CN106571659A - 用于动力电池组管理的两级均衡充电***及均衡充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于动力电池组管理的两级均衡充电***及均衡充电方法，通过先对电池组分组均衡，再进行充电均衡的方式，使得电池组内实现整体均衡，从而提高电池组的使用寿命与能量利用率，同时也提高了电池组的均衡时间效率。
Description
技术领域
本发明涉及电池均衡充电技术领域，具体的说涉及一种应用于汽车动力电池组管理的两级均衡充电***。
背景技术
目前，电动汽车用蓄电池主要有镍氢、铅酸、锂离子等高性能电池。相比于前两种常用的蓄电池，锂离子电池可做到在相同容量时，电池尺寸和重量更小，同时锂电池在充电速度、抗记忆效应等方面优势更明显。锂离子动力电池的单体电池放电电压不足5V，在实际运用过程中，往往要串联成电池组使用。由于制造工艺有限、材质不均匀和使用环境不一样，电池组在使用一段时间以后会产生一定的差异性。随着电池组充放电次数的增加，电池不一致性越来越大，会出现过充过放现象，严重影响电池寿命。因此，锂离子电池组必须要有均衡***来均衡上述的不一致情况。
动力电池组的均衡控制分为耗散型均衡和非耗散型均衡，耗散型均衡通过能量耗散的形式将能量较高的电池通过电阻耗散，该方法结构简单，但是造成能量浪费，并且能量以热量的形式消耗，易造成环境温度过高。非耗散型均衡控制通过能量转移的方式对电池组能量重新分配，使电池组实现均衡，该方法能量利用率高，但是在电池组电池数目较多时，能量传输较长，控制较复杂，影响到均衡时间效率。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种用于动力电池组管理的两级均衡充电***及均衡充电方法，提高电池组的能量利用率，又提高了均衡时间效率。
本发明是这样来实现上述目的的：
用于动力电池组管理的两级均衡充电***及均衡充电方法，将电池组划分为多个电池小组，还包括电池小组充电机以及组内均衡电路，所述组内均衡电路包括对电池小组内每个电池进行检测的电压监测单元、电池均衡单元；电池小组的均衡过程包括以下步骤：
a.电压监测单元检测每个电池的电压，获得电池小组的平均电压，设定均衡阈值，当电压高于平均电压与阈值之和的电池为执行放电的电池，而低于平均电压及阈值之差的电池为执行充电的电池，组内均衡电路将执行放电的电池与执行充电的电池连通，进行组内均衡，直到电池小组的内的所有电池的电压与平均电压之差的绝对值小于阈值为止，并执行步骤b；
b.电池小组充电机对电池小组进行充电，电压监测单元检测每个电池的电压，当电池小组中的一个电池被充满则停止充电，并执行步骤c；
c.重复步骤a直到电池小组完成均衡。
其中，所述步骤c中判断所有电池小组完成均衡条件是：电压监测单元检测每个电池的电压，获得电池小组的平均电压，当电池小组中的每个电池的电压与平均电压之差的绝对值小于阈值时判定电池小组完成均衡。
其中，还设有中央控制单元，电池小组充电机及组内均衡电路通过通信总线与中央控制单元连接，执行步骤a时，电压监测单元检测获得的每个电池的电压数据通过通信总线传输至中央控制单元，中央控制单元计算获得电池小组的平均电压并设定均衡阈值，并输出控制信号至电池均衡单元执行组内均衡；当步骤a执行完成后，中央控制单元输出控制信号至电池小组充电机执行步骤b。
其中，所述组内均衡电路还设有热量控制***，其包括温度传感器及风扇，根据温度传感器检测电池小组的温度控制风扇的工作状态。
其中，所述电池均衡单元包括变压器、均衡控制芯片以及控制开关，每个变压器的原边串联控制开关的开关端后与电池小组中的一个电池连接，每个变压器的副边串联控制开关的开关端后与其他变压器并联，控制开关的控制端连接均衡控制芯片的相应输出端口。
本发明的有益效果是：本发明的两级均衡充电***通过先对电池组分组均衡，再进行充电均衡的方式，使得电池组内实现整体均衡，从而提高电池组的使用寿命与能量利用率，同时也提高了电池组的均衡时间效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是两级均衡充电***的结构原理图；
图2是组内均衡电路的电路原理图；
图3是电池小组充电机的结构原理图；
图4是两级均衡充电***的工作流程图。
具体实施方式
下面结合图1至图4，以及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种用于动力电池组管理的两级均衡充电***及均衡充电方法，将电池组划分为多个电池小组，另外***还包括中央控制单元、若干个用于充电的电池小组充电机和若干个用于电池组第一级均衡的组内均衡电路。其中电池小组充电机以及组内均衡电路通过通信总线与中央控制单元信号连接。所述电池小组充电机包括充电机本体以及充电插座，所述组内均衡电路为非耗散型均衡，包括电压监测单元、电池均衡单元以及均衡插座。根据电压监测单元与电池均衡单元的特性将电池组合理分组。每个组内均衡电路利用均衡插座与电池小组进行连接，监测小组内每个电池的电压信号，并将电池电压信号通过通信总线传送至中央控制单元，中央控制单元根据相应策略对电池小组进行均衡，在完成第一级均衡后，通过通信总线对小组充电机发送相应控制命令，启动充电均衡。
所述通信总线可采用CAN总线，所述电压监测单元可采用芯片LTC6804，所述组内均衡电路的均衡控制芯片可采用LTC3300。
