CN102231554A - 一种全兼容动力电池均衡装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种全兼容动力电池的均衡装置及方法，动力电池组包括n个串联的单体电池B1、B2…Bn，对应每一个单体电池Bn，都有一个开关管Tn和均衡电阻Rn串联的均衡支路与其并联；都有一个均衡开关Un为开关管Tn接入开启电源，所述开启电源为近似m倍单体电池，直接源于动力电池组，均衡开关Un为开关管Tn接入动力电池组中单体电池Bn-(m-1)至Bn串联的电池电源，其中开关管T1…Tm-1通过对应的外接隔离电源V1…Vm-1提供开启电源。本发明可匹配多种单体电池电压的动力电池，提高了电池管理均衡***对新型电池的匹配性和对所有动力电池的兼容性，减少特殊定制，有效降低成本。

Description

一种全兼容动力电池均衡装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于车辆电池管理***领域，具体涉及一种可兼容的电池均衡装置和均衡方法。 
背景技术
电池作为电动汽车的核心，直接影响着电动汽车的驾驶性能及安全性能，随着电动汽车技术的发展，电池成为了制约电动汽车技术发展的重要因素。作为电动汽车能量主要来源的车载动力电池组一般是由多个低压电池单体进行串、并联而成，由于生产的电池单体总会存在或多或少的差异，在使用的过程中会出现电压偏高或偏低的不一致性，如果出现差异又不能够及时进行均衡处理，则这种差异会在使用过程中进一步加大，如果动力电池长期处于这种整体能量不均的状态，除了会导致整个电池组的容量严重衰竭、影响电池的使用寿命之外，甚至引起电池损坏、发生***，危害社会财产及生命安全。 
为消除电池单体的不均匀性，一般采用电池均衡的方法。电池组均衡的过程通常是借助外部电路对电池组内单体电池的一致性差异进行动态调整，达到维护单体电池间均衡性的目的。最常见的均衡方法是在单体电池或电池组两端并联一个旁路电阻，并通过一个开关来控制电阻的通断，借助电阻来消耗电压较高的部分单体电池能量，维持电池组的整体均衡性，开关一般多选用MOST管，目前常用的磷酸铁锂电池管理***，可直接接入电池单体作 为开关管的开启电压，而对于其他单体电压较低的镍氢电池、电容电池或超级电容等则无法兼容，用户则需要根据使用的电池来订制相应的管理电池***，一旦更换电池，将导致管理系用失效或匹配度下降。若将多个电池单体串联成电池组提高电压以满足开关管开启，使均衡电阻接入该电池组对整个电池组均衡，无法对电池单体进行管理，已失去电池管理***的意义。 
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺点，提供一种可匹配多种单体电池电压的动力电池的电池均衡装置及方法，提高电池管理均衡***对新型电池的匹配性和对所有动力电池的兼容性，减少特殊定制，降低成本。 
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案： 
一种全兼容动力电池均衡装置，包括多个单体电池B串联成的动力电池组；多个由均衡电阻R和开关管T串联成的均衡支路，均衡支路与单体电池B并联；多个均衡开关U，受控于控制单元，为所述均衡支路的开关管接入开启电压；控制单元，检测出需要均衡的单体电池，控制所述均衡开关；其特征在于：每个单体电池B独立并联一个所述均衡支路，每个均衡支路的开关管独立由一个所述均衡开关U控制，所述开关管通过所述均衡开关接入所述动力电池组中串联的两个单体电池作为开启电源。 
所述通过均衡开关接入开关管的两个串联单体电池，一个为所述均衡开关对应的单体电池，一个为与此单体电池串联的高位单体电池，所述动力电池组输出端正极的单体电池的均衡支路其开关管通过外接的隔离电源提供开启电源。 
所述均衡开关为光耦合器，所述开关管为场效应管，其输出端的集电极 接所述高位单体电池的正极，发射极接所述场效应管源极。 
本技术方案还包括一种全兼容动力电池均衡方法，动力电池组包括n个串联的单体电池B1、B2…Bn，对应每一个单体电池Bn，都有一个开关管Tn和均衡电阻Rn串联的均衡支路与其并联；都有一个均衡开关Un为开关管Tn接入开启电源，所述开启电源为近似m倍单体电池，直接源于动力电池组，均衡开关Un为开关管Tn接入动力电池组中单体电池Bn-(m-1)至Bn串联的电池电源，其中开关管T1…Tm-1通过对应的外接隔离电源V1…Vm-1提供开启电源。 
所述开关管为场效应管，所述开启电压优选近似2倍单体电池电压。 
所述隔离电源为单端反激式隔离电源。 
本发明的优点在于： 
对动力电池组多节单体电池取压，实现对单体电池电压在1.5V以下的动力电池的单体均衡，同时兼容目前常用的单体电池电压在3V左右的锂电池、电容电池等其他动力电池，达到动力电池全兼容均衡。 
对单体电池电压在1.5V以下的动力电池，不需要对每个单体电池增加外接均衡电源来提供开启电源，只需要根据均衡支路所需的开启电源电压在动力电池单体的倍数，对动力电池组的相应倍数个的高位单体电池外接隔离电源即可，减化了整个电池均衡装置结构。 
由于各种单体电池电压的动力电池都可以兼容，因此车辆可以根据需要更换动力电池而无需更换或定制新的电池均衡管理***，提高了使用的灵活性，降低了成本。 
附图说明
图1为本发明全兼容动力电池均衡装置实例结构图； 
图2为本发明全兼容动力电池均衡装置中隔离电源实例电路图。 
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的技术方案。 
如附图1所示：采用本发明技术方案全兼容动力电池均衡方法的全兼容动力电池均衡装置，动力电池组包括n个串联的单体电池B1、B2…Bn，对应每一个单体电池Bn，都有一个开关管Tn和均衡电阻Rn串联的均衡支路与其并联；都有一个均衡开关Un为开关管Tn接入开启电源，所述开启电源为近似m倍单体电池，直接源于动力电池组，均衡开关Un为开关管Tn接入动力电池组中单体电池B(n-m-1)至Bn串联的电池电源，其中开关管T1…Tm-1通过对应的外接隔离电源V1…Vm-1提供开启电源。 
附图1为取近似2倍单体电池作为开启电源的连接结构，即m的值为2。若选用的单体电池电压为1.2V，MOS管的开启电压为1.5V，则取近似2倍单体电池作为开启电源可以满足开关管的开启条件。 
多个单体电池B1、B2…Bn串联成的动力电池组，B1正极为动力电池组输出端正极，Bn的负极为动力电池组输出端的负极，B1为B2串联的高位单体电池，开关管选用N型MOS管，均衡开关采用光耦合器，实现光电隔离。对单体电池B2而言，均衡电阻R2串联MOS管T2组成均衡支路，即MOS管T2的源极和漏极与均衡电阻R2串联后再与单体电池B2并联，光耦合器U2的输入端接控制单元，受控于控制单元。光耦合器U2输出端的发射极接MOS管T2的栅极，集电极接单体电池B1的正极，即接入动力电池组中单体电池B1至B2串联的电池单元作为B2均衡支路的MOS管T2开启电压。 
相应的，对于单体电池B3，均衡电阻R3串联MOS管T3组成均衡支路，即MOS管T3的源极和漏极与均衡电阻R3串联后再与单体电池B3并联，光耦合器U3的输入端接控制单元，受控于控制单元。光耦合器U3输出端的发射极接MOS管T3的栅极，输出端的集电极接单体电池B2的正极，即接入动力电池组中单体电池B2至B3串联的电池单元作为B3均衡支路的MOS管T3开启电压。 
以相同的连接方式，直至单体电池Bn。 
对于单体电池B1，无串联的高位单体电池，为满足MOS管T1的开启电压，需要外接隔离电源V1。本实施例中采用3V单端反激式隔离电源，光耦合器U1输出端的发射极接MOS管T1的栅极，输出端的集电极接隔离电源V1正极，隔离电源V1的负极接MOS管T1的源极。 
隔离电源采用的单端反激式开关电源如附图2。所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。如图所示，当开关管Q导通时，高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管Q截止时，变压器T初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD整流和电容C滤波后向负载输出。 
本实施例的工作过程如下： 
若控制单元根据采集的数据确定某一单体电池需要进行放电均衡，如单体电池B2，则向光耦合器U2的输入端输出导通信号，控制其输出端导通，则单体电池B1至B2的电压加在MOS管T2的栅源两端，MOS管T2导通，单体电池B2通过均衡电阻R3分流，实现放电均衡。控制单元向光耦输出的导通信号为PWM信号，通过控制PWM信号的占空比调整MOS管T2的导通时间，从而控制单体电池B2的分流大小，实现均衡控制。 

