一种48V系统电池组主动均衡系统的制作方法

本实用新型涉及汽车电池均衡领域，特别涉及一种48V系统电池组主动均衡系统。

背景技术：

48V系统作为解决汽车尾气排放不达标、提高燃油使用率的有效途径，已经成为诸多车企的开发热点。48V系统中的48V电池包常由十几节锂离子电池串联组成，在锂离子电池制造、装车以及使用过程中的差异性会导致各电池性能之间存在差异性。在串联电池组充放电中，电池性能之间的差异性会导致各电池的充放电程度相差较大，随着充放电次数增多，会进一步加剧电池之间的差异性，最终缩短电池组的使用寿命。电池均衡技术是保持串联锂离子电池组各电池之间一致性、延长电池组寿命的必要手段。

目前电池均衡技术包含被动均衡和主动均衡两大类。被动均衡是将电量较高的电池的能量通过电阻消耗掉，以保持各电池间电量的一致。对于48V系统，由于存在热管理问题，行车过程中一般不进行被动均衡，停车之后的被动均衡所采用的均衡电流也很低，因此被动均衡方案给48V系统带来热管理、能量浪费、实时性差、均衡缓慢等问题，对电池整体寿命提升效果不明显。

主动均衡的思想是通过将电量高的电池的电量转移出来并输送给电量低的电池以维持各电池之间的电量均衡。由于不存在热管理问题，均衡电流可以较大，主动均衡方案可以保证48V系统均衡的实时性、快速性以及高的能量利用率，但是现有技术中主动均衡结构复杂、均衡操作繁琐，不易于实施。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种48V系统电池组主动均衡系统，该结构简单，可以将易于实现，可实现48V系统的均衡。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种48V系统电池组主动均衡系统，包括由多个电池单体组成的48V电池模块以及12V电池模块，所述48V电池模块通过DC/DC模块与12V电池模块连接，该系统还包括电池管理系统、变压器、额外储能模块、开关S2，48V电池模块中的每一个电池单体的两端分别通过均衡开关与变压器的原边两端连接，变压器的副边两端分别连接额外储能模块，所述额外储能模块通过开关S2与DC/DC模块连接；所述电池管理系统根据采集到的48V电池模块中单体电池的数据控制电池单体对应的均衡开关的开启闭合，所述电池管理系统根据额外储能模块的电量数据控制开关S2的开启闭合。

所述额外储能模块包括额外储能单元、开关S1，所述额外储能单元的正极与变压器副边一侧连接，额外储能单元的负极通过开关S1与二极管D的阳极连接，二极管D的阴极与变压器的副边的另一侧连接，所述电池管理系统与开关S1连接。

所述额外储能单元为锂离子电池或超级电容器。

所述电池管理系统包括多个单周期控制器，用于分别控制每一个单体电池对应的两个均衡开关的开启闭合。

所述电池管理系统采集额外储能单元的电压值并根据预设的额外储能单元的电压阈值控制开关S2的开启闭合。

本实用新型的优点在于：通过主动均衡的方式来实现电池的均衡，避免被动均衡产生的热量，不存在能量浪费，而且结构简单、实现方便；可以将存储在额外储能单元的电量通过DC/DC给12V电池模块充电，节约了能源；在变压器副边侧设置防反二极管D，防止额外存储单元的能量反馈到48V电池模块中引发的安全问题；通过电池管理系统的控制芯片自动控制各开关实现均衡，实现方便，自动化程度高，准确性好。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本实用新型主动均衡系统结构原理图

图2为本实用新型主动均衡流程示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本实施例中将被动均衡、主动均衡以及48V系统汽车的结构特点融入进主动均衡之中，将需转移出的均衡电量转移给车载12V电池，实现电池组均衡的同时，也克服了传统均衡方式的缺陷。

