专利名称：电动汽车的动力电池全均衡控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明公开一种电动汽车的动力电池全均衡控制方法，同时还提供了实现该方 法的装置，属于新能源汽车电力控制技术领域。
背景技术：
电动汽车的能量主要来源于车载动力电池，而车载动力电池一般是由多个低压电 池单体串联而成。由于电池单体在批量生产中上总会存在或多或少的差异，因此动力电池 在充放电过程中，有的单体电压会偏高，有的单体电压会偏低，这样动力电池就出现了整体 能量的不均勻性。如果动力电池长期处于这种不一致状态，除了会影响电池的使用寿命之 外，还容易引起电池损坏，甚至发生爆炸。一旦这种情况出现，无疑会使人民的财产及生命 安全蒙受重大损失，
为了消除电池单体的不均勻性，一般采用电池均衡的方法，使动力电池的所有单体都 保持相近甚至相同的电压，这样就可以有效避免上述情况的发生。现有的电动汽车一般都 采用耗能均衡的方法。虽然这种控制方法可以一定程度上满足均衡动力电池的功能，但是 控制电路非常复杂，增加了电动汽车的生产成本，而且均衡过程中能量消耗严重，违背了新 能源汽车的研制初衷。因此，传统的电动汽车动力电池均衡方法对这种情况往往无能为力。
发明内容
本发明公开一种电动汽车的动力电池全均衡控制方法，依据电池的剩余电量情 况，制定合理的均衡策略。它的被动均衡模式控制电路简单，无需增加过多硬件成本，而主 动均衡模式更是减少了电能消耗，高效地解决了动力电池充放电的不一致性问题。本发明还提供了实现该方法的动力电池全均衡控制装置，它会依据电池的剩余电 量情况，自动切换均衡模式，在不增加太多硬件成本的基础上，既完成了对动力电池一致性 的操作，又减少了电能消耗。本发明电动汽车的动力电池全均衡控制方法技术解决方案如下
利用微控制器的模数转换模块，配合电压采集电路，获取动力电池单体电压参数。并依 据算法对动力电池单体电压参数进行排序，找到最大单体电压和最小单体电压。同时，微控 制器的通信模块经电平转换后，与电池管理系统相连接，获取当前电池管理系统的剩余电 量信息与电池均衡阈值。若最大单体电压与最小单体电压之前的差值大于设定的电池均衡 阈值，则进入均衡控制方法。微控制器会根据剩余电量的实际情况，或者选择启动主动均衡 控制电路，利用车载电瓶为最低电池单体充电的主动均衡方式，或者选择启动被动均衡控 制电路，利用均衡电阻为最高电池单体放电的被动均衡方式。或者选择两者同时使用的混 合均衡方式，从而完成电动汽车的动力电池全均衡控制方法。最后，微控制器会以报文的形 式向电池管理系统发送本次均衡信息。实现本发明所述方法的动力电池全均衡控制装置，其特征在于
动力电池全均衡控制装置主要由微控制器(MCU - Micro Control Unit)、电压采集
4电路、主动均衡控制电路、被动均衡控制电路和控制器局部网(CAN — Controller Area Network)收发器组成。其中，MCU 的模数转换(AD — Analog-to-Digital Converter)模 块外接电压采集电路，完成对动力电池单体电压的实时检测。MCU会对获取的动力电池单 体电压参数采用冒泡排序的方法，找到最大单体电压和最小单体电压。同时，MCU的CAN通 信模块，经过CAN收发器电平转换后，与电池管理系统相连接(BMS — Battery Management System)，获取当前BMS的剩余电量信息与电池均衡阈值。若最大单体电压与最小单体电压 之前的差值大于设定的电池均衡阈值，则进入均衡控制方法。当剩余电量小于等于30%的 时候，MCU利用通用输入/输出(GPI0 — General Purpose Input Output)模块A和B，外 接主动均衡控制电路，按照控制方法，选通相应的金属氧化物半导体场效应晶体管(M0S -Metal Oxid Semiconductor)开关，使最低的电池单体与车载电瓶相连接，为最低的电池 单体充电。当剩余电量大于等于70%的时候，MCU利用GPIO模块C和D，外接被动均衡控制 电路，按照控制方法，选通相应的MOS开关，使最高的电池单体与均衡电阻相连接，为最高 的电池单体放电。当剩余电量在309Γ70%之间时，MCU同时打开主被动均衡电路，采用混合 均衡的控制方法。当装置完成全均衡控制后，微控制器会以报文的形式向BMS发送本次均 衡信息。本发明电动汽车的电动力池全均衡控制装置具体结构如下