所述充电插座，负极与电池小组负极相连，正极与电池小组正极相连；所述均衡插座，负极与电池小组负极相连，其余依次与电池小组单体电池正极相连。
其中，所述组内均衡电路为第一级均衡，包含1个基于LTC6804的电压监测单元、2个基于LTC3300的电池均衡单元以及均衡插座。所述每个基于LTC6804的电压监测单元可检测12个以内的单体电池，每个基于LTC3300的电压均衡单元可控制6个以内的单体电池充放电，因此，所述均衡***以12个电池进行分组，所述均衡插座与电池小组进行连接，进行均衡操作。
进一步地，如图2所示，所述第一级均衡拓扑结构为1-6号电池分别对应6个变压器，变压器原边连接单体电池，变压器副边对应整个电池小组，1-6号电池可以将能量转移至1-12号电池或从1-12号电池将能量转移至单体电池中；7-12号电池对应另外六个变压器，变压器原边连接单体电池，变压器副边对应7-12号电池，7-12号电池可实现7-12号电池自身的能量均衡。
进一步地，所述两级均衡充电***还包括与中央控制单元连接的热控***，所述热控***包括风扇和设置于电池组内的温度传感器，温度传感器用于监测电池组的温度，并将温度信号传送给中央控制单元，中央控制单元通过控制总线返回相应的控制信号，控制风扇的工作状态，包括风扇的开关、转速等。
进一步地，如图3所示，所述电池小组充电机还包括EMI滤波模块、整流滤波电路、双管正激电路、LC滤波采样电路、微控制器；EMI滤波模块输入端与市电相连，输出端与整流滤波电路相连；所述双管正激电路包括变压器，变压器包括原边线圈和副边线圈；原边线圈与整流滤波电路输出端相连，还包括开关逆变器，开关逆变器由D1、D2、Q1、Q2组成，开关逆变器接收微控制器发出的控制信号，控制双管正激电路的通断；LC滤波采样电路与变压器的副边相连，LC滤波采样电路的输出端与充电机的充电插座相连。微控制器可以为单片机、ARM、DSP 等。
进一步地，所述电池小组充电机LC滤波采样电路包含一个电压采样点和一个电流采样点，通过电流、电压采样反馈至微控制器，微控制器根据反馈信号，通过驱动发送相应的PWM波控制开关管的通断，实现反馈式开关电源电路的稳定工作。
进一步地，如图4所示，所述两级均衡充电***，均衡策略为：
步骤a：第1至6号电池以第1至12号电池的平均电压Uavg为均衡目标，第7至12号电池以第7至12号电池的平均电压Uavg为均衡目标，若电压高于均衡目标与阈值U1之和，电池执行放电操作，若电压低于均衡目标与阈值U1之差，电池执行充电操作，利用组内均衡电路完成第一级均衡，进入步骤b；
步骤b：利用电池小组充电机分别对电池小组进行充电，直至小组内任一电池充满，进入步骤c；
步骤c：如果电池小组内电池电压U与该组平均电压小于设定的阈值U1，则两级均衡充电完成，均衡操作结束。否则跳到步骤a进行下一轮均衡。
Claims (5)
1.用于动力电池组管理的两级均衡充电***及均衡充电方法，其特征在于：将电池组划分为多个电池小组，还包括电池小组充电机以及组内均衡电路，所述组内均衡电路包括对电池小组内每个电池进行检测的电压监测单元、电池均衡单元；电池小组的均衡过程包括以下步骤：
a.电压监测单元检测每个电池的电压，获得电池小组的平均电压，设定均衡阈值，其中电压高于平均电压与阈值之和的电池为执行放电的电池，而低于平均电压及阈值之差的电池为执行充电的电池，组内均衡电路将执行放电的电池与执行充电的电池连通，进行组内均衡，直到电池小组内的所有电池的电压与平均电压之差的绝对值小于阈值为止，并执行步骤b；
b.电池小组充电机对电池小组进行充电，电压监测单元检测每个电池的电压，当电池小组中的一个电池被充满则停止充电，并执行步骤c；
c.重复步骤a直到电池小组完成均衡。
2.根据权利要求1所述的用于动力电池组管理的两级均衡充电***及均衡充电方法，其特征在于：所述步骤c中判断所有电池小组完成均衡条件是：电压监测单元检测每个电池的电压，获得电池小组的平均电压，当电池小组中的每个电池的电压与平均电压之差的绝对值小于阈值时判定电池小组完成均衡。
3.根据权利要求1所述的用于动力电池组管理的两级均衡充电***及均衡充电方法，其特征在于：还设有中央控制单元，电池小组充电机及组内均衡电路通过通信总线与中央控制单元连接，执行步骤a时，电压监测单元检测获得的每个电池的电压数据通过通信总线传输至中央控制单元，中央控制单元计算获得电池小组的平均电压并设定均衡阈值，并输出控制信号至电池均衡单元执行组内均衡；当步骤a执行完成后，中央控制单元输出控制信号至电池小组充电机执行步骤b。
4.根据权利要求1所述的用于动力电池组管理的两级均衡充电***及均衡充电方法，其特征在于：所述组内均衡电路还设有热量控制***，其包括温度传感器及风扇，根据温度传感器检测电池小组的温度控制风扇的工作状态。
5.根据权利要求1所述的用于动力电池组管理的两级均衡充电***及均衡充电方法，其特征在于：所述电池均衡单元包括变压器、均衡控制芯片以及控制开关，每个变压器的原边串联控制开关的开关端后与电池小组中的一个电池连接，每个变压器的副边串联控制开关的开关端后与其他变压器并联，控制开关的控制端连接均衡控制芯片的相应输出端口。
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