电池管理系统中电池平衡性能优化方法与流程

1.本发明涉及电池管理技术领域，特别涉及一种电池管理系统中电池平衡性能优化方法。


背景技术：

2.汽车产业的快速发展不可避免的产生了许多负面效应：对石油等不可再生能源的大量消耗、产生汽车废气和温室气体等。面对资源短缺和环境污染等严峻挑战，汽车企业开始大力发展以动力电池为新能源的电动汽车，以减少对石油能源的依赖，降低汽车废气排放。锂离子电池因其具有能量密度高、重量轻、较长的充放电循环寿命，在电动汽车领域得到广泛的应用。准确进行锂电池组之间的电池平衡对于电池的寿命而言具有重要意义。因此必须采用合适的电池平衡性能优化方法对电池组的电量进行平衡管理，以提高锂电池的使用寿命。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种电池管理系统中电池平衡性能优化方法。本发明可以有效提高锂电池组中的电池平衡效率,减小电池之间的差异，提高锂电池组使用寿命。
4.本发明的技术方案：电池管理系统中电池平衡性能优化方法，包括主动平衡芯片、被动平衡芯片和锂电池组，锂电池组由多节电池串联组合，每节电池分别连接有主动平衡电路和被动平衡电路；所述主动平衡电路与主动平衡芯片连接，所述被动平衡电路与被动平衡芯片连接；
5.在电池平衡开始前确定主动平衡电路的阈值v1和被动平衡电路的阈值v2，然后采集每节电池的单体电压，得到锂电池组中最大单体电压vmax和最小单体电压vmin，若最大单体电压vmax和最小单体电压vmin差值大于阈值v1，则开启主动平衡电路，主动平衡芯片控制最大单体电压的电池放电，对最小单体电压的电池充电，直到最大单体电压vmax和最小单体电压vmin的差值小于v1，主动平衡电路关闭；若最大单体电压vmax和最小单体电压vmin的差值小于阈值v1大于阈值v2，且锂电池组处于充电状态，则开启被动平衡电路，使得高电压值的单节电池放电，直到最大单体电压vmax和最小单体电压vmin的差值小于阈值v2，电池性能平衡结束。
6.上述的电池管理系统中电池平衡性能优化方法，所述主动平衡电路包括变压器t1,变压器t1包括初级绕组和次级绕组；所述初级绕组含有第一线圈和第二线圈，第一线圈的一端连接电容c1、电阻r1后和第一线圈的另一端一同与mosfet开关管q1的漏极连接；所述mosfet开关管q1的源级连接有电阻r4,电阻r4与电池负极v-连接；所述电阻r4与mosfet开关管q1的源级之间还连接有电阻r5，电阻r5与主动平衡芯片的i1p引脚连接；所述电阻r4和电阻r5之间连接有电容c6；所述mosfet开关管q1的源极连接二极管d1的阳极，二极管d1的阴极与mosfet开关管q1的漏极；所述mosfet开关管q1的栅极连接有电阻r3,电阻r3与主动平衡芯片的g1p引脚连接；所述第二线圈的一端与主动平衡芯片的c1引脚连接，第二线圈
的另一端与mosfet开关管q1的漏极连接；所述电池负极v-连接二极管d3的阳极,二极管d3的阴极与主动平衡芯片的c1引脚连接；所述第二线圈与主动平衡芯片的c1引脚连接的一端还连接有电容c3、电容c4和电容c5,电容c3、电容c4和电容c5的一端一同连接后再与电池负极v-连接；所述电容c3、电容c4和电容c5一同连接的一端还连接二级管d4的阳极，二级管d4的阴极与所述电阻r3与mosfet开关管q1的栅极之间连接；
7.所述次级绕组含有串联的第三线圈和第四线圈；所述第三线圈的一端与mosfet开关管q2的漏极以及二极管d2的阴极连接；所述mosfet开关管q2的漏极连接电阻r2、电容c2后和第四线圈的一端一同与主动平衡芯片的vreg引脚连接；所述mosfet开关管q2的栅极连接有电阻r6，电阻r6与主动平衡芯片的g1s引脚连接；所述mosfet开关管q2的源极分别与电阻r8和二极管d2的阳极连接；所述电阻r8与主动平衡芯片的i1s引脚连接；所述二极管d2的阳极还连接有电阻r7，电阻r7与电池负极v-连接；所述电阻r7和电阻r8之间连接有电容c10；所述第四线圈与主动平衡芯片的vreg引脚连接的一端还连接有电容c7、电容c8和电容c9,电容c7、电容c8和电容c9的一端一同连接后再与电池负极v-连接。
8.前述的电池管理系统中电池平衡性能优化方法，所述主动平衡芯片控制最大单体电压的电池放电过程是mosfet开关管q1导通，电流在变压器t1的初级绕组中上升，直到主动平衡芯片的i1p引脚检测到峰值电流，随后mosfet开关管q1关断，电能从初级绕组转移到次级绕组，使得电流在变压器t1的次级绕组中流动，同时mosfet开关管q2接通，直到主动平衡芯片的i1s引脚上的电流降为0，然后mosfet开关管q2关断，mosfet开关管q1再次导通，重复上述过程多次，从而将具有最大单体电压的电池的电荷转移到锂电池电池组内，实现电池放电。
