CN103219768A - 电池组动态均衡器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池组动态均衡器，其包括的电池组采样单元采集各电池组单体的实时电压、温度等必要信息。数据采集通道将采集到的电池实时信息传送给MCU。动态均衡单元控制电路将MCU的控制策略信息准确的分配至各动态均衡单元，而该信息通过光隔离耦合器传递。通信电路与MCU相连，是MCU与外部设备信息交换的数据通道。能量馈送网络是将单体电压较高的电池富裕能量转移至欠能量单体的交互转移通道。动态均衡单元将单体电压较高的电池富裕能量转移至馈送网络，来实现电池组内各单体的容量均衡。本发明能够对电池组内单体进行无损均衡，使电池的实际使用寿命延长，具有电流大，效率高，经济效益高，符合绿色环保等特点。

Description

电池组动态均衡器
技术领域
本发明属于多芯锂电池组单体容量均衡领域，具体为一种电池组动态均衡器。
背景技术
锂电池较传统电池（如铅酸等）相比其能量密度、能量体积密度和功率密度都有很高的进步，因此逐步被使用到大功率移动设备等领域上。动力型锂电池单体均压一般为3.2-3.4V之间，容量有几安时至数百安时不等，因此要使用到大功率移动设备上就需要串联，甚至并联来满足电压和能量的要求。锂电池因为原料、制造工艺、使用老化等原因，会有容量等参数变得不是那么一致，导致充放电过程中出现，少数单体因过压或者欠压而造成整体电池的有效容量减少，而且长期处于该特征下，电池寿命也急剧下降。由此可见电池单体的不均衡，对整组电池是非常不利的。
发明内容
针对现况，本发明的目的在于提供了一种电池组动态均衡器。
该电池组动态均衡器电路特征在于：由电池组采样单元、智能管理中心、能量馈送网络及若干动态均衡单元（分高位和低位动态均衡单元，数量可视电池组单体数量而调整）组成，
电池组采样单元与电池组单体电池相连，采集各单体的实时电压、温度等必要信息，具有隔离传输的特点，避免采样侧异常而导致智能管理中心的失效，最大限度保护其安全性，和电池组动态均衡器的可控性和单一故障下的安全性；
智能管理中心由MCU、通信电路、动态均衡单元控制电路、数据采集通道。数据采集通道连接电池组采样单元，将采集到的电池实时信息传送给MCU；动态均衡单元控制电路与动态均衡单元连接，将MCU的控制策略信息准确的分配至各动态均衡单元，而该信息通过光耦合器传递；通信电路与MCU相连，是MCU与外部设备信息交换的数据通道；
能量馈送网络连接在各动态均衡单元之间，是将单体电压较高的电池富裕能量转移至欠能量单体的交互转移通道；
动态均衡单元与电池单体相连，将单体电压较高的电池富裕能量转移至馈送网络；每个单元由一个电感，两个功率开关管，一个驱动芯片，一个续流二极管以及若干无源器件组成。
所述的电池组动态均衡器其特征在于所述的动态均衡单元根据电感电容的储能特性，将电感、功率开关管与电池单体串联，构成动态均衡单元的能量采集前体；一个续流二极管将前体与能量馈送网络连接，构成一个动态均衡单元，且每个动态均衡单元自有一个自驱动电路。
所述的电池组动态均衡器其特征在于，动态均衡单元中的电感一端与电池单体正极相连，功率开关管的正极与电感另一端相连，功率开关管的负极与电池负极相连，续流二极管的正极与功率开关管的正极相连，自驱动电路与功率开关管的控制极相连；最高位的几个动态均衡单元含有一个隔离变压器。
所述的电池组动态均衡器，其特征在于自驱动电路的电源直接从上更高的电池单体上获得，智能控制中心采用光隔离耦合器传送控制信号至动态均衡单元的自驱动电路。
所述的电池组动态均衡器，其特征在于各动态均衡单元之间以及与能量馈送网络间无需添加多余的隔离器件（除高位的若干动态均衡单元所含的一个变压器）。
所述的电池组动态均衡器，其特征在于智能管理中心命令电池采样单元采集电池数据后，隔离传输回智能管理中心。智能管理中心通过对数据分析处理后，经过光隔离耦合器控制各动态均衡单元。
所述的电池组动态均衡器，其特征在于动态均衡单元在接收到智能控制中心的命令后，开始动态均衡。
所述的电池组动态均衡器，其特征在于动态均衡单元采用PWM的控制方式驱动单元内的功率开关管将电压较高的单体电池的富裕能量通过电感的储能升压，通过续流二极管将能量传输通过能量馈送网络传输至高电位的电池单体，高电位的电池能量通过动态均衡单元通过隔离变压器经过能量馈送网络送回至最低的若干节单体，形成能量的循环传递，最终平衡了每个单体的容量。
附图说明
图1电池组动态均衡器总框图；
图2低位动态均衡单元框图；
图3高位动态均衡单元框图；
图4电池采样单元框图；
图5智能管理中心框图。
图中：1-电池采样单元、2-低位动态均衡单元、3-高位动态均衡单元、4-能量馈送网络、5-智能管理中心、6-自驱动电路、7-驱动电源、8-光隔离耦合器、9-均衡执行单元、10-高位均衡执行单元、11-整流电路、12-采样通道、13-采样器、14-数据隔离传输单元、15-MCU、16-均衡控制、17-采样控制、18-通讯接口
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，电池组动态均衡器，有电池采样单元[1]、若干个低位动态均衡单元[2]、若干高位均衡单元[3]、能量馈送网络[4]和智能管理中心[5]，这几个重要组成部分。
电池采样单元[1]与各电池单体相连，采集电池组中各单体电池的电压信息，温度信息等；
