一种电池模组并联均衡控制装置的制作方法

本实用新型涉及蓄电池保护领域，特别涉及一种并联均衡控制装置。
背景技术：
：目前常见的高压电池包都是由大量单体电池进行串并联组合形成的，而为了加强结构、便于装配，一般会将电池单体分组形成电池模组，对电池模组进一步组合形成电池包。以当前电池单体技术和制造水平，在相同总电压下，采用多并结构是实现增加续驶里程的有效方法。在电池包拓扑方式中，可以进行先串后并，也可以进行先并后串，两种拓扑形式在性能方面完全等效，但在安全性能上有所差别，先串后并的形式在安全性上较先并后串的形式更好，更能抵抗单个或多个电芯的短路失效的影响。同时，对模组级别提出相同的安全要求时，模组内部单体电池的并数越多，实现的难度越大。因此先串后并的拓扑结构对电池的技术要求也会降低。对于先串后并的拓扑结构，最大的问题在于电芯经过反复充放电后，同一组的并联电芯由于没有电压均衡机制，会出现电压差异，且这一趋势会被逐渐放大，因此针对先串后并的连接形式需要对这一问题进行解决。技术实现要素：本实用新型的目的在于提供一种电池模组并联均衡控制装置，用于对先串后并拓扑形式的电池包中的电芯进行采集和均衡。为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种电池模组并联均衡控制装置，用于由m个并联组和n个串联组的电芯组成的电池包，所述电池模组并联均衡控制装置包括并联均衡电阻网络单元、并联均衡换路器网络单元和电压采样网络单元，其中，所述并联均衡电阻网络单元由若干并联均衡电阻组成，每个所述并联均衡电阻的其中一端连接于任意两个级联的相邻电芯之间，所述并联均衡电阻的另一端连接所述并联均衡换路器网络单元；所述并联均衡换路器网络单元至少由m+1组并联均衡换路器组成，每组所述并联均衡换路器至少由n个并联开关组成，所述开关的其中一端连接所述并联均衡电阻的另一端，每组所述并联均衡换路器的开关的另一端共接于同一换路器节点，且各组所述并联均衡换路器采用相同的开关组合方式；进行电芯电压的并联均衡时，每组所述并联均衡换路器中的至少2个所述开关处于导通状态。所述电压采样网络单元由多个ADC采样芯片组成，所述ADC采样芯片连接于相邻的两换路器节点之间。优选的，所述电池模组并联均衡控制装置还包括串联均衡网络单元，所述串联均衡网络单元包括m个串联均衡模块，每个所述串联均衡模块由串接而成的串联均衡开关和串联均衡电阻组成，每个所述串联均衡模块并联一个所述ADC采样芯片。具体的，对于同一并联组的所述电芯，通过所述并联均衡电阻网络单元和所述并联均衡换路器网络单元实现所述电芯电压的均衡；对于同一串联组的所述电芯，通过所述并联均衡电阻网络单元、所述并联均衡换路器网络单元和所述串联均衡网络单元共同实现所述电芯电压的均衡。优选的，所述电池模组并联均衡控制装置还包括并联均衡熔丝网络单元，所述并联均衡熔丝网络单元串联于所述并联均衡电阻网络单元与所述并联均衡换路器网络单元之间，所述并联均衡熔丝网络单元由多个并联均衡熔丝电阻组成，所述并联均衡换路器网络单元的开关至少串联一个所述并联均衡熔丝电阻。进一步的，所述并联均衡电阻网络单元至少由(m+1)×n个所述并联均衡电阻组成，每个所述并联均衡电阻串联至少一个所述并联均衡熔丝电阻。优选的，所述电压采样网络单元至少由m个ADC采样芯片组成。与现有技术相比，本实用新型提供的电池模组并联均衡控制装置具有以下有益效果：本实用新型提供的电池模组并联均衡控制装置，包括并联均衡电阻网络单元、并联均衡换路器网络单元及电压采样网络单元，对于有m个并联组和n个串联组的电池拓扑结构，并联均衡换路器网络由m+1组并联均衡换路器组成，每组所述并联均衡换路器由n个并联开关组成，在正常采集所述电芯电压时，每组并联均衡换路器中至少2个、至多(n-1)个开关处于导通状态，使得电池包的每个并联组中，至少两个电芯通道被打开，形成并联均衡回路，所形成回路中的电量低的电芯作为电量高的电芯的负载，且回路中的并联均衡电阻会消耗电量高的电芯的电能以降低其电压，因此，当本实用新型提供的电池模组并联均衡控制装置形成并联均衡回路时，就可以自发地对同一并联组内的电芯进行电量均衡，以消除同一并联组内电芯的电压差；此外，由于两级相邻的并联组电芯共用同一组并联均衡电阻和并联均衡换路器，因此，每组并联均衡换路器采用相同的开启组合状态电压，可以保证每个并联组的电芯均能接入并联均衡网络。