CN107696898B - 一种利用充电完成均衡的动力电池***及电动车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用充电完成均衡的电池***及电动车,包括M个电池模组,BMS,充电接口,高压总线开关,其特征在于:***还包均衡转换开关,M选N均衡开关阵列,中间总线开关,均衡母线。本发明可以有效解决电动汽车电池***均衡问题,从而提高电池***的工作效率和寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车领域,尤其涉及一种带均衡功能的动力电池***的设计。
背景技术
电动汽车的性能和寿命很大程度上取决于其动力电池***内各电池电压的一致性。由于电池制造过程中,各种材料和工艺参数不能严格一致,使各电池之间电压都会存在一定偏差。随着车辆运行时间延长,这些偏差会越来越大,造成电池***效率降低,寿命减短。为解决这个问题,通常需要在电池***运行一段时间后为其做均衡维护,为电压低的电池补电,使电池***内各电池之间的电压偏差减小。目前均衡维护都是离线式的,需要到维修站完成,会对车辆运行带来一定影响。为减小对车辆运行的影响,各车企都在试图开发在线式均衡技术,即把均衡工作在车辆使用时完成,不用到维修站。但到目前为止,尚未见到有很好的解决方案。目前电动车动力电池***的均衡技术还在研究实验阶段。
发明内容
为解决电池***的在线均衡问题,本发明采用以下设计:
一种利用充电完成均衡的动力电池***,包括M个电池组,BMS,高压总线,高压输出接口,充电接口,通讯接口,所述BMS包括数据采集模块,控制模块,所述M个电池组按串联方式连接,各电池组均设有电压采集线,所述高压总线上设有总线开关,其特征在于:所述电池***还包括L个中间总线开关,L≥0,所述中间总线开关串接在所述M个电池组内部,所述电池***还包括均衡转换开关,均衡开关阵列,均衡母线,所述M个电池组通过所述均衡开关阵列与所述均衡母线按M选N方式选通连接,选通数N=L+1。
根据以上设计的电池***,所述均衡开关阵列与所述各电池组的电压采集线对应连接,各电池组通过所述电压采集线和均衡开关阵列与所述均衡母线连接。
根据以上设计的电池***,还包括DC/DC转换器,所述DC/DC转换器为恒流输出,所输出电流为1-10A。
根据以上设计的电池***,所述均衡开关阵列采用继电器阵列,或晶体管阵列,所述总线开关和所述中间总线开关采用继电器,或接触器,或大功率晶体管。
所述晶体管包括功率三极管(GTR)、场效应管(MOSFET)、可关断晶闸管(GTO)、绝缘栅双极三极管(IGBT)、MOS控制晶闸管(MCT)、静电感应晶体管(SIT)、静电感应晶闸管(场控晶闸管,SITH)或集成门极换流晶闸管(IGCT)等。
一种电动汽车,所述电动汽车装有以上设计的任意一种动力电池***。
本发明的原理:在电动车每次充电时,利用外部充电机,结合内部专门设计的均衡控制***,对***内电压低的电池进行补电,从而完成均衡工作。
本发明的有益效果:电动车在日常充电中就可完成均衡,不用再开到维修站,从而使电动车运行更方便,并可提高动力电池***的使用效率和寿命。
附图说明
图1为实施例1的电池***示意图;
图2为实施例1的均衡开关阵列示意图;
图3为实施例2的电池***示意图;
图4为实施例2的均衡开关阵列示意图;
附图标记说明:
1 充电接口 2 均衡转换开关 3 总线开关
4 高压输出接口 5 数据采集板 6 主控板
7 通讯接口 8 均衡开关阵列 9 中间总线开关
10 DC/DC变换器
实施例1
图1的动力电池***包括D1-D7,共7组电池。每组电池的数量为1,各组电池串联连接。***设有一个总线开关3,没有中间总线开关9(L=0)。BMS的数据采集模块装在数据采集板5上,通过数据采集线d0-d7可实时采集各电池组的电压。数据采集线d0-d7同时接到一个均衡开关阵列8上。BMS的控制模块装在主控板5上,***可以通过通讯接口7与整车控制器(VCU)以及充电机进行通讯。***工作时,闭合总线开关3,各电池组即可通过高压输出接口4向外输出电能。同时BMS可实时监测并存储D1-D7各电池组电压。***充电时,断开总线开关3,将充电机插头***充电接口1,即可开始充电。此时均衡转换开关2默认将充电总线K1,K2与***高压总线K3,K4接通。在充电过程中,BMS可实时监测D1-D7各电池组电压。
