既能对电池进行快速充电的同时大大提升电池寿命。

附图说明

图1为本发明的装置内部结构并与直流充电桩协同充电的示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本发明的优点与精神，藉由以下结合附图与具体实施方式对本发明的详述得到进一步的了解。

本发明包括控制器（装置主控模块），n个均衡充电模块，n个均衡开关，通信接口，均衡充电接口。控制器和各个均衡充电模块双向连接，并且和各个均衡开关双向连接，和通信接口双向连接，均衡充电模块分别连接各对应均衡开关，所有均衡开关连至均衡充电接口。

每一个均衡充电模块包括充电模块和放电模块，控制器通过控制均衡充电模块的开关的开断控制充电模块对电池进行均衡充电。

控制器主要通过通讯线连接并控制直流充电桩的快速充电模块和均衡充电装置的电池均衡充电模块，控制器和bms（电池管理系统）双向连接。

基于充电装置的设计，本发明设计了一种适合于均衡充电装置的电动车动力电池。其中包含n节首尾相连的单体电池，单体电池的正负级分别通过充电线路与切换开关相连接。切换开关与采样电路相连，采样电路与bms相连。串联电池组的正极与直充正极接口相连，负级与直充负级接口相连。

直流充电桩的通信模块与均衡充电装置的通信接口相连接，并与充电桩控制模块双向连接，充电桩控制模块获得均衡充电装置的控制器的控制信号时，通过控制直流充电开关开断控制充电模块对电池组充电。

实施例：

如图1所示，本发明设计了一种均衡充电装置用于通过与国网充电桩通讯的方式，协同向电动汽车动力电池充电，包括电气控制模块（控制器），均衡充电模块，均衡开关，通信接口。控制器和各个均衡充电模块双向连接，并且和各个均衡开关双向连接，和通信接口双向连接，均衡充电模块分别连接各对应均衡开关，所有均衡开关连至均衡充电接口。

在本实例中，控制器连接本均衡充电装置的均衡充电模块和通信接口，通过通信接口分别连接电池bms和直流充电桩的通信模块，从而控制直流充电桩和均衡模块进行充电。

基于均衡充电装置的设计，本实施例设计了一种配合与本均衡充电装置的电动车电池组结构，单体电池通过正负级与切换开关相连，既连接均衡充电接口也连接电池内部的采样电路。电动车电池组分别有两处充电接口，分别为均衡充电接口与充电装置相连，直流充电接口与直流充电桩相连。

切换开关通过将电池充电线路和bms相连，bms通过采样获得单体电池电压、电流信息，bms中内置不同充电次数的电池soc-电压曲线，并且记录有电池的充电次数，通过当前电压可以一一对应电池的soc，从而估算出对应单体电池的soc值。bms与均衡充电装置的通信接口相连，将电池的soc，电流，电压信息发送至控制器中。

控制器获取各个单体电池的电压、电流、温度、soc等参数，且内置电池的控制策略，通过通信对直流充电桩和电池均衡模块进行控制，从而完成对电池的均衡。

在本实例中，由于充电时大电流会对测量电路单元产生损失，并且一定程度影响测量准确性，并且由于装置不需要持续记录单体电池数据，所以采用切换开关进行测量和充电的切换，并且整个切换开关可以做到每个bms采样电源和每个充电单元的一一切换，当bms获取电池的参数发送至控制器，控制器通过所获取的soc值判断电池均衡情况，若电池不均衡，发送信号至均衡充电模块，控制均衡充电模块对电池进行均衡。

电池均衡模块包括n个均衡单元分别通过n个均衡开关和均衡接口相连，当切换开关将电池正负级和均衡充电接口连接在一起时，均衡开关可以控制在均衡装置的充电回路和电池两端并联或者均衡装置中的放电回路和电池两端并联，从而控制充电回路和放电回路的开断，并且由于每一个均衡模块都唯一对应相应的单体电池，对电池的充放电策略十分灵活，基于此可以进行最快均衡速度的算法和最省电的算法控制，通过控制均衡电池的充放电，并结合充电过程中bms获取的电池信息反馈，可以完成电池组的均衡。

由于均衡充电速度远远低于直流充电速度，本装置结合直流充电桩连接串联电池的正负两端对电池进行充电，控制器通过均衡充电装置的通信接口将控制信号传至直流充电桩的通信模块，通信模块将信号传至充电桩控制模块，充电桩控制模块向直流充电开关发送信号从而控制直流充电桩对电动车电池充电，并且充电桩控制模块和充电模块相连，可以控制充电电流大小。由此，完成直流充电和均衡充电地一体化。

为了进一步传递本发明的思路，本实施例展示了一种均衡充电的系统控制流程实例，首先bms控制切换开关将每个小电池的充电线路和电池采样线路相连，将当前电池的型号、充放电次数、电压、电流等信号传送至bms，通过电池的充放电次数和型号，匹配数据库中的soc-电压曲线，通过当前的电池电压，即可对应当前电池soc值，并通过均衡充电装置中通信接口将信号传至控制器，同时切换开关转换至均衡充电模块相连，故控制器通过为均衡充电的电路提供充电控制策略以控制电路充放电，通过均衡电路将各个电池电压水平拉至“同一起点”后，控制直流充电开关闭合，对电池进行快速充电，当电池快充满时，再一次对电池进行均衡防止电池在充电过程中由于差异性而造成的不均衡，从而防止过充。当最后一节电池充满则停止充电，表示充电完成。