电压采集电路的Β(ΓΒΜ分别与串联的M节电池单体正负极Β(ΓΒΜ相连接。AGND与 MCU的模拟地AGND相连接，Vout与MCU的模数转换引脚ADl相连接。Vout会每500ms刷 新一次采集到的M节电池单体电压信息。主动均衡控制电路由MCU的GPIO模块A和B，车载电瓶，以及主动均衡MOS开关 矩阵构成。主动均衡MOS开关共有N和P两组各M个。其中，N组M个MOS开关的1脚 接车载电瓶的正极，2脚接M节电池单体的正极，3脚接GPIOA的H4脚。P组M个MOS 开关的1脚接车载电瓶的负极，2脚接M节电池单体的负极，3脚接GPIOB的114脚。当 GPIOA和GPIOB的引脚出现低电平时，对应的MOS管1脚与2脚之间导通，从而在车载电瓶 与电池单体之间构成回路，车载电瓶开始对电池单体充电。被动均衡控制电路由MCU的GPIO模块C和D，均衡电阻R1 RM，以及被动均衡MOS 开关矩阵构成。被动均衡MOS开关共有S和K两组各M个。其中，5组对个MOS开关的2 脚接均衡电阻R的一端，1脚接M节电池单体的正极，3脚接GPIOC的114脚。1(组对个 MOS开关的2脚接均衡电阻R的另一端，1脚接M节电池单体的负极，3脚接GPIOD的广对 脚。当GPIOC和GPIOD的引脚出现低电平时，对应的MOS管1脚与2脚之间导通，从而在均 衡电阻与电池单体之间构成回路，均衡电阻开始对电池单体放电。MCU的CAN通信模块的信号接收管脚CAN_RXD和信号发送管脚CAN_T)(D与CAN收 发器的信号接收管脚RXD和信号发送管脚T)(D相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN 收发器的CANH端和CANL端与BMS的CAN总线接口 CANH端和CANL端相连，完成CAN总线 的差分电平传输，这样就实现了 TTL电平与差分电平的转换。 动力电池全均衡控制装置按照以下控制方法，完成对动力电池的一致性控制 (1).通过电压采样电路采集电池单体电压。(2).通过CAN总线读取BMS的电池剩余电量信息。(3).通过CAN总线读取BMS的电池均衡阈值信息。
(4).调用冒泡排序函数，找到最高与最低单体电压。(5).若最大单体电压与最小单体电压之前的差值大于设定的电池均衡阈值，则 进入均衡控制。否则，5秒后返回步骤(1).
(6).若当剩余电量小于等于30%，GPIO模块A与GPIO模块B，按下表的控制方法选通 ΝΓΝ24及PfPM引脚，导通主动均衡MOS开关组，完成对应车载电瓶与电池单体之间的主 动均衡。
权利要求
1.一种电动汽车的动力电池全均衡控制方法，其特征在于利用微控制器的模数转换模块，配合电压采集电路，获取动力电池单体电压参数；并依 据算法对动力电池单体电压参数进行排序，找到最大单体电压和最小单体电压；同时，微控 制器的通信模块经电平转换后，与电池管理系统相连接，获取当前电池管理系统的剩余电 量信息与电池均衡阈值；若最大单体电压与最小单体电压之前的差值大于设定的电池均衡 阈值，则进入均衡控制方法；微控制器根据剩余电量的实际情况，或者选择启动主动均衡控 制电路，利用车载电瓶为最低电池单体充电的主动均衡方式，或者选择启动被动均衡控制 电路，利用均衡电阻为最高电池单体放电的被动均衡方式；或者选择两者同时使用的混合 均衡方式，从而完成电动汽车的动力电池全均衡控制方法；最后，微控制器会以报文的形式 向电池管理系统发送本次均衡信息。
