CN108482157A - 一种动力电池组均衡电路及均衡方法 - Google Patents

一种动力电池组均衡电路及均衡方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力电池组均衡电路及均衡方法，均衡电路包括主控板、多个从控板，所述主控板和从控板之间通信连接；动力电池组包括多个电池模组，每个电池模组对应设有从控板；所述从控板包括微控制器、选通开关、均衡超级电容，所述均衡超级电容与选通开关连接，所述选通开关通过均衡线束与电池模组内的每一个电池单体连接；所述微控制器与选通开关连接，用于控制选通开关按照预设时序控制选通开关依次接通均衡超级电容与每一个电池单体之间回路；相邻从控板的均衡超级电容之间通过均衡线束、板件均衡开关连接，所述板间均衡开关与主控板连接，用于控制板间均衡开关的开启闭合。本发明的均衡电路结构简单，成本低，提高电池组的使用寿命。

Description

一种动力电池组均衡电路及均衡方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种动力电池组均衡电路及均衡方法。
背景技术
面对日益枯竭的化石能源，世界各国纷纷开发替代能源，鼓励新能源产业发展。使用电池作为储能装置的新能源电动汽车成为各国的战略发展重点行业。锂离子电池以其循环寿命长、比能量高、绿色环保的优势，成为电动汽车的主流动力电池。电动汽车的储能电池装置，即使在出厂时电压、容量、内阻完全一致，在使用一段时间后，由于电池内在相似与差异、使用环境的差异，单体电池各项参数也会变得离散。因此必须对于一致性不理想的电池***进行均衡，以提高电池的性能和延长电池服役寿命。现有技术中广泛采用的均衡技术主要有两类，即放电均衡和能量转移均衡。放电均衡虽然电路简单成本低，但是只在充电时整组电池满电状态进行，造成充电时间大幅度延长。而能量转移均衡，虽然节约能源，速度快，但是每个电池都要配备直流变压电路，成本高，体积大。且相关技术中，电池均衡策略通常是努力使电池的电压或者荷电状态SOC(state of charge)达到一致，现有能量转移均衡技术中，无法避免出现单体的均衡震荡，本质由于SOC和电池开路电压无法准确测定，这样，现有技术无法对新电池***进行均衡就无法满许要求了。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种动力电池组均衡电路及均衡方法，通过该电路可以在电池静置时进行均衡，使得电池一致性更好。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种动力电池组均衡电路，
包括主控板、多个从控板，所述主控板和从控板之间通信连接；动力电池组包括多个电池模组，每个电池模组对应设有从控板；
所述从控板包括微控制器、选通开关、均衡超级电容，所述均衡超级电容与选通开关连接，所述选通开关通过均衡线束与电池模组内的每一个电池单体连接；
所述微控制器与选通开关连接，用于控制选通开关按照预设时序控制选通开关依次接通均衡超级电容与每一个电池单体之间回路；
相邻从控板的均衡超级电容之间通过均衡线束、板件均衡开关连接，所述板间均衡开关与主控板连接，用于控制板间均衡开关的开启闭合。
所述从控板还包括电压测量单元，所述电压测量单元用于分别测量电池单体两端的电压，所述电压测量单元与从控板的微控制器连接。
均衡超级电容与电池单体之间的均衡线束、电压测量单元用的测量线束共用，所述微控制器通过控制选通开关的开启关闭调节来分别控制均衡超级电容器与电池单体形成通路或者电压采集单元与电池单体形成通路。
所述选通开关由继电器、NMOS或光电开关组成的开关组件。
所述从控板还包括电源电路、通讯控制电路，所述电源电路为从控板中各用电单元供电，所述通讯控制电路用于连接微控制器与主控板。
一种动力电池组均衡电路的均衡方法，在电池***充满电且充电开关断开后开始如下均衡步骤：
通过微控制器控制选通开关使得电池单体依照设定的时序依次循环与均衡超级电容连通，实现电池模组内均衡；
通过控制板间均衡开关使得从控板上的均衡超级电容之间按照设定的时序依次连接，实现电池模组间的均衡；
循环实现电池模组内均衡和电池模组间的均衡直到通过电压测量单元测量到的各电池单体的电压一致性满足预设要求。