电压采样网络单元由m个ADC采样芯片组成，每个ADC采样芯片采集同一并联组内接入并联均衡回路的电芯的平均电压值，利用该平均电压值可以计算每个电芯的电压，对电芯状态实现实时监控；并且，本实用新型提供的电池模组并联均衡控制装置，监控电芯电压和电芯电压的并联均衡可以同时进行，不会对电芯电压的并联均衡回路产生干扰或者中断，为电芯电压的并联均衡提供一个比较稳定的均衡回路状态。附图说明此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：图1为本实用新型实施例提供的一种电池模组并联均衡控制装置的电路连接图；图2为本实用新型实施例提供的一种电池模组并联均衡控制装置的电池包串并联方向示意图；图3a～图3b为本实用新型实施例提供的一种电池模组并联均衡控制装置的并联均衡换路器有4个开关时的开启模式示意图；图4是本实用新型实施例提供的一种电池模组并联均衡控制装置的并联均衡换路器单独开启一个开关的示意图。1-并联均衡电阻网络单元，2-并联均衡熔丝网络单元；3-并联均衡换路器网络单元，4-串联均衡网络单元；5-电压采样网络单元。具体实施方式为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。在本实用新型的描述中，需要说明的是，“m+1组”、“m组”、“n组”、“n个”、“m个”等不一定代表具体数量，仅是基于所述电池包的m个并联组和n个串联组，为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的数量和特定的连接方式，因此不能理解为对本实用新型的限制。但是，本领域技术人员应当理解的是，本实施例中一个电阻可以由多个电阻进行串、并联达到同样的技术效果，一个开关也可以用多个串、并联的开关的不通开启方式达到同样的技术效果，同样，一个ADC电压采样芯片可以由多个ADC电压采样芯片进行串、并联达到同样的技术效果。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是串联连接，也可以是并联连接，或各单元内元器件一一对应连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。实施例一参照图1、图2、图3a、图3b、或图4，图1为本实用新型实施例提供的一种电池模组并联均衡控制装置的电路连接图，该电池模组并联均衡控制装置用于由m个并联组和n个串联组的电芯Cell组成的电池包，从电池包总正极向总负极计数，且用表示电池包中处于第y个并联组、第n个串联组的电芯，该装置包括并联均衡电阻网络单元1、并联均衡换路器网络单元3和电压采样网络单元5，其中，并联均衡电阻网络单元1由m+1组、每组n个的并联均衡电阻Rpbal组成，每个并联均衡电阻Rpbal的其中一端连接于任意两个级联的相邻电芯Cell之间，并联均衡电阻Rpbal的另一端连接并联均衡换路器网络单元3；第1组并联均衡电阻Rpbal连接于第1个并联组电芯的正极，第m+1组并联均衡电阻Rpbal连接于第m+1个并联组电芯的负极，与并联均衡换路器网络单元3配合，确保了第1个和第m+1个并联组的电芯可以接入并联均衡回路。并联均衡换路器网络单元3由m+1组并联均衡换路器组成，每组并联均衡换路器由n个并联开关S1～Sn组成，且开关的其中一端连接并联均衡电阻Rpbal的另一端，每组并联均衡换路器的n个开关S1～Sn的另一端共接于同一换路器节点M，共有m+1个换路器节点M0～Mm；在正常采集电芯Cell电压时，每组并联均衡换路器中的至少2个、至多(n-1)个开关处于导通状态，且各组并联均衡换路器中的开关S1～Sn采用相同的开启组合方式；并联均衡换路器网络单元3根据不同并联均衡需求形成不同导通组合，导通的电芯通道通过并联均衡电阻Rpbal进行均衡，以消除同一并联组内电芯(如)的电压差；此外，由于两级相邻的并联组电芯共用同一组并联均衡电阻和并联均衡换路器，因此，每组并联均衡换路器采用相同的开启组合状态电压，可以保证每个并联组的电芯均能接入并联均衡回路。