2.实现权利要求1所述方法的电动汽车的动力电池全均衡控制装置，其特征在于 动力电池全均衡控制装置主要由微控制器(MCU)、电压采集电路、主动均衡控制电路、被动均衡控制电路和控制器局部网(CAN)收发器组成；其中，MCU的模数转换(AD)模块 外接电压采集电路，完成对动力电池单体电压的实时检测；MCU会对获取的动力电池单体 电压参数采用冒泡排序的方法，找到最大单体电压和最小单体电压；同时，MCU的CAN通信 模块，经过CAN收发器电平转换后，与电池管理系统相连接(BMS)，获取当前BMS的剩余电 量信息与电池均衡阈值；若最大单体电压与最小单体电压之前的差值大于设定的电池均 衡阈值，则进入均衡控制方法；当剩余电量小于等于30%的时候，MCU利用通用输入/输出 (GPIO)模块A和B，外接主动均衡控制电路，按照控制方法，选通相应的金属氧化物半导 体场效应晶体管(MOS)开关，使最低的电池单体与车载电瓶相连接，为最低的电池单体充 电；当剩余电量大于等于70%的时候，MCU利用GPIO模块C和D，外接被动均衡控制电路，按 照控制方法，选通相应的MOS开关，使最高的电池单体与均衡电阻相连接，为最高的电池单 体放电；当剩余电量在309Γ70%之间时，MCU同时打开主被动均衡电路，采用混合均衡的控 制方法；当装置完成全均衡控制后，微控制器会以报文的形式向BMS发送本次均衡信息。
3.根据权利要求1所述方法的电动汽车的动力电池全均衡控制装置，其特征在于 电压采集电路的Β(ΓΒΜ分别与串联的M节电池单体正负极Β(ΓΒΜ相连接；AGND与MCU的模拟地AGND相连接，Vout与MCU的模数转换引脚ADl相连接；Vout会每500ms刷新 一次采集到的M节电池单体电压信息；主动均衡控制电路由MCU的GPIO模块A和B，车载电瓶，以及主动均衡MOS开关矩阵 构成；主动均衡MOS开关共有N和P两组各M个；其中，N组M个MOS开关的1脚接车载 电瓶的正极，2脚接M节电池单体的正极，3脚接GPIOA的H4脚；P组M个MOS开关的 1脚接车载电瓶的负极，2脚接M节电池单体的负极，3脚接GPIOB的114脚；被动均衡控制电路由MCU的GPIO模块C和D，均衡电阻R1 R24，以及被动均衡MOS开 关矩阵构成；被动均衡MOS开关共有S和K两组各M个；其中，S组M个MOS开关的2脚 接均衡电阻R的一端，1脚接M节电池单体的正极，3脚接GPIOC的114脚；K组M个MOS 开关的2脚接均衡电阻R的另一端，1脚接M节电池单体的负极，3脚接GPIOD的广对脚； MCU的CAN通信模块的信号接收管脚CAN_RXD和信号发送管脚CAN_T)(D与CAN收发器 的信号接收管脚RXD和信号发送管脚T)(D相连接，完成CAN总线的TTL电平传输；CAN收发 器的CANH端和CANL端与BMS的CAN总线接口 CANH端和CANL端相连，完成CAN总线的差分电平传输，实现TTL电平与差分电平的转换。
全文摘要
本发明公开一种电动汽车的动力电池全均衡控制及装置，利用微控制器的模数转换模块获取动力电池单体电压参数对动力电池单体电压参数进行排序；微控制器与电池管理系统相连接获取当前电池管理系统的剩余电量信息与电池均衡阈值；微控制器根据剩余电量的实际情况或者选择启动主动均衡控制电路，利用车载电瓶为最低电池单体充电的主动均衡方式，或者选择启动被动均衡控制电路，利用均衡电阻为最高电池单体放电的被动均衡方式；或者选择两者同时使用的混合均衡方式，从而完成电动汽车的动力电池全均衡控制方法；本发明依据电池的剩余电量情况，制定合理的均衡策略既高效地解决了动力电池充放电的不一致性问题，又有效地节省了均衡中无谓消耗的电能。
文档编号H02J7/00GK102074991SQ20111002489
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者丁勇, 吴畏, 朱庆林, 董冰 申请人:启明信息技术股份有限公司