CN102684260A - 电动汽车电池主动均衡方法及均衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车电池主动均衡方法，同时还提供了实现该方法的均衡装置，电动汽车电池包由N+1个电池串联构成；通过负电压电荷泵芯片利用电动汽车电池包中的上级电池的正电压为充电电容充电，充电完毕后将两者断开；然后，将充电电容极性反转后通过滤波电容滤波处理，为电动汽车电池包中的下级电池充电，实现电量过高的电池电量转换到电量较低的电池中，完成电动汽车电池包中的电池间电压主动均衡。本发明避免使用开关矩阵，从而防止误操作导致单板短路；也不需要变压器隔离，降低了单板成本与面积；本发明为电池主动均衡方式，降低汽车不必要的能源转为热能消耗掉。

Description

电动汽车电池主动均衡方法及均衡装置

 

技术领域

本发明涉及一种电动汽车电池主动均衡方法，同时还提供了实现该方法的均衡装置，该方法使用负电压电荷泵芯片，通过电荷泵方式实现电池的主动均衡技术，属于电动汽车电池技术领域。

背景技术

目前电动汽车的电池均衡有两种方法：被动均衡和主动均衡。被动均衡主要依靠功率电阻以转换为热量的形式对电压过高电池进行放电。现有主动均衡的方法有：①依靠变压器把电压过高电池的能量装换到一个大电容或独立的电池作为能量中转，再通过某种方式传递回去；②通过开关矩阵的形式，把电压过高电池能量转换到电压较低的电池。现有的技术主要问题：被动均衡以消耗电能的方式进行均衡，一是浪费能源，二是产生大量的热量需要释放；依靠变压器的主动均衡成本和空间都很高，集成度低成本高。依靠开关矩阵的主动均衡需要大量的开关，并且软件控制错误时容易发生短路。

发明内容

本发明公开了一种电动汽车电池主动均衡方法，解决了目前依靠变压器或开关矩阵等主动均衡方法的缺点。

本发明还提供了实现上述均衡方法的均衡装置，用于电动汽车的电池均衡。

本发明的电动汽车电池主动均衡方法，其技术解决方案如下：

电动汽车电池包由N+1个电池串联构成；通过负电压电荷泵芯片利用电动汽车电池包中的上级电池的正电压为充电电容充电，充电完毕后将两者断开；然后，将充电电容极性反转后通过滤波电容滤波处理，为电动汽车电池包中的下级电池充电，实现电量过高的电池电量转换到电量较低的电池中，完成电动汽车电池包中的电池间电压主动均衡。

本发明所述电动汽车电池主动均衡方法的装置，其特征在于：

1）电动汽车电池包由N+1个电池串联构成；

2）每个电池的正极经过开关三极管与负电压电荷泵芯片的电源输入端连接，每个电池的负极与接地；负电压电荷泵芯片的电容输入端与充电电容连接，将上级电池的正电压为充电电容充电；负电压电荷泵芯片的输出端与滤波电容连接，将充电电容极性反转后通过滤波电容滤波处理，为下级电池充电。

3）电动汽车电池包中的最后一级电池经过开关三极管与隔离型DCDC电源模块的电源输入端连接，隔离型DCDC电源模块的输出正极经过二极管和限流电阻接入最上级电池的正极，负极接入最上级电池的负极；控制模块的控制端与开关三极管的开关控制端连接，控制开关三极管的工作状态。

本发明涉及的负电压电荷泵芯片的最大输出电流为负200毫安，内部工作频率为1MHz，最大工作电压为5.5V。

本发明中，由负电压电荷泵芯片和充电及滤波电容器件组成充电电路，可以将一个电池的正电压转换为相同绝对值的负电压，用这个输出的负电压给这个电池相邻的下一组电池充电，然后把这部分硬件电路在所有电池内串接级联，这样就可以将电压过高的电池的能量转换到电压较低的电池。

本发明的有益效果是：利用负电压电荷泵芯片可以将正电压转换成负电压的特性，在电动汽车电池包的各个电池使用此芯片，前一级电压过高的电池为下一级电压过低的电池充电；避免使用开关矩阵，从而防止误操作导致单板短路；也不需要变压器隔离，降低了单板成本与面积；本发明为电池主动均衡方式，降低汽车不必要的能源转为热能消耗掉。

