CN102624065A - 一种车用动力电池组充放电控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用动力电池组充放电控制电路，至少包括柔性连接电池组模块1、数据采集模块2和控制模块3，柔性连接电池组模块1至少包括电池单元和柔性连接单元；本发明通过采用柔性连接单元实现车用动力电池组在充电和放电情况下的电池单体连接方式的切换：车用动力电池组充电时全部电池单体处于串联连接方式充电，容易实现高电压下的小电流快速充电，提高充电速度；车用动力电池组放电过程中电池单体处于先并联后串联的连接方式，降低整个电池组***故障率；该控制电路可以使电池单元中电池单体的一致性保持良好，发挥各个电池单体的最佳特性，能充分使用电池容量，延长电池组的寿命，具有很好的实际应用价值。

Description

一种车用动力电池组充放电控制电路

技术领域

本发明涉及电动汽车领域和电池管理***领域，特别涉及一种车用动力电池组充放电控制电路。

背景技术

当前，能源短缺和环境污染是制约人类可持续发展的重要原因，对于现今世界汽车工业发展更是两大挑战，在电动汽车研究开发过程中，动力电池及其管理***作为动力源与辅助动力源部件是其中最为重要的一环，为确保电池性能良好，延长动力电池使用寿命，必须设置专门的管理***对其工作状态进行检测与合理有效的管理和控制，以配合正常控制***实现整车的安全性，且优化运行。

在现有技术中，汽车动力电池组在充电和放电时，电池单体与电池单体之间的连接方式是固定不变的。若电池组采用电池单体全部串联的连接方式放电，整个电池组***的可靠性不高，电池组使用寿命不长，而且电池单体的故障会直接影响到整个电源***的正常工作，可能会导致电源***的故障率迅速提高；若电池组采用电池单体全并联连接方式放电，则达不到外部电机等设备所需电压值，当采用该连接方式快速充电的时候，电池组内部线缆需承受相当大的电流，同时也不利于充电设备的开发；若电池组采用电池单体串并混合连接方式充电，则难以实现电池组高电压小电流的快速充电。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种车用动力电池组充放电控制电路，通过采用柔性连接的方式，实现车用动力电池组在充电和放电情况下的电池单体连接方式的切换，最终充分发挥各个电池单体的特性，使其充放电处于最佳状态。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供一种车用动力电池组充放电控制电路，其主要包括柔性连接电池组模块1、数据采集模块2和控制模块3；所述柔性连接电池组模块1的输出端与数据采集模块2的输入端相连接；所述数据采集模块2的输出端与控制模块3的输入端连接；所述控制模块3的输出端与柔性连接电池组模块1的输入端相连接，控制柔性连接电池组模块1。

所述柔性连接电池组模块1至少包括电池单元和柔性连接单元，柔性连接单元与电池单体相连接，且电池单元的数量和柔性连接单元的数量相等，电池单元数量至少为两个，柔性连接单元数量至少为两个；所述电池单元由n只电池单体组成，所述柔性连接单元由n-1个汽车继电器组成，n至少为2。

所述电池柔性连接单元，通过汽车继电器的动作，实现对柔性连接电池组模块1的电池单元中的电池单体的串联状态和并联状态之间的切换：当所述柔性连接电池组模块1充电时，各个柔性连接单元中的汽车继电器常闭触点断开，常开触点闭合，各个电池单元内的电池单体串联，各个电池单元之间处于串联状态，即充电时柔性连接电池组模块1的全部电池单体处于串联状态；当所述柔性连接电池组模块1放电时，各个电池柔性连接单元中的汽车继电器常闭触点关闭，常开触点断开，柔性连接电池组模块1中的各个电池单元内的电池单体并联，柔性连接电池组模块1中的各个电池单元之间处于串联状态，即放电时柔性连接电池组模块1中的电池单体处于先并联后串联状态。

所述控制模块3发送的控制柔性连接电池组模块1中的柔性连接单元的汽车继电器动作信号，用于控制电池柔性连接单元中的汽车继电器的动作。

所述数据采集模块2采集电池单体的电压、电池单体的温度、柔性连接电池组总电压和柔性连接电池组总电流，并传送至控制模块3；所述的控制模块3将数据采集模块2传输来的数据进行分析、判断、处理以及估计电池的荷电状态(State of Charge，SoC)，并将上述数据储存，控制模块3通过数据分析判断电池单体电压和电池单体温度是否高于或低于阀值，从而控制控制模块3内的均衡单元和温控单元的开启或关闭，在电池单体或电池单元出现故障时进行故障报警。所述控制模块3还设有通讯接口，用于与监控***的数据传输。