低位动态均衡单元[2]与较低电位的电池单体相连，可将有富余能量的电池的能量转移至能量馈送网络；
高位动态均衡单元[3]与较高电位的电池单体相连，可将有富余能量的电池的能量转移至能量馈送网络。
能量馈送网络[4]将动态均衡单元转移的能量配送至设定的电池单体中去；
智能管理中心[5]对均衡器内部进行管控、数据搜集、信息处理、信息交换以及均衡控制。
如图2，低位动态均衡单元[2]中包含了自驱动电路[6]、驱动电源[7]、光隔离耦合器[8]、均衡执行单元[9]，均衡执行单元包含一个电感，一个功率开关管（可以是MOS管，IGBT，晶体管等），一个续流二极管（也可以是带体二极管的MOS管等）和若干其他无源器件组成；
如图3，高位动态均衡单元[3]中包含了自驱动电路[6]、驱动电源[7]、光隔离耦合器[8]、均衡执行单元[9]，均衡执行单元包含一个变压器的原边部分，一个功率开关管，一个续流二极管组成和若干其他无源器件。数个高位动态均衡单元可共用一个变压器；
如图4，电池采样单元[1]包含采样通道[12]、采样器[13]、数据隔离传输单元[14]，其中数据隔离单元[14]可以采用光隔离耦合器或者磁隔离耦合器等器件；
如图5，智能管理中心[5]包含MCU[15]、16-均衡控制[16]、采样控制[17]、通讯接口[18]，MCU管控均衡控制、采样控制和通讯接口。
具体的执行流程，如图1所示，当电池采样单元采集电池信息后，递送给智能管理中心。管理中心的MCU对数据分析后，经过相应策略，通过光隔离耦合器[8]发出对动态均衡单元是否进行均衡的指令，同时实时的与外部设备进行信息交换和控制策略协调。当动态均衡单元接收到开启命令，驱动电源从高位电池取电，使自驱动电路开始工作，以PWM的方式控制均衡执行单元[9]里的功率开关管。这样通过对电感电容等储能元件，将富裕能量通过续流二极管传输至能量馈送网络[4]，而能量馈送网络[4]会将能量馈送至比该均衡单元电位更高的电池单体中去。高位动态均衡单元[3]将能量传递至隔离变压器，再由变压器通过能量馈送网络[4]馈送至电位最低的电池单体中去，这样就达到了能量循环利用。而且低位动态均衡单元[2]的开启与否只涉及该电池是否需要均衡，无需考虑因电路结构引起的一些需要规避的问题（例如能量相邻传递结构中的奇偶开启方式等）。因此具有对电池无损，延长电池寿命，且结构简单，策略安全有效，调节率高，效率高，经济效益好，符合绿色环保等特点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.电池组动态均衡器，其特征在于：由电池组采样单元、智能管理中心、能量馈送网络及若干动态均衡单元（数量视电池组单体数量而定）组成，其特征在于：
电池组采样单元与电池组单体电池相连，采集各单体的实时电压、温度必要信息；
智能管理中心由MCU、通信电路、动态均衡单元控制电路、数据采集通道。数据采集通道连接电池组采样单元，将采集到的电池实时信息传送给MCU；动态均衡单元控制电路与动态均衡单元连接，将MCU的控制策略信息准确的分配至各动态均衡单元，而该信息通过光耦合器传递；通信电路与MCU相连，是MCU与外部设备信息交换的数据通道；
能量馈送网络连接在各动态均衡单元之间，是将单体电压较高的电池富裕能量转移至欠能量单体的交互转移通道；
动态均衡单元与电池单体相连，将单体电压较高的电池富裕能量转移至馈送网络；每个单元由一个电感，两个功率开关管，一个续流二极管，一个自驱动电路和驱动电源电路，以及若干无源器件组成。
2.根据权利要求1所述电池组动态均衡器，其特征在于：所述的动态均衡单元根据电感电容的储能特性，将电感、功率开关管与电池单体串联，构成动态均衡单元的能量采集前体；一个续流二极管将前体与能量馈送网络连接，构成一个动态均衡单元，且每个动态均衡单元自有一个自驱动电路。
3.根据专利要求2所述的电池组动态均衡器，其特征在于：动态均衡单元中的电感一端与电池单体正极相连，功率开关管的正极与电感另一端相连，功率开关管的负极与电池负极相连，续流二极管的正极与功率开关管的正极相连，自驱动电路与功率开关管的控制极相连；最高位的几个动态均衡单元含有一个隔离变压器。
4.根据专利要求2所述的电池组动态均衡器，其特征在于：自驱动电路的电源直接从上更高的电池单体上获得，智能控制中心采用光隔离耦合器传送控制信号至动态均衡单元的自驱动电路。
5.根据专利要求3所述的电池组动态均衡器，其特征在于：各动态均衡单元之间以及与能量馈送网络间无需添加多余的隔离器件（除高位的若干动态均衡单元所含的一个变压器）。
6.根据权利要求1所述的电池组动态均衡器，其特征在于：智能管理中心命令电池采样单元采集电池数据后，隔离传输回智能管理中心。智能管理中心通过对数据分析处理后，经过光隔离耦合器控制各动态均衡单。
7.根据权利要求6所述的电池组动态均衡器，其特征在于：动态均衡单元在接收到智能控制中心的命令后，开始动态均衡。
8.根据权利要求2、3、5、7所述的电池组动态均衡器，其特征在于：动态均衡单元采用PWM的控制方式驱动单元内的功率开关管将电压较高的单体电池的富裕能量通过电感的储能升压，通过续流二极管将能量传输通过能量馈送网络传输至高电位的电池单体，高电位的电池能量通过动态均衡单元通过隔离变压器经过能量馈送网络送回至最低的若干节单体，形成能量的循环传递，最终平衡了每个单体的容量。
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