一种动力电池的主动均衡系统的制作方法

本发明涉及电池管理技术领域，具体涉及一种动力电池的主动均衡系统。

背景技术：

电池作为电源的一种，在诸多领域得到越来越多的应用，但单体电池的电压和容量都较小，为了获得较大的电能容量，通常将若干个单体电池串联组成电池组，以满足不同使用场合的需要。但由于单体电池之间存在个性差异，长期使用后会导致各个单体电池之间容量各不相同，加重最小容量的单体电池的负担，从而缩短整个电池组的使用寿命。

为了解决串联电池组使用过程中出现的各单体电池之间差异而带来的问题，需要在电池组使用过程中对电池组的各个单体电池进行电能容量均衡。当前的均衡系统仅适用于小电流均衡，可实现电池组充电过程中各单体电池之间的电量均衡，但当电动车辆行驶过程中其动态电流较大时则不适用。

技术实现要素：

本发明提供一种动力电池的主动均衡系统，解决现有均衡系统仅适用于小电流均衡，只能在电池组充电过程中均衡各单体电池之间电量的问题，实现对大、小电流均适用的均衡系统，从而保证电动车辆行驶过程中和电池组充电过程中均能实现各单体电池之间的电量均衡，从而延长电池组的使用寿命。

本发明的目的主要通过下述技术方案实现：一种动力电池的主动均衡系统，包括若干个均衡电路板，电池组的每个电池单元对应设置一个均衡电路板，若干个均衡电路板之间通过通讯网络进行数据交换，所述均衡电路板具体包括电池电压采集单元、通讯单元、控制单元、唤醒单元、驱动与逆变工作单元、均衡单元，其中，

所述电池电压采集单元与电池单元、控制单元电连接，用于获取对应电池单元的电压信息发送至控制单元；

所述通讯单元与控制单元电连接，同时外接通讯网络，用于通过通讯网络获得其他电池单元的电压信息，并将其发送至控制单元；

所述控制单元与唤醒单元、驱动与逆变工作单元电连接，用于根据对应电池单元的电压信息和其他电池单元的电压信息输出相应的脉冲信号，控制驱动与逆变工作单元发出的驱动信号的导通和关断；

所述唤醒单元与控制单元、驱动与逆变工作单元电连接，用于唤醒驱动与逆变工作单元进入工作状态；

所述驱动与逆变工作单元与唤醒单元、均衡单元电连接，用于驱动均衡单元工作，所述驱动与逆变工作单元包括PWM控制芯片及PWM控制芯片外围电路，所述PWM控制芯片外围电路包括推挽电路；

所述均衡单元与驱动与逆变工作单元、对应的电池单元电连接，用于对应的电池单元与其他电池单元之间的能量转移和存储。本发明在非使用状态(非运行和充电状态)时停止工作，以节约电能，减少自耗。

进一步的，控制单元根据对应电池单元和其他电池单元的电压差值调整输出的脉冲信号的频率和/或占空比，控制驱动与逆变工作单元发出的驱动信号的导通和关断时间。

进一步的，驱动与逆变工作单元发出的驱动信号导通时，驱动均衡单元工作，电量向对应的电池单元转移。

进一步的，动力电池的主动均衡系统，还包括辅助电源单元，所述辅助电源单元与驱动与逆变工作单元电连接，用于通过升压为驱动与逆变工作单元提供匹配的工作电压。

进一步的，动力电池的主动均衡系统，还包括电池温度采集单元，所述电池温度采集单元与控制单元和对应的电池单元电连接，用于获取对应电池单元的温度数值，并将其发送至控制单元。

进一步的，所述控制单元包括AVR单片机及其相应的外围电路。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明所述一种动力电池的主动均衡系统，既适用于小电流均衡，又适用于大电流均衡，从而保证电动车辆在充电过程中和行驶过程中都能实现各单体电池之间的电量均衡，避免了串联电池组应用过程中存在的单体电池之间个性差异带来的电池容量损失和使用寿命问题，保证电池组长期、有效运行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例1提供的动力电池的主动均衡系统应用于电池组的电路结构框图；

图2为本发明实施例1提供的第一均衡电路板中驱动与逆变工作单元、均衡单元的电路图；

图3为本发明实施例1提供的第一均衡电路板中控制单元、唤醒单元及电池电压采集单元的电路图；

图4为本发明实施例1提供的第一均衡电路板中电池放电均衡单元电路图；

图5为本发明实施例1提供的第一均衡电路板中通讯单元电路图；

图6为本发明实施例1提供的第一均衡电路板中电池温度采集单元电路图；

图7为本发明实施例1提供的第一均衡电路板中指示单元电路图；

图8为本发明实施例1提供的第一均衡电路板中3525供电单元电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

如图1所示，图1为本发明实施例1提供的动力电池的主动均衡系统应用于电池组的电路结构框图。

单体电池的电压和容量都较小，为了获得较大的电能容量，通常将若干个单体电池串联组成电池组，以满足不同使用场合的需要。本实施例所述动力电池的主动均衡系统包括N个均衡电路板，N具体为电池组包含的电池单元的数量，N大于或等于2，一个均衡电路板与电池组的一个电池单元并联，若干个均衡电路板之间通过通讯网络进行数据交换。均衡电路板通过通讯网络获得其他电池单元的电压信息。

如图2～8所示，本实施例以第一均衡电路板为例说明动力电池的主动均衡系统的具体结构。本实施例的第一均衡电路板与第一电池单元并联，具体包括电池电压采集单元、通讯单元、控制单元、唤醒单元、驱动与逆变工作单元、均衡单元，其中，电池电压采集单元一端连接电池单元，一端连接控制单元，获取第一电池单元的电压信息发送至控制单元。