这个***具有均衡功能,原理如下:充电结束后BMS如果发现有电池组的电压比预设值低,会开启均衡模式。假设D3电压低于预设值,是需要做均衡的电池组。***控制器首先将充电电流调整为预设的均衡电流值,本例为5A恒流。转换均衡转换开关2,将充电总线K1,K2与高压总线K3,K4断开,与均衡电源母线K5,K6接通。同时通过均衡开关阵列8将D3的采集线d2,d3与均衡电源母线K5,K6接通(7选1模式)。充电机开始对D3做补电均衡。此时BMS实时监测D3的电压。当D3的电压达到预设值后,BMS切断充电电流,均衡完成。
在本例中,均衡开关阵列8采用继电器阵列,7选1模式(M=7,N=0+1)。图2是7选1继电器阵列的局部示意图。图中只显示了5组电池,D1-D5,每组电池的数据线分别接有继电器J0,J11,J12,J21,J22,。。。J51,J52。在本例中,BMS发出指令使继电器J21接通K5,J32接通K6.其余继电器全部断开。这样就可通过均衡电源母线K5,K6实现对D3的补电均衡。
在本例中,高压总线开关3采用接触器。
实施例2
图3是实施例2的的***,它与实施例1的区别在于,***装有8组电池D1-D8。每组电池内装有2个电池,这两个电池并联在一起,组成一个电池组(在图中用一个电池符号代表)。在D4,D5中间装有一个中间总线开关9(L=1)。把电池组分成两部分。图中左边D1-D4为A部,右边D5-D8为B部。本***还包括一个DC/DC变换器10,其作用是可以使均衡电源更稳定,适用性更强。在本例中,变换器10输出3A恒流。在***工作时,中间总线开关9和总线开关3均闭合,***通过高压输出接口4对外输出电能。在***充电时,总线开关3断开,保持中间总线开关9闭合。充电机插头***充电接口1,均衡转换开关2默认K1,K2与K3,K4接通,即可完成充电。
这个***实现均衡的方法如下:假设充电后发现D2,D5的电压较低,需要做均衡。***在得到整车VCU的允许后,调换均衡转换开关2,使K1,K2与K5,K6接通,同时断开总线开关3和中间总线开关9。然后给均衡开关阵列8发指令,让继电器J11,J22,J41,J52闭合,其余继电器保持断开(参见图4)。此时均衡开关阵列8是8选2模式(M=8,N=1+1)。D2,D5的负极与K7(负)接通,正极与K8(正)接通。则充电机通过均衡母线K7和K8,同时对D2,D5做补电均衡。
此例中的均衡开关阵列也可以选用MOS管阵列,总线开关3和中间总线开关9可选用大功率MOS管或IGBT等器件。
Claims (5)
1.一种利用充电完成均衡的动力电池***,包括M个电池组,BMS,高压总线,高压输出接口,充电接口,通讯接口,所述BMS包括数据采集模块,控制模块,所述M个电池组按串联方式连接,各电池组均设有电压采集线,所述高压总线上设有总线开关,其特征在于:所述电池***还包括L个中间总线开关,L≥1,所述中间总线开关串接在所述M个电池组内部,所述电池***还包括均衡转换开关,均衡开关阵列,均衡母线,所述M个电池组通过所述均衡开关阵列与所述均衡母线按M选N方式选通连接,选通数N=L+1。
2.根据权利要求1所述的电池***,所述均衡开关阵列与所述各电池组的电压采集线对应连接,各电池组通过所述电压采集线和均衡开关阵列与所述均衡母线连接。
3.根据权利要求2所述的电池***,还包括DC/DC转换器,所述DC/DC转换器为恒流输出,所输出电流为1-10A。
4.根据权利要求3所述的电池***,所述均衡开关阵列采用继电器阵列,或晶体管阵列,所述总线开关和所述中间总线开关采用继电器,或接触器,或大功率晶体管。
5.一种电动汽车,其特征在于,所述电动汽车装有权利要求1-4中的任意一种动力电池***。
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