电压采样网络单元5由m个ADC采样芯片ADC1～ADCm组成，每个ADC采样芯片连接于相邻两换路器节点M之间。本实用新型提供的电池模组并联均衡控制装置，监控电芯电压和电芯电压的并联均衡可以同时进行，不会对电芯电压的并联均衡回路产生干扰或者中断，为电芯电压的并联均衡提供一个比较稳定的均衡回路状态。进一步，以图1中Uy为例，分析本实施例提供的一种电池模组并联均衡控制装置的采样值公式，即本实施例提供的一种电池模组并联均衡控制装置是如何采集到各个电芯电压值的，Uy为电压采样网络单元5中第y个ADC电压采样芯片所采集的数值，Uy可以通过两侧的并联电阻网络单元推导，假设第y个并联组的n个电芯都被并联均衡换路器开启，那么Uy可以用n个电压公式表达，即Uy＝(i1y–i1x)Rpbal+Ucell1y+(i1y–i1z)Rpbal……在上述n个公式中，在未开启串联均衡时，电流之间有如下量化关系：在开启串联均衡时，电流之间有如下量化关系：将两种电流关系带入Uy的n个表达式后，均可以得到：即通过该公式可以看出，无论是否开启串联均衡，都不会对电芯电压值采集造成误差，采集的电压等于被并联均衡换路器开启的电芯通道的电压平均值，这是本实施例提供的电池模组并联均衡控制装置所具备的天然优点。同样针对有m个并联组和n个串联组电芯的拓扑结构，如果并联均衡换路器仅开启单个通道对电压进行采集，不能形成并联均衡回路，系统就会丧失并联均衡的功能；如果并联均衡换路器开启所有通道进行并联均衡，则只能采集并联组内的电压平均值，系统就会丧失对每个电芯电压进行检测的能力。因此，在本实用新型实施例提供的电池模组并联均衡控制装置中，为了保证在对电压采样的同时能够进行不同程度的并联均衡，至少2个通道、至多n-1个通道要同时开启，即，每个并联均衡换路器至少2个开关、至多n-1个开关要同时开启，并联均衡的强度有n-2种选择。例如，参照图3a、图3b为本实用新型实施例提供的一种电池模组并联均衡控制装置的并联均衡换路器有4开关时的开启模式示意图，图3a为并联均衡换路器开启模式1，图3b为并联均衡换路器开启模式2，对于具有4个串联组的拓扑结构，并联均衡换路器有4个开关有2种开关组合，即同时开启4个通道中的任意2个通道，以及同时开启4个通道中的任意3个通道，如图3a中模式1和图3b中模式2。在一个工作周期内，即在t1～t4内，在图3a模式1中，有3个通道同时开启；在图3b模式2中，有2个通道同时开启。本实用新型实施例提供的一种电池模组并联均衡控制装置的并联均衡换路器有n个开关时在一个周期(t1～tn)内2个通道同时开启的开启状态可以表示为：t1t2t3t4…t(n-2)t(n-1)tnS1开启关闭关闭关闭…关闭关闭开启S2开启开启关闭关闭…关闭关闭关闭S3关闭开启开启关闭…关闭关闭关闭S4关闭关闭开启开启…关闭关闭关闭………………………S(n-2)关闭关闭关闭关闭…开启关闭关闭S(n-1)关闭关闭关闭关闭…开启开启关闭Sn关闭关闭关闭关闭…关闭开启开启本实用新型实施例提供的一种电池模组并联均衡控制装置的并联均衡换路器有n个开关时在一个周期(t1～tn)内3个通道同时开启的开启状态可以表示为：t1t2t3t4…t(n-2)t(n-1)tnS1开启关闭关闭关闭…关闭开启开启S2开启开启关闭关闭…关闭关闭开启S3开启开启开启关闭…关闭关闭关闭S4关闭开启开启开启…关闭关闭关闭………………………S(n-2)关闭关闭关闭关闭…开启关闭关闭S(n-1)关闭关闭关闭关闭…开启开启关闭Sn关闭关闭关闭关闭…开启开启开启在上述的开关策略下，参考实施例三中电压采集推导过程，假设采用(n-2)种开关状态中i(1≤i≤n)个通道被同时开启的模式，本实施例提供的电池模组并联均衡控制装置的采样策略为:(1)在一个工作周期所有换路器开关状态(t1～tn)下，利用电压采样网络单元5(m个ADC电压采样芯片)进行电压采样，每个ADC电压采样芯片进行了n次采样，这n次采样对应i(1≤i≤n)个通道同时开启时的电压平均值，即每个ADC电压采样芯片得到一个n元1次方程组，方程组中每个方程以导通的i(1≤i≤n)个电芯电压作为未知数，以图1中电芯并联组为例，根据ADCy一个工作周期内采集到的n个电压值，列出一个n元1次方程组：(2)每n次采样结束后，对每个并联组对应的n元1次方程组进行求解，可以得到这一个并联组内所有n个电芯的电压，依此获得所有m×n个电芯(电池包内所有电芯)的电压。