本发明的有益效果在于：

(1)车用动力电池组采用柔性连接电池组模块，可实现电池组在充电和放电情况下的电池单体的连接电路的灵活切换：在充电时电池单体采用全部串联的连接方式，以这样的连接方式可使电池容易实现高电压小电流的快速充电，提高电池的充电速度，并且充电时电池组内部线缆直径比电池单体采用全部并联的连接方式大电流充电时的直径小，对充电器要求低；在放电时电池单体采用先并联后串联的连接方式放电，电池单体并联可以增大电池组的容量，从而增加电池组额定输出电流。

(2)电池组使用柔性连接，可提高电池组的安全性和可靠性：车辆行驶过程，电池组处于放电状态，电池单体先并联后串联的连接方式，与电池单体全部串联相比，若电池单元中某个电池单体损坏而出现电池单体开路，该柔性连接方式不会造成整车的供电***的瘫痪，对电池组的影响较小；与电池单体全部并联相比，若电池单体发生短路，该柔性连接方式造成的破坏没有电池单体采用全部并联连接方式造成的破坏大，因而以该柔性连接方式放电的电池组***安全性和可靠性高于其他的连接方式，降低整个电池组***的故障率。

(3)柔性连接电路可实现电池组的均衡放电：在电池组放电过程中，若电池单元内的某一个电池单体电压偏小，电池单元内部其他电池单体会自动的放电，从而实现对低电压电池单体充电，即该柔性连接方式在放电时电池单元内部电池单体自动放电均衡，不会造成电池单元内部电池单体过度放电的现象。

(4)提高车用动力电池组的寿命：采用柔性连接的电池组可以使电池单体在使用过程中发挥各个电池单体的最佳特性，电池单元中电池单体的一致性保持良好，能充分使用电池单体的容量并提高电池组的寿命。

附图说明

图1为本发明车用动力电池组柔性连接***结构示意图；

图2为电池单元内的电池单体切换电路原理图；

图3为柔性连接电池组模块充电电路实施例图；

图4为柔性连接电池组模块放电电路实施例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明车用动力电池组柔性连接***结构示意图，如图1所示，控制模块3向柔性连接电池组模块1中的电池柔性连接单元发送汽车继电器的动作控制信号，驱动柔性连接电池组模块1中的柔性连接单元中的汽车继电器动作，通过汽车继电器的动作，实现对柔性连接电池组模块1中的电池单元中的电池单体之间的串联状态和并联状态之间的切换。

数据采集模块2在线测量柔性连接电池组模块1中的电池单元中的电池单体电压、电池单体温度、柔性连接电池组模块1的总电流值及柔性连接电池组模块1的总电压值，并将这些数据传送到控制模块3中；控制模块3将数据采集模块2上传的数据按照预定的数学模型和管理模式进行相应的实时运算、状态判别和估计电池荷电量，并作出相应的控制。

柔性连接电池组模块1中的电池单元之间采用串联连接，柔性连接电池组模块1中的电池单元内的电池单体切换电路原理图，如图2所示，柔性连接电池组模块1放电时，各个电池柔性连接单元中的汽车继电器的常闭触点Sa和常闭触点Sb关闭，常开触点Sc断开，柔性连接电池组模块1中的各个电池单元内的电池单体并联连接，柔性连接电池组模块1中的各个电池单元之间处于串联状态，即柔性连接电池组模块1中的电池单体处于先并联后串联状态；柔性连接电池组模块1充电时，各个柔性连接单元中的汽车继电器的常闭触点Sa和常闭触点Sb断开，常开触点Sc闭合，此时各个电池单元内的电池单体串联连接，并且各个电池单元之间处于串联状态，即充电时柔性连接电池组模块1中的全部电池单体处于串联状态。