9.前述的电池管理系统中电池平衡性能优化方法，所述主动平衡芯片控制最小单体电压的电池充电过程是mosfet开关管q2导通，电流在变压器t1中的次级绕组上升，直到主动平衡芯片引脚i1s检测到峰值电流，随后mosfet开关管q2关断，电能从变压器t1的次级绕组转移到初级绕组，同时mosfet开关管q1导通，直到主动平衡芯片的i1p引脚上的次级电流降为0，然后mosfet开关管q1关断，mosfet开关管q2再次导通，重复上述过程多次，从而实现对最小单体电压的电池充电。
10.前述的电池管理系统中电池平衡性能优化方法，所述被动平衡电路包括mosfet开关管q30,mosfet开关管q30的源极与主动平衡芯片的c1引脚连接，mosfet开关管q30的栅极连接有电阻r128，电阻r128与被动平衡芯片的s引脚连接；所述mosfet开关管q30的漏极依次连接发光二极管d48、电阻r126后与电池负极v-连接；所述mosfet开关管q30的漏极与发光二极管d48之间还连接电阻r127，电阻r127的另一端与电池负极v-连接。
11.前述的电池管理系统中电池平衡性能优化方法，所述被动平衡电路对高电压值的单节电池放电是通过导通与单节电池并联的电阻r127对其进行放电，从而减小该电池的充电电流来达到被动均衡效果。
12.与现有技术相比，本发明以电池组中单个电池之间的差异作为标准，通过检测锂电池组中最大单体电压和最小单体电压，以两者的差值作为比较点，对差值较大的两个电池之间采用主动平衡电路进行平衡，对差值较小的两个电池之间采用被动平衡电路进行平衡，使得差值进一步缩小完成电池的平衡，由此本发明一方面可以提高电池之间的平衡效率，另一方面也避免了在差值较小时主动平衡电路频繁启动的问题，提高了主动平衡电路
中的电子器件使用寿命。进一步地，本发明的主动平衡电路在变压器的两侧各连接了一个mosfet开关管，mosfet开关管起到同步整流作用的同时还可以选择性将电能进行传递，这种方式可以有效的减少电能的损耗，大大地提高了平衡速度。
附图说明
13.图1为主动平衡电路示意图；
14.图2为被动平衡电路图。
具体实施方式
15.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
16.实施例：电池管理系统中电池平衡性能优化方法，包括主动平衡芯片、被动平衡芯片和锂电池组，锂电池组由多节电池串联组合，本实施例中，主动平衡芯片和被动平衡芯片均可以通过市售获得，例如lct6804，每节电池分别连接有主动平衡电路和被动平衡电路；所述主动平衡电路与主动平衡芯片连接，所述被动平衡电路与被动平衡芯片连接；
17.在电池平衡开始前确定主动平衡电路的阈值v1和被动平衡电路的阈值v2，然后采集每节电池的单体电压，得到锂电池组中最大单体电压vmax和最小单体电压vmin，若最大单体电压vmax和最小单体电压vmin差值大于阈值v1，则开启主动平衡电路，主动平衡芯片控制最大单体电压的电池放电，对最小单体电压的电池充电，直到最大单体电压vmax和最小单体电压vmin的差值小于v1，主动平衡电路关闭；若最大单体电压vmax和最小单体电压vmin的差值小于阈值v1大于阈值v2，且锂电池组处于充电状态，则开启被动平衡电路，使得高电压值的单节电池放电，直到最大单体电压vmax和最小单体电压vmin的差值小于阈值v2，电池性能平衡结束。
18.实施例2，在实施例1的基础上，本实施中，所述的主动平衡电路如图1所示，包括变压器t1,变压器t1包括初级绕组和次级绕组；所述初级绕组含有第一线圈和第二线圈，第一线圈的一端连接电容c1、电阻r1后和第一线圈的另一端一同与mosfet开关管q1的漏极连接；所述mosfet开关管q1的源级连接有电阻r4,电阻r4与电池负极v-连接；所述电阻r4与mosfet开关管q1的源级之间还连接有电阻r5，电阻r5与主动平衡芯片的i1p引脚连接，i1p引脚用于电流检测输入；所述电阻r4和电阻r5之间连接有电容c6；所述mosfet开关管q1的源极连接二极管d1的阳极，二极管d1的阴极与mosfet开关管q1的漏极；所述mosfet开关管q1的栅极连接有电阻r3,电阻r3与主动平衡芯片的g1p引脚连接，g1p引脚用于栅极驱动器输出；所述第二线圈的一端与主动平衡芯片的c1引脚连接，c1引脚与电池正极连接，第二线圈的另一端与mosfet开关管q1的漏极连接；所述电池负极v-连接二极管d3的阳极,二极管d3的阴极与主动平衡芯片的c1引脚连接；所述第二线圈与主动平衡芯片的c1引脚连接的一端还连接有电容c3、电容c4和电容c5,电容c3、电容c4和电容c5的一端一同连接后再与电池负极v-连接；所述电容c3、电容c4和电容c5一同连接的一端还连接二级管d4的阳极，二级管d4的阴极与所述电阻r3与mosfet开关管q1的栅极之间连接；
