一种动力电池主动均衡电路及汽车的制作方法

本技术涉及电池充放电，具体涉及一种动力电池主动均衡电路及汽车。

背景技术：

1、随着新能源行业的发展，电池系统在汽车、储能领域得到了更广泛的应用。随着电动汽车的发展和快速推广，动力电池的使用寿命备受关注。动力电池包作为新能源车动力来源的源泉，其管理技术变得越来越重要。动力电池包是由多个单体电池串联组成，由于制造工艺和使用时性能差异原因，导致在实际使用中，各单体电压之间有差异。尤其是在经过长期大电流充放电后，这种差异将无限放大，造成单体之间容量严重不匹配，部分单体过冲过放。长时间不均衡将严重影响电池组的容量和寿命，这就需要利用动力电池bms均衡技术，使电池单体电压偏差保持在预期的范围内实现整体可用可控，延长电池组使用寿命。目前主要有两种均衡方式：主动均衡和被动均衡。被动均衡一般通过电池管理系统通过电阻消耗的形式保证，这种方式电流小，均衡速度慢，而且电源以热能的形式损耗被浪费掉。主动均衡是把电压偏高的单体电池的电能转移到电压偏低的单体电池中去，从而实现在充电和放电时的实时均衡。发挥出每节电池的潜力，并保证每节电池同时充满或放空，延长系统的寿命。其在能量利用和均衡效率方面优于被动均衡。

2、cn 108539813a公开了“一种锂离子动力电池主动均衡方法”，电压采集模块采集n个串联的单体电池中每个单体电池电压或采集并联电池组中每组电压送电池管理系统，电池管理系统经过均衡判定控制选通电路，使低或高电压单体电池、低或高电压电池组进入主动均衡电路，经过转换开关切换，将低或高电压单体电池接入单体充电机和大功率电阻进行充电或放电，将低或高电压电池组接入模块充电机和大功率电阻进行充电或放电。结构简单，成本低，易于控制；电路利用外接单体充电机和大功率电阻以及模块充电机和大功率电阻，对电池组内的单体电池以及电池组间进行均衡管理，实现对单体电池间和电池组间平衡的高效管理；能实现电池组的快速均衡，可作维护时使用。但该方法存在一定的缺陷，在需要放电时，也是通过大功率电阻以热能形式消耗。放电电流大小随着单体电压的变化而变化，不可控且能量浪费。另外还需要外接，需要专业的人员操作，比较麻烦。

3、上述专利文献公开的技术方案不失为所属技术领域的一种有益的尝试。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种动力电池主动均衡电路，以实现动力电池任意电芯与电瓶任意电芯之间可以相互充电和放电，从而达到动力电池主动均衡的目的。

2、本实用新型的第一方面是提供一种动力电池主动均衡电路，包括：

3、用于采集动力电池电芯电压的第一afe模块；

4、用于采集电瓶电芯电压的第二afe模块；

5、用于充放电时进行电压转换的反激dc/dc模块；

6、用于动力电池电芯充放电匹配选择、电瓶电芯充放电匹配选择和充放电切换的主开关模块；

7、以及mcu主控模块。主开关模块与反激dc/dc模块连接，mcu主控模块分别与第一afe模块、第二afe模块和主开关模块连接。mcu主控模块读取动力电池电芯电压和电瓶电芯电压，并通过控制主开关模块匹配动力电池任意电芯与电瓶任意电芯接入反激dc/dc模块。由此，解决了电池使用不均衡，导致整个电池组的充放电能力受到阻碍，电池寿命也会受到影响的问题。实现了动力电池任意电芯与电瓶任意电芯之间可以相互充电和放电，进而达到动力电池主动均衡的目的。

8、进一步，所述反激dc/dc模块包括mos管驱动芯片u1、mos管m1、变压器t1、二极管d1、电容c1和电阻r2，mos管驱动芯片u1的控制输出端接mos管m1的栅极，mos管m1的源极接电阻r2的一端和mos管驱动芯片u1的采样端，电阻r2的另一端作为反激dc/dc模块的输入负端且接地， mos管m1的漏极连接变压器t1的原边绕组的一端，变压器t1的原边绕组的另一端作为反激dc/dc模块的输入正端，变压器t1的副边绕组一端接二极管d1的正极，变压器t1的副边绕组另一端作为反激dc/dc模块的输出负端且接地，二极管d1的负极作为反激dc/dc模块的输出正端且通过电容c1接地。只利用一个反激dc/dc模块就能完成动力电池电芯或者车辆电瓶电芯进行充放电，因此能够节约硬件成本。

9、进一步，所述主开关模块包括第一开关矩阵k1、第二开关矩阵k2和第三开关矩阵k3。

10、所述第一开关矩阵k1包括n+1个原边可控开关，即原边可控开关s1、s2、...、sn+1，该n+1个原边可控开关分别与mcu主控模块连接；其中，n表示相互串联的动力电池电芯数量。