本实施例的通讯单元一端连接控制单元，一端连接外部通讯网络，获取电池组其他电池单元的电压信息。所述动力电池主动均衡系统的每个均衡电路板的通讯单元均连接该外部通讯网络，每个通讯单元将各自对应的电池单元的电压数值发送至通讯网络，同时通过外部通讯网络获得联网的其他电池单元的电压数值，所述外部通讯网络可以采用485通讯、CAN通讯等模式。

本实施例的控制单元连接驱动与逆变工作单元，控制单元具体包括AVR单片机及其外围电路，控制单元通过电池电压采集单元获得第一电池单元的电压数值，通过通讯单元获得电池组其他电池单元的电压数值，计算第一电池单元与其他电池单元电压数值的差值，判断是否对第一电池单元进行充电，将电池组主回路电量向第一电池单元进行转移。当第一电池单元电量较低，判断需要对第一电池单元进行充电时，AVR单片机输出相应的脉冲信号，控制驱动与逆变工作单元发出的驱动信号的导通。其中，控制单元根据第一电池单元和其他电池单元的电压差值调整输出的脉冲信号的频率和/或占空比，控制驱动与逆变工作单元发出的驱动信号的导通和关断时间。本实施例优选的实施方式为所述AVR单片机具体采用ATmega88芯片。

本实施例的唤醒单元一端连接控制单元，一端连接驱动与逆变工作单元，当控制单元的上级指令系统发出工作指令后，控制单元控制唤醒单元工作，唤醒单元则唤醒驱动与逆变工作单元进入工作状态。

本实施例的驱动与逆变工作单元连接唤醒单元，同时连接电池组主回路，被唤醒单元唤醒进入工作状态后，即根据控制单元输出的脉冲信号发出驱动信号，驱动均衡单元工作，控制电量从电池组主回路向第一电池单元转移。所述驱动与逆变工作单元包括PWM控制芯片及其外围电路，其中PWM控制芯片外围电路包括推挽电路，PWM控制芯片的外围电路连接有输出电压反馈单元。本实施例中，所述PWM控制芯片具体采用SG3525芯片，所述推挽电路包括两个场效应晶体管，SG3525芯片根据控制单元输出的脉冲信号控制两个场效应晶体管的导通关断，从而驱动均衡单元工作，控制电量从电池组主回路向第一电池单元转移。电动车辆在行驶过程中都是大电流放电，本实施例采用场效应晶体管，驱动电流大，既适用于小电流均衡，又适用于大电流均衡，从而保证电动车辆在充电过程中和行驶过程中都能实现各单体电池之间的电量均衡。

本实施例的均衡单元一端连接驱动与逆变工作单元，一端连接第一电池单元，在驱动与逆变工作单元工作时将电池组主回路电量向第一电池单元转移，给第一电池单元充电。均衡单元设有高频变压器，驱动与逆变工作单元的两个场效应晶体管通过高频变压器产生电能给第一电池单元充电。

本实施例的优选实施方式为所述第一均衡电路板还包括辅助电源单元，辅助电源单元包括3525供电单元和单片机供电单元，3525供电单元通过升压为驱动与逆变工作单元提供匹配的工作电压。为了便于指示本实施例的工作状态，本实施例的控制单元还连接有指示单元。

本实施例的优选实施方式为所述第一均衡电路板还包括电池温度采集单元，电池温度采集单元一端连接第一电池单元，一端连接控制单元，获取第一电池单元的温度数值，并将其发送至控制单元，当电池温度过高时控制单元报警，发出关断命令，切断电池组主回路，并报告给上级模块。

本实施例的均衡单元包括电池最大均衡电流调节单元、均衡补电单元及电池放电均衡单元，其中，电池最大均衡电流调节单元用于控制均衡单元给出电流的上限值，使得均衡单元给出的电流不得超过设定的电流值。均衡补电单元用于3525开始工作时，将电能变为电池可以接收的电能辅助电池供电，减少了电池的放电能量。电池放电均衡单元用于通过放电或者把这个多余的电能反馈给主回路延长电池单元达到满值的时间。

当电池组开始工作时，控制单元结束休眠状态，3525供电单元也开始处于工作状态，电池电压采集单元立即将电池电压反馈给控制单元，得到需要补电的命令后，开启3525外围工作电路让3525处于工作状态，发出适合的PWM信号让驱动与逆变工作单元工作在适当的功率。经过均衡补电单元将电能加到小容量电池组上帮助供电，让它接近或达到平均值，避免它过度放电。当充电时，容量偏小的电池会较快达到满值，这时经过放电均衡来让它较慢的达到满值，经过不断的放电或者把这个多余的电能反馈给主回路延长它达到满值的时间，从而避免了充电时的过充。

本发明的技术方案，通过通讯单元获取其他电池单元的电压信息，通过电池电压采集单元获取对应电池单元的电压信息，控制单元将二者电压数值进行比较，输出相应的脉冲信号，唤醒单元唤醒驱动与逆变工作单元进入工作状态，驱动信号根据脉冲信号驱动均衡单元工作，实现对应电池单元与其他电池单元之间的能量转移，驱动与逆变工作单元设有推挽电路，故所述动力电池的主动均衡系统既适用于小电流均衡，又适用于大电流均衡，保证电动车辆在充电过程中和行驶过程中都能实现各单体电池之间的电量均衡，避免了串联电池组应用过程中存在的单体电池之间个性差异带来的电池容量损失和使用寿命问题，保证电池组长期、有效运行。同时，温度检测还可以获取对应电池单元的温度数值，进而可在个别电池单元出现高温故障时发出报警提醒，进一步提高了该均衡系统的安全性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。