Claims (7)

1.一种全兼容动力电池均衡装置，包括
多个单体电池B串联成的动力电池组；
多个由均衡电阻R和开关管T串联成的均衡支路，均衡支路与单体电池B并联；
多个均衡开关U，受控于控制单元，为所述均衡支路的开关管接入开启电压；
控制单元，检测出需要均衡的单体电池，控制所述均衡开关；
其特征在于：每个单体电池B独立并联一个所述均衡支路，每个均衡支路的开关管独立由一个所述均衡开关U控制，所述开关管通过所述均衡开关接入所述动力电池组中串联的两个单体电池作为开启电源。
2.根据权利要求1所述的一种全兼容动力电池均衡装置，其特征在于：所述通过均衡开关接入开关管的两个串联单体电池，一个为所述均衡开关对应的单体电池，一个为与此单体电池串联的高位单体电池，所述动力电池组输出端正极的单体电池的均衡支路其开关管通过外接的隔离电源提供开启电源。
3.根据权利要求2所述的一种全兼容动力电池均衡装置，其特征在于：所述均衡开关为光耦合器，所述开关管为场效应管，其输出端的集电极接所述高位单体电池的正极，发射极接所述场效应管源极。
4.根据权利要求1所述的一种全兼容动力电池均衡装置，其特征在于：所述隔离电源为单端反激式隔离电源。
5.一种全兼容动力电池均衡方法，其特征在于：动力电池组包括n个串联的单体电池B1、B2…Bn，对应每一个单体电池Bn，都有一个开关管Tn和均衡电阻Rn串联的均衡支路与其并联；都有一个均衡开关Un为开关管Tn接入开启电源，所述开启电源为近似m倍单体电池，直接源于动力电池组，均衡开关Un为开关管Tn接入动力电池组中单体电池Bn-(m-1)至Bn串联的电池电源，其中开关管T1…Tm-1通过对应的外接隔离电源V1…Vm-1提供开启电源。
6.根据权利要求4所述的一种全兼容动力电池均衡方法，其特征在于：所述开关管为场效应管，所述开启电压优选近似2倍单体电池电压。
7.根据权利要求4所述的一种全兼容动力电池均衡方法，其特征在于：所述隔离电源为单端反激式隔离电源。
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