CN101938152A - 一种动力电池组均衡电路及其均衡方法 - Google Patents

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本发明公开了一种动力电池均衡电路及其均衡方法，用于为含有至少两个电池单体的动力电池组进行均衡，所述装置包括至少两个电池单体的电池组，采集电池单体电压的采样模块，控制模块，为电池单体充放电用的双向DC/DC变换器和辅助电源，和连接电池组与双向DC/DC变换器的继电器网路。均衡过程中，控制模块根据采样模块的数据来确定待均衡的电池单体，并控制双向DC/DC变换器的开闭和工作模式，以及控制继电器网络的切换，达到对待均衡电池单体进行充电或放电。本发明能保证电池单体之间的电压差不超过控制模块设定的值，改善了电池单体间的不均衡。

Description

一种动力电池组均衡电路及其均衡方法
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，具体的说涉及一种动力电池组均衡电路及均衡方法。
背景技术
现有的电池组均衡技术，大致可以分为能量耗散型和能量非耗散型。能量耗散型是在当某些单体电池偏高时，在其上并联一个分流电阻，将多余的能量已热量的方式消耗，使整体电压达到平衡。这种方法一方面导致能量的浪费，另一方面由于均衡时间的限制，使分流产生大量的热，尤其在大容量的电池组中，导致热管理变得更加困难。能量非耗散型一般是利用电感或电容等储能元件，把能量高的单体电池的能量转移到能量低的电池上。此种方法能量消耗很小，但是当能量低的单体电池与能量高的单体电池距离很远时，所需的时间也很长，不适合多串的电池组。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种动力电池组均衡电路及其均衡方法，可以无能量损耗的、快速的实现动力电池组的均衡，且在电池组充电、放电和静置时都能使其保持均衡。
为了解决上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种动力电池组均衡电路，所述动力电池组至少由两个电池单体串联构成，该均衡电路包括对所述动力电池组进行采样的电压采集模块，用于对电池单体进行充电或放电的辅助电源和双向DC/DC变换器，将所述双向DC/DC变换器的正向功率流输出端与电池组相连的继电器网络，用于控制继电器网络中各个继电器的开合和双向DC/DC变换器的功率流向的控制模块；所述控制模块分别与双向DC/DC变换器的控制端和电压采集模块的输出端连接，所述辅助电源和双向DC/DC变换器的正向功率流输入端连接。
上述的动力电池组均衡电路中，所述继电器网络是由个数与电池单体个数相同的双触点常开继电器构成，每个双触点常开继电器均具有两个开闭部件，其中一个开闭部件具有第一端口和第二端口，另一个开闭部件具有第三端口和第四端口；每个双触点常开继电器的开闭状态由所述控制模块控制；电池单体与双触点常开继电器之间一一对应，每个电池单体的两端与相对应的一个双触点常开继电器连接，由控制模块通过双触点常开继电器控制电池单体与双向DC/DC变换器之间的连接和断开。
上述的动力电池组均衡电路中，相互对接的一个电池单体与一个双触点常开继电器中，双触点常开继电器的第一端口与电池单体的正极连接，第三端口与电池单体负极连接，第二端口与双向DC/DC变换器正向功率流输出端的正极连接，第四端口与双向DC/DC变换器正向功率流输出端的负极连接。
上述均衡电路的均衡方法，包含如下步骤：                                                                   
步骤1、控制模块根据电压采集模块的信号，确定待均衡的电池单体和双向DC/DC变换器的功率流向；
步骤2、控制模块通过控制继电器网络将所述待均衡的电池单体与双向DC/DC变换器相连，并启动双向DC/DC变换器；
步骤3、辅助电源通过双向DC/DC变换器对待均衡电池单体进行充电或放电。
上述的均衡方法中，当待均衡的电池单体包含多个时，辅助电源优先对最大待均衡电池单体进行均衡；所有待均衡电池单体中，所述最大待均衡电池单体的电压与控制模块设定的电池单体均衡电压之差最大。
上述的均衡方法中，控制模块通过控制与待均衡的电池单体连接的双触点常开继电器的闭合，使所述待均衡的电池单体与双向DC/DC变换器相连。
上述的均衡方法中，当待均衡电池单体的电压低于所述电池单体均衡电压时，控制模块控制双向DC/DC变换器的功率流向为从辅助电源流向待均衡电池单体，辅助电源通过双向DC/DC变换器对待均衡电池单体进行充电；当待均衡电池单体的电压高于所述电池单体均衡电压时，控制模块控制双向DC/DC变换器的功率流向为从待均衡电池单体流向辅助电源，待均衡电池单体通过双向DC/DC变换器对辅助电源进行充电。
在上述方法中，当待均衡的电池单体包含多个时，辅助电源优先对最大待均衡的电池单体进行均衡。所述最大待均衡电池单体为电池单体电压与控制模块设定的均衡电压差最大的电池单体。
本发明由于在动力电池组中采用了上述均衡电路和方法，与现有技术相比，具有如下优点和效果：
本发明可以无能量损耗的、快速的实现动力电池组的均衡，且在电池组充电、放电和静置时都能使其保持均衡；能保证电池单体之间的电压差不超过控制模块设定的值，改善了电池单体间的不均衡。同时，还可以用较高的电流对电池组进行快速均衡，且均衡过程中能量损耗很小。在电池组充电、放电和静置时都能使其保持均衡。
附图说明
图1是本发明的总体结构图。
图2为双触点常开继电器中开闭部件的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，但本发明的保护范围和实施不限于此。
参见图1，图1给出了本发明示例的均衡电路的总体结构图，其中，动力电池组1由C1、C2……、Cn等n个电池单体串联而成，n>1,双刀常开继电器K1、K2……、Kn组成继电器网络2，所述继电器网络是由个数与电池单体个数相同的双触点常开继电器构成，其中21为继电器网络2的正极接口，22为继电器网络2的负极接口。双向DC/DC变换器5的功率流正向输出端7的正极与继电器网络正极接口21相连，负极与继电器网络负极接口相连，功率流正向输入端8与辅助电源6连接，双向DC/DC变换器的控制端9与控制模块4相连。电压采集模块3由电压采样电路和接口电路组成，用来采集各个电池单体的电压，控制模块4根据电压采集模块的信号来控制双向DC/DC变换器5的开闭和工作模式，以及继电器网路2的切换，控制模块4可以采用由接口电路、单片机和驱动电路组成。
图2为双触点常开继电器中开闭部件的示意图，所述继电器网络是由个数与电池单体个数相同的双触点常开继电器构成，每个双触点常开继电器均具有两个开闭部件，其中一个开闭部件具有第一端口和第二端口，另一个开闭部件具有第三端口和第四端口；每个双触点常开继电器的开闭状态由所述控制模块控制；电池单体与双触点常开继电器之间一一对应，每个电池单体的两端与相对应的一个双触点常开继电器的两个端口对接，双触点常开继电器的另外两个端口与双向DC/DC变换连接，由控制模块通过双触点常开继电器控制电池单体与双向DC/DC变换器之间的连接和断开。
从图1可知，相互对接的一个电池单体与一个双触点常开继电器中，双触点常开继电器的第一端口与电池单体的正极连接，第三端口与电池单体负极连接，第二端口与双向DC/DC变换器正向功率流输出端的正极连接，第四端口与双向DC/DC变换器正向功率流输出端的负极连接。
工作过程中，控制模块4根据电压采集模块的信号来决定是否需要均衡和待均衡的电池单体，采用充低放高的方法。
当待均衡的电池单体电压过低时，控制模块控制相应的继电器，将待均衡的电池单体与双向DC/DC变换器5接通，并给双向DC/DC变换器5发送启动信号和正向工作模式信号。所述正向工作模式下能量是从双向DC/DC变换器5的功率流正向输入端流向功率流正向输出端，辅助电源6给待均衡的电池单体充电。
当待均衡的电池单体电压过高时，控制模块控制相应的继电器，将待均衡的电池单体与双向DC/DC变换器5接通，并给双向DC/DC变换器5发送启动信号和逆向工作模式信号。所述逆向工作模式下能量是从双向DC/DC变换器5的功率流正向输出端流向功率流正向输入端，待均衡的电池单体给辅助电源6充电。