本发明在具体实施过程中一个电池单元至少由两颗或两颗以上电池单体组成，一个柔性连接电池组至少由两个或两个以上电池单元串联构成。本发明柔性连接电池组模块1充电电路实施例图，如图3所示，柔性连接电池组模块1放电电路实施例图，如图4所示。图3和图4中整个柔性连接电池组由20个电池单元，从电池单元BATT_1到电池单元BATT_20，一个电池单元由4颗电池单体，即从电池单体Bn1到电池单体Bn4组成一个电池单元，其中n＝1、2……20，即整个柔性连接电池组中有80颗电池单体；20个电池单元与20个柔性连接单元构成图1中的柔性连接电池组模块1。柔性连接电池组模块1中的每个柔性连接单元包括三个汽车继电器，每个汽车继电器中有三个触点：常闭触点Sa、常闭触点Sb和常开触点Sc。

如图3所示，柔性连接电池组模块1在电池充电时，汽车继电器常闭触点Sa和常闭触点Sb全部断开，常开触点Sc闭合，则柔性连接电池组模块1中的各个电池单元内的电池单体Bn1、电池单体Bn2、电池单体Bn3和电池单体Bn4处于串联状态，其中n＝1、2……20，柔性连接电池组模块1中从电池单元BATT_1到电池单元BATT_20，它们之间是处于串联状态，即柔性连接电池组模块1充电时整个柔性连接电池组模块1中的全部电池单体是处于串联状态的电路方式连接。

如图4所示，柔性连接电池组模块1在电池放电时，汽车继电器常闭触点Sa和常闭触点Sb全部闭合，常开触点Sc断开，则柔性连接电池组模块1中的各个电池单元内的电池单体Bn1、电池单体Bn2、电池单体Bn3和电池单体Bn4处于并联状态，柔性连接电池组模块1中从电池单元BATT_1到电池单元BATT_20处于串联状态，即柔性连接电池组模块1放电时整个柔性连接电池组模块1中的电池单体是处于先并联后串联状态的电路方式连接。

在此说明书中，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰。显然，本发明不局限于上述具体实施例，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的，凡是依据本发明的技术方案进行修改、修饰或等同变化，而不脱离本发明技术方案的思想和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围。本说明书中未作详细描述的内容，属于本领域专业技术人员共知的现有技术。

Claims (4)

1.一种车用动力电池组充放电控制电路，其特征在于，至少包括柔性连接电池组模块(1)、数据采集模块(2)和控制模块(3)；所述柔性连接电池组模块(1)的输出端与数据采集模块(2)的输入端相连接；所述数据采集模块(2)的输出端与控制模块(3)的输入端连接；所述控制模块(3)的输出端与柔性连接电池组模块(1)的输入端相连接，控制柔性连接电池组模块(1)。

2.根据权利要求1所述的一种车用动力电池组充放电控制电路，其特征在于，所述柔性连接电池组模块(1)至少包括电池单元和柔性连接单元，柔性连接单元与电池单体相连接，且电池单元的数量和柔性连接单元的数量相等，电池单元数量至少为两个，柔性连接单元数量至少为两个；所述电池单元由n只电池单体组成，所述柔性连接单元由n-1个汽车继电器组成，n至少为2。

3.根据权利要求1或2所述的一种车用动力电池组充放电控制电路，其特征在于，所述电池柔性连接单元，通过汽车继电器的动作，实现对柔性连接电池组模块(1)的电池单元中的电池单体的串联状态和并联状态之间的切换：当所述柔性连接电池组模块(1)充电时，各个柔性连接单元中的汽车继电器常闭触点断开，常开触点闭合，各个电池单元内的电池单体串联，各个电池单元之间处于串联状态，即充电时柔性连接电池组模块(1)的全部电池单体处于串联状态；当所述柔性连接电池组模块(1)放电时，各个电池柔性连接单元中的汽车继电器常闭触点关闭，常开触点断开，柔性连接电池组模块(1)中的各个电池单元内的电池单体并联，柔性连接电池组模块(1)中的各个电池单元之间处于串联状态，即放电时柔性连接电池组模块(1)中的电池单体处于先并联后串联状态。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种车用动力电池组充放电控制电路，其特征在于，所述控制模块(3)发送的控制柔性连接电池组模块(1)中的柔性连接单元的汽车继电器动作信号，用于控制电池柔性连接单元中的汽车继电器的动作。

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