11、所述第二开关矩阵k2包括m+1个副边可控开关，即副边可控开关a1、a2、...、am+1，该m+1个副边可控开关分别与mcu主控模块连接；其中，m表示相互串联的电瓶电芯数量。

12、所述第三开关矩阵k3包括分别与mcu主控模块连接的主可控开关b1、主可控开关b2、主可控开关b3、主可控开关b4、主可控开关b5、主可控开关b6、主可控开关b7、主可控开关b8、主可控开关b9、主可控开关b10、主可控开关b11、主可控开关b12、主可控开关b13、主可控开关b14、主可控开关b15和主可控开关b16。

13、进一步，第i个原边可控开关si的一端与i号动力电池电芯的负极连接，第i+1个原边可控开关si+1的一端与i号动力电池电芯的正极连接，第奇数个原边可控开关的另一端接主可控开关b1的一端、主可控开关b2的一端、主可控开关b15的一端、主可控开关b16的一端，第偶数个原边可控开关的另一端接主可控开关b3的一端、主可控开关b4的一端、主可控开关b13的一端、主可控开关b14的一端；其中，i依次取1至n的所有整数。

14、第j个副边可控开关aj的一端与j号电瓶电芯的负极连接，第j+1个副边可控开关aj+1的一端与j号电瓶电芯的正极连接，第奇数个副边可控开关的另一端接主可控开关b5的一端、主可控开关b6的一端、主可控开关b11的一端、主可控开关b12的一端，第偶数个原边可控开关的另一端接主可控开关b7的一端、主可控开关b8的一端、主可控开关b9的一端、主可控开关b10的一端；其中，j依次取1至m的所有整数。

15、主可控开关b1的另一端、主可控开关b4的另一端、主可控开关b9的另一端、主可控开关b11的另一端接反激dc/dc模块的输入正端，主可控开关b2的另一端、主可控开关b3的另一端、主可控开关b10的另一端、主可控开关b12的另一端接反激dc/dc模块的输入负端。

16、主可控开关b5的另一端、主可控开关b8的另一端、主可控开关b14的另一端、主可控开关b15的另一端接反激dc/dc模块的输出正端，主可控开关b6的另一端、主可控开关b7的另一端、主可控开关b13的另一端、主可控开关b16的另一端接反激dc/dc模块的输出负端。

17、进一步，还包括第一连接器j1和第二连接器j2，第一连接器j1用于连接第一开关矩阵k1和n个动力电池电芯，所述第二连接器j2用于连接第二开关矩阵k2和m个电瓶电芯。

18、进一步，还包括电源模块，所述电源模块分别与第一afe模块、第二afe模块、反激dc/dc模块、主开关模块和mcu主控模块连接供电。

19、进一步，所述电源模块、第一afe模块、第二afe模块、反激dc/dc模块、mcu主控模块和主开关模块均集成在bms中。由此，可以节约硬件成本。

20、进一步，还包括电阻r1和电流采样放大电路，所述电阻r1连接在反激dc/dc模块的输出正端与第二开关矩阵k2之间，电流采样放大电路的输入端与电阻r1连接、输出端与mcu主控模块连接。mcu主控模块监控反激dc/dc模块的输出电流。

21、进一步，所述原边可控开关、副边可控开关、主可控开关均采用继电器。

22、本实用新型的第二方面是提供一种汽车，该汽车包括如上所述的动力电池主动均衡电路。

23、本实用新型具有如下优点：

24、（1）通过第一afe模块和第二afe模块分别采集动力电池电芯电压和电瓶电芯电压，通过mcu主控模块读取动力电池电芯电压和电瓶电芯电压，控制主开关模块匹配动力电池任意电芯与电瓶任意电芯接入反激dc/dc模块，实现动力电池电芯与电瓶电芯之间的充电或放电。由此，解决了动力电池使用不均衡，导致整个电池组的充放电能力受到阻碍，动力电池寿命也会受到影响的问题。实现了动力电池任意电芯与电瓶任意电芯之间可以相互充电和放电，进而达到了动力电池主动均衡的目的。

25、（2）只采用了一个反激dc/dc模块配合第一开关矩阵k1、第二开关矩阵k2和第三开关矩阵k3完成动力电池的主动均衡，因此节约了硬件成本。

26、（3）将主动均衡电路集成在bms上作为一个系统，从而使整个系统结构更加简洁，同样节约了硬件成本。

27、（4）反激dc/dc模块中利用mos管驱动芯片u1、mos管m1以及电阻r2配合限制反激dc/dc模块的最大输出电流，未使用限流电阻，提高了均衡效率，降低了成本。

28、（5）利用电阻r1、电流采样放大电路和mcu主控模块配合，实时对反激dc/dc模块输出的电流（即均衡电流）进行检测，能对整个均衡过程进行监控，因而更安全。