在计算电芯电压时，第一次使用ADC电压采样芯片t1～tn次的采样值，第二次使用ADC电压采样芯片t2～t(n+1)次的采样值，依此类推进行滑窗计算。第一次采样时间最长，之后每次换路器状态发生改变时，都会计算一次电芯电压值。但是，在实际应用中，由于接线处接触电阻的差异、线束自身电阻的差异、Rpbal的精度误差、控制器内部各线路的内阻等，都会造成电芯电压采集出现误差ΔU，第n个串联组、第y个并联组的电芯采集误差用表示。仍以图1中Uy为例，分析其实际采样值公式，即Uy＝(i1y–i1x)Rpbal+Ucell1y+(i1y–i1z)Rpbal+ΔU1y……那么针对上述在线误差问题，利用本实用新型实施例提供的电池模组并联均衡控制装置还可以对在线误差实现误差补偿：(1)参阅图4，图4是本实用新型实施例提供的一种电池模组并联均衡控制装置的并联均衡换路器单独开启一个开关的示意图，每隔固定时间，外部控制器发出控制信号，将所有m+1个并联均衡换路器仅开启同一个开关Si(1≤i≤n)，测量此时接入电压采样网络单元5的第i个串联组内串联的m节电芯电压Ucelli1,Ucelli2,Ucelli3,…,Ucellix,Ucelliy,…,Ucellim。(2)并联均衡换路器恢复至少2个开关、至多(n-1)个开关同时开启的正常工作模式，测量各并联组导通电芯的平均电压。以图1中第y个并联组为例，假设此时j(1≤j≤n)个通道同时开启，经过一个工作周期t1～tn，测得n个平均电压值U1，U2,…,Un，进而得到n个误差方程：(3)从上述n个方程中，可以求解出在当前环境下第y个并联组内电芯的n个误差值ΔU1y,(4)将上述误差值ΔU1y,存储在控制器非易失存储器中。(5)针对第y个并联组，将上述误差值代入下一次电压采样网络单元5采样后得到的n个实际采样值公式，求解方程，可以得到经过误差补偿的单个电芯电压值。利用上述采样原理，在本实用新型实施例提供的电池模组并联均衡控制装置中，每个ADC采样芯片采集到同一并联组内接入并联均衡回路的电芯的平均电压值，利用该平均电压值可以计算每个电芯的电压，对电芯状态实现实时监控；并且，利用并联均衡换路器网络单元3合理地进行组合开启，使得本实施例提供的并联均衡控制装置仅需要m个ADC电压采样芯片就可以得到每个电芯的电压值，而不需要给每个电芯提供一个ADC电压采集芯片，有效的节约了成本；此外，以上电芯电压的监控过程，是基于对同一并联组的电芯电压进行并联均衡进程中的，实现了对电芯电压并联均衡和监控电芯电压同时进行。实施例二继续参照图1，本实施例提供的一种电池模组并联均衡控制装置，还包括串联均衡网络单元4，串联均衡网络单元4包括m个串联均衡模块，每个串联均衡模块由串联均衡开关和串联均衡电阻Rsbal组成，每个串联均衡模块并联一个ADC采样芯片，即每个串联均衡模块都连接于两个相邻的换路器节点之间。当串联均衡模块与其两端相连接的并联均衡换路器同时有通道打开时，将对接入串联均衡网络单元4的电芯进行串联均衡，例如，电压采样网络单元5监测到电芯电压值高于第二个串联组其他电芯的电压值，则由外部控制器发送控制信号，则在接于换路器节点Mx中的开关S2和接于换路器节点My中的开关S2导通时，导通图中串联均衡网络单元4中的开关Sy，将电芯连接入串联均衡回路中，以消除电芯与其统一串联组的其他电芯的压差。本实施例提供的电池模组并联均衡控制装置，还包括并联均衡熔丝网络单元2，该并联均衡熔丝网络单元2串联于并联均衡电阻网络单元1与并联均衡换路器网络单元3之间，并联均衡熔丝网络单元2由m+1组、每组n个的并联均衡熔丝电阻Fpbal组成，并联均衡熔丝电阻Fpbal与并联均衡换路器网络单元3的开关一一对应相串联，同时，每个并联均衡电阻Rpbal串联一个并联均衡熔丝电阻Fpbal。并联均衡熔丝网络单元2用于对并联均衡回路和串联均衡回路的电流进行限制，以防在电芯出现短路时，并联均衡回路出现异常大电流。以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。当前第1页1 2 3