基于被动均衡结构和策略简单的特点以及主动均衡实时性高、速度快的特点，本实用新型融合被动均衡及主动均衡的结构特点，将48V电池模块中电量高电池的能量转移回电池组转移到额外存储单元之中，结构简单，易于实现。基于48V系统汽车结构上的特点，本实用新型在额外存储单元电压值达到一定的限值，可以将额外存储单元接入48V电池模块与12V电池模块之间的DC-DC模块，实现均衡电量向12V电池的转移，提升能量利用率。

如图1所示，主动均衡系统，包括由多个电池单体组成的48V电池模块以及12V电池模块，48V电池模块通过DC/DC模块与12V电池模块连接，该系统还包括电池管理系统、变压器、额外储能模块、开关S2，48V电池模块中的每一个电池单体的两端分别通过均衡开关与变压器的原边两端连接，变压器的副边两端分别连接额外储能模块，额外储能模块通过开关S2与DC/DC模块连接；电池管理系统根据采集到的48V电池模块中单体电池的数据控制电池单体对应的均衡开关的开启闭合，电池管理系统根据额外储能模块的电量数据控制开关S2的开启闭合。额外储能模块包括额外储能单元、开关S1，额外储能单元的正极与变压器副边一侧连接，额外储能单元的负极通过开关S1与二极管D的阳极连接，二极管D的阴极与变压器的副边的另一侧连接，所述电池管理系统与开关S1连接。额外储能单元为锂离子电池或超级电容器。

本实施例的均衡系统由四大主要模块构成，分别为48V电池模块、均衡模块、电池管理模块(BMS)、DC-DC模块以及12V电池模块。48V电池模块为多个电池单体串联形成，以12个单体电池为例，提出的48V电池模块含有12节串联锂离子电池E1、E2…Ei…E11、E12；提出的均衡模块含有一个开关阵列、一个变压器、两个开关S1和S2、一个额外存储单元和一个二极管D，其中开关阵列中包含24个开关S11、S12、S21、S22…Si1、Si2…S111、S112、S121和S122，每个电池单体两端分别对应一个开关；提出的BMS中含有12个单周期控制器。48V电池模块经由DC-DC模块与12V电池模块连接，实现48V电池模块对12V电池模块的充电；48V电池模块中锂离子电池分别与均衡模块开关阵列中的均衡开关相连接，每一个电池单体两端均分别通过均衡开关连接到变压器的两端；通过开关操作实现均衡能量从48V电池模块到额外存储单元的转移；均衡模块中的额外存储单元经过开关S2与DC-DC模块连接实现均衡能量向12V电池模块的转移；BMS模块与48V电池模块相连接，实现电池数据的实时采集；BMS中的12个单周期控制器分别与开关阵列中的12个开关S12、S22…Si2…S112和S122相连接，并全部连接到开关S1上，利用单周期控制技术控制开关S12、S22…Si2…S112、S122和开关S1的导通与关断，使得均衡过程可控。

如附图2所示，以需要抽取48V电池模块中电池Ei的电量为例。首先导通开关Si1。然后利用单周期控制技术通过单周期控制器i控制开关Si2与开关S1的导通与关断，开关Si2与开关S1的导通与关断状态互补。当开关导通Si2时，开关S1关断，均衡电量通过开关Si2、电池Ei以及变压器的上侧绕组构成的回路将电池Ei中的电量转移到变压器中暂时存储；当开关Si2关断时，开关S1导通，暂时存储在变压器中的能量通过开关S1、额外存储单元、二极管D以及变压器的下侧绕组构成的回路转移到额外存储单元中，其他电池的均衡操作类似。单周期控制技术使得电量转移过程中的电流恒定且可控，提升了均衡操作性，而二极管D可以防止额外存储单元的能量通过变压器反馈回48V电池模块，引发安全问题。当额外存储单元的电压值高于限值后，关断均衡模块中所有开关，再导通开关S2，通过DC-DC模块将存储在额外存储单元中的均衡电量转移给12V电池模块。电池管理系统BMS通过电压采集单元采集额外储能单元的电压数据，在达到对应的电压阈值时，控制开关S2的闭合。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。