19.所述次级绕组含有串联的第三线圈和第四线圈；所述第三线圈的一端与mosfet开关管q2的漏极以及二极管d2的阴极连接；所述mosfet开关管q2的漏极连接电阻r2、电容c2
后和第四线圈的一端一同与主动平衡芯片的vreg引脚连接，vreg引脚配置为电压输出模式；所述mosfet开关管q2的栅极连接有电阻r6，电阻r6与主动平衡芯片的g1s引脚连接，g1s引脚同样用于栅极驱动器输出；所述mosfet开关管q2的源极分别与电阻r8和二极管d2的阳极连接；所述电阻r8与主动平衡芯片的i1s引脚连接，i1s引脚同样用于电流检测输入；所述二极管d2的阳极还连接有电阻r7，电阻r7与电池负极v-连接；所述电阻r7和电阻r8之间连接有电容c10；所述第四线圈与主动平衡芯片的vreg引脚连接的一端还连接有电容c7、电容c8和电容c9,电容c7、电容c8和电容c9的一端一同连接后再与电池负极v-连接。
20.所述主动平衡芯片控制最大单体电压的电池放电过程是利用主动平衡电路对电池进行放电，其工作原理是mosfet开关管q1导通，电流在变压器t1的初级绕组中上升，直到主动平衡芯片的i1p引脚检测到峰值电流，随后mosfet开关管q1关断，电能从初级绕组转移到次级绕组，使得电流在变压器t1的次级绕组中流动，同时mosfet开关管q2接通，直到主动平衡芯片的i1s引脚上的电流降为0，然后mosfet开关管q2关断，mosfet开关管q1再次导通，重复上述过程多次，从而将具有最大单体电压的电池的电荷转移到锂电池电池组内，实现电池放电。
21.同理，所述主动平衡芯片控制最小单体电压的电池充电过程是利用主动平衡电路对电池进行充电，其工作原理是mosfet开关管q2导通，电流在变压器t1中的次级绕组上升，直到主动平衡芯片引脚i1s检测到峰值电流，随后mosfet开关管q2关断，电能从变压器t1的次级绕组转移到初级绕组，同时mosfet开关管q1导通，直到主动平衡芯片的i1p引脚上的次级电流降为0，然后mosfet开关管q1关断，mosfet开关管q2再次导通，重复上述过程多次，从而实现对最小单体电压的电池充电。
22.本实施例中，如图2所示，所述被动平衡电路包括mosfet开关管q30,mosfet开关管q30的源极与主动平衡芯片的c1引脚连接，mosfet开关管q30的栅极连接有电阻r128，电阻r128与被动平衡芯片的s引脚连接，s引脚充当一个驱动外部mosfet的栅极数字输出；所述mosfet开关管q30的漏极依次连接发光二极管d48、电阻r126后与电池负极v-连接；所述mosfet开关管q30的漏极与发光二极管d48之间还连接电阻r127，电阻r127的另一端与电池负极v-连接。所述被动平衡电路对高电压值的单节电池放电是通过导通与单节电池并联的电阻r127对其进行放电，从而减小该电池的充电电流来达到被动均衡效果。
23.基于上述的主动平衡电路和被动平衡电路，在对于锂电池池进行性能平衡时，先确定主动平衡电路的阈值v1和被动平衡电路的阈值v2(阈值v1和阈值v2可以根据实际情况进行设置)，然后采集每节电池的单体电压，得到锂电池组中最大单体电压vmax和最小单体电压vmin，若最大单体电压vmax和最小单体电压vmin差值大于阈值v1，则开启主动平衡电路，主动平衡芯片控制最大单体电压的电池放电，对最小单体电压的电池充电，直到最大单体电压vmax和最小单体电压vmin的差值小于v1，主动平衡电路关闭；若最大单体电压vmax和最小单体电压vmin的差值小于阈值v1大于阈值v2，且锂电池组处于充电状态，则开启被动平衡电路，使得高电压值的单节电池放电，直到最大单体电压vmax和最小单体电压vmin的差值小于阈值v2，电池性能平衡结束。
24.综上所述，本发明以电池组中单个电池之间的差异作为标准，通过检测锂电池组中最大单体电压和最小单体电压，以两者的差值作为比较点，对差值较大的两个电池之间采用主动平衡电路进行平衡，对差值较小的两个电池之间采用被动平衡电路进行平衡，使
得差值进一步缩小完成电池的平衡，由此本发明一方面可以提高电池之间的平衡效率，另一方面也避免了在差值较小时主动平衡电路频繁启动的问题，提高了主动平衡电路中的电子器件使用寿命。