附图说明

图1是本发明主动均衡电路原理框图。

具体实施方式

实施例1

根据附图1所示，本发明装置包括N+1个电池（E0~En）、负电压电荷泵芯片（U1~Un）采用美信公司的MAX889芯片、开关三极管（Q0~Qn）、限流充电电阻（R0~Rn）、充电电容（C1~Cn）、滤波电容（C’1~C’n）、隔离型DCDC模块P、二极管D组成、控制模块CM（LTC6802-2）；

首先，将N+1个电池（E0~En）串联构成电动汽车电池包，每个电池的正极经过开关三极管（Q1~Qn）与负电压电荷泵芯片（U1~Un）的电源输入端连接，每个电池的负极与负电压电荷泵芯片（U1~Un）的GND相连；负电压电荷泵芯片（U1~Un）的电容输入端与充电电容（C1~Cn）连接，将上级电池的正电压为充电电容（C1~Cn）充电；负电压电荷泵芯片的输出端与滤波电容（C’1~C’n）连接，将充电电容极性反转后通过滤波电容（C’1~C’n）滤波处理，为下级电池充电。

最后一级的电池E0经过开关三极管Q0与隔离型DCDC电源模块P的电源输入端连接，隔离型DCDC电源模块P的输出正极经过二极管D和限流电阻R0接入最上级电池En的正极，负极接入最上级电池En的负极；

控制模块CM的控制端（CTRL0~ CTRLn）与开关三极管的（Q0~Qn）开关控制端连接，控制开关三极管（Q0~Qn）的工作状态。

工作过程：各个电池间由负电压电荷泵芯片来提供最大200毫安的电流均衡，可以将正电压转换成负电压，对于充电过高的电池将其放电转换成负电压给相邻的下级电池充电；如果下级电池电压也过高，则继续往下级充电，以此类推。

例如：电池E2的电压过高，电池E1电压过低，控制模块CM控制CTRL2信号开启开关三极管Q2，启动负电压电荷泵芯片U2工作，负电压电荷泵芯片U2的电容输入端与充电电容C2连接，将电池E2的正电压为充电电容C2充电；负电压电荷泵芯片U2的输出端与滤波电容C’2连接，将充电电容C2极性反转后通过滤波电容C’2滤波处理，通过限流电阻R2连接到电池E1的负极，给电池E1充电，从而达到电池E2和电池E1的电压平衡。电池E1到电池En之间的均衡都采用上述均衡方式。

当电池E0的电压过高时，控制模块CM控制CTRL0开启开关三极管Q0，启动隔离型DCDC电源模块P工作，隔离型DCDC电源模块P的电源输出正极通过二极管D和限流电阻R0连接到电池En的正极，隔离型DCDC电源模块P的电源输出负极连接电池En的负极，实现电池E0给电池En充电。

电池间均衡的能量方向是从电池En到电池E0，然后电池E0通过隔离型DCDC电源模块P传递给电池En。当电压过高的电池和电压过低的电池不相邻时，如电池E3电压高，电池E1电压低，控制模块CM控制电池E3给电池E2充电，再控制电池E2给E1充电。

Claims (2)

1.一种电动汽车电池主动均衡方法，其特征在于：

电动汽车电池包由N+1个电池串联构成；通过负电压电荷泵芯片利用电动汽车电池包中的上级电池的正电压为充电电容充电，充电完毕后将两者断开；然后，将充电电容极性反转后通过滤波电容滤波处理，为电动汽车电池包中的下级电池充电，实现电量过高的电池电量转换到电量较低的电池中，完成电动汽车电池包中的电池间电压主动均衡。

2. 用于电动汽车电池主动均衡装置，其特征在于：

1）电动汽车电池包由N+1个电池串联构成；

2）每个电池的正极经过开关三极管与负电压电荷泵芯片的电源输入端连接，每个电池的负极与接地；负电压电荷泵芯片的电容输入端与充电电容连接，将上级电池的正电压为充电电容充电；负电压电荷泵芯片的输出端与滤波电容连接，将充电电容极性反转后通过滤波电容滤波处理，为下级电池充电；

3）电动汽车电池包中的最后一级电池经过开关三极管与隔离型DCDC电源模块的电源输入端连接，隔离型DCDC电源模块的输出正极经过二极管和限流电阻接入最上级电池的正极，负极接入最上级电池的负极；控制模块的控制端与开关三极管的开关控制端连接，控制开关三极管的工作状态。