Claims (7)

1.一种动力电池组均衡电路，所述动力电池组至少由两个电池单体串联构成，其特征在于该均衡电路包括对所述动力电池组进行采样的电压采集模块，用于对电池单体进行充电或放电的辅助电源和双向DC/DC变换器，将所述双向DC/DC变换器的正向功率流输出端与电池组相连的继电器网络，用于控制继电器网络中各个继电器的开合和双向DC/DC变换器的功率流向的控制模块；所述控制模块分别与双向DC/DC变换器的控制端和电压采集模块的输出端连接，所述辅助电源和双向DC/DC变换器的正向功率流输入端连接。
2.根据权利要求1所述的动力电池组均衡电路，其特征在于，所述继电器网络是由个数与电池单体个数相同的双触点常开继电器构成，每个双触点常开继电器均具有两个开闭部件，其中一个开闭部件具有第一端口和第二端口，另一个开闭部件具有第三端口和第四端口；每个双触点常开继电器的开闭状态由所述控制模块控制；电池单体与双触点常开继电器之间一一对应，每个电池单体的两端与相对应的一个双触点常开继电器连接，由控制模块通过双触点常开继电器控制电池单体与双向DC/DC变换器之间的连接和断开。
3.根据权利要求2所述的动力电池组均衡电路，其特征在于，相互对接的一个电池单体与一个双触点常开继电器中，双触点常开继电器的第一端口与电池单体的正极连接，第三端口与电池单体负极连接，第二端口与双向DC/DC变换器正向功率流输出端的正极连接，第四端口与双向DC/DC变换器正向功率流输出端的负极连接。
4.权利要求1所述均衡电路的均衡方法，其特征在于包含如下步骤：                                                                   
步骤1、控制模块根据电压采集模块的信号，确定待均衡的电池单体和双向DC/DC变换器的功率流向；
步骤2、控制模块通过控制继电器网络将所述待均衡的电池单体与双向DC/DC变换器相连，并启动双向DC/DC变换器；
步骤3、辅助电源通过双向DC/DC变换器对待均衡电池单体进行充电或放电。
5.根据权利4所述的均衡方法，特征在于，当待均衡的电池单体包含多个时，辅助电源优先对最大待均衡电池单体进行均衡；所有待均衡电池单体中，所述最大待均衡电池单体的电压与控制模块设定的电池单体均衡电压之差最大。
6.根据权利4所述的均衡方法，特征在于，控制模块通过控制与待均衡的电池单体连接的双触点常开继电器的闭合，使所述待均衡的电池单体与双向DC/DC变换器相连。
7.根据权利4所述的均衡方法，特征在于，当待均衡电池单体的电压低于所述电池单体均衡电压时，控制模块控制双向DC/DC变换器的功率流向为从辅助电源流向待均衡电池单体，辅助电源通过双向DC/DC变换器对待均衡电池单体进行充电；当待均衡电池单体的电压高于所述电池单体均衡电压时，控制模块控制双向DC/DC变换器的功率流向为从待均衡电池单体流向辅助电源，待均衡电池单体通过双向DC/DC变换器对辅助电源进行充电。
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