CN107696898B - 一种利用充电完成均衡的动力电池***及电动车 - Google Patents

一种利用充电完成均衡的动力电池***及电动车 Download PDF

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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

一种利用充电完成均衡的动力电池***及电动车
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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