本发明的优点在于：采用能量转移的方式来进行电池模组内以及电池模组间的均衡，从而使得动力电池组内的均衡，而且均衡电路结构简单，成本低，提高电池组的使用寿命。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明均衡电路原理图；
图2为本发明从控板原理框图；
图3为本发明从控板电路原理图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
一种动力电池组均衡电路，包括主控板、多个从控板，主控板和从控板之间通信连接；动力电池组包括多个电池模组，每个电池模组对应设有从控板；
从控板包括微控制器、选通开关、均衡超级电容，均衡超级电容与选通开关连接，选通开关通过均衡线束与电池模组内的每一个电池单体连接；
微控制器与选通开关连接，用于控制选通开关按照预设时序控制选通开关依次接通均衡超级电容与每一个电池单体之间回路；
相邻从控板的均衡超级电容之间通过均衡线束、板件均衡开关连接，板间均衡开关与主控板连接，用于控制板间均衡开关的开启闭合。
从控板还包括电压测量单元，电压测量单元用于分别测量电池单体两端的电压，电压测量单元与从控板的微控制器连接。
上述电路的工作原理为：微控制器控制选通开关的开启闭合，依次将均衡超级电容器与每一个电池模组内的电池单体连接，这样单体电池一个个的与超级电容并联后进行能量转移均衡，如果反复进行则可以达到电池模组内的电池单体均衡；组间均衡是通过组间选通开关的控制来实现组件均衡，组间均衡开关闭合同时断开组内的选通开关，这样组间对应的从控板的均衡超级电容连通，进行能量转移，从而实现从控板超级电容在组间的均衡。如此反复进行组内和组间的均衡直至电压满足均衡结束条件。各电池单体的电压有电压测量单元来实现采集，通过选通开关实现电压测量单元与单体电池的并联从而测量电压数据。
选通开关为采用继电器、NMOS或光电开关组成的开关组件，由多个开关组成，在使用时依次断开闭合相应的开关即可实现对于电流测量单元或者电池单体与均衡超级电容之间的连接。
从控板还包括电源电路、通讯控制电路，电源电路为从控板中各用电单元供电，通讯控制电路用于连接微控制器与主控板。
均衡超级电容与电池单体之间的均衡线束、电压测量单元用的测量线束共用，微控制器通过控制选通开关的开启关闭调节来分别控制均衡超级电容器与电池单体形成通路或者电压采集单元与电池单体形成通路。这种方式可以减少线束的使用，减少布线复杂度。具体的选通开关如图3所述，选通开关由开关组件组成，包括用于切换电池负极信号至电压测量单元负极或超级电容负极的开关K1、用于切换电池正极信号至电压测量单元正极或均衡超级电容正极的开关K2，用于闭合形成正极线、负极线的K3,由于K3的闭合从而实现在每一个单体电池两端形成正极线负极线，然后通过K1、K2将相应的正负极连接到电压测量单元正负极或者均衡超级电容正负极，从而实现测量或均衡功能。这样仅需要设置一些简单的控制开关，可以减少很多布线，方便在电池内部实现。
一种动力电池组均衡电路的均衡方法，在电池***充满电且充电开关断开后开始如下均衡步骤：
通过微控制器控制选通开关使得电池单体依照设定的时序依次循环与均衡超级电容连通，实现电池模组内均衡；
通过控制板间均衡开关使得从控板上的均衡超级电容之间按照设定的时序依次连接，实现电池模组间的均衡；
循环实现电池模组内均衡和电池模组间的均衡直到通过电压测量单元测量到的各电池单体的电压一致性满足预设要求。本实施例中以电压一致性为均衡要求的目标，根据预设的电压一致性的要求，在均衡过程中实时控制开关的闭合使得电压测量单元工作测量电池电压，由电压一致性来判断是否启动均衡或者均衡是否结束。
以144V电池***为例说明，该电池***由40串单体电池串联而成，电池管理***包含一个主控两个从控。主控板和从控板通过CAN线进行通讯，电池***分为两个模组，每个模组包含20串单体电池，每个模组的采样线束包含21条导线。最靠近电池***正极的采样导线，只有一个光电开关，只能连通到电压测量的正极或者均衡超级电容的正极。最靠近电池***负极的采样导线，只有一个光电开关，只能连通到电压测量的负极或者均衡超级电容的负极。其余19根采样导线都连接两个光电开关，一个选通到正极，一根选通到负极。正负极线分别连接两个光电开关，一个连接到电压测量单元，一个连接到均衡超级电容。
两个模组的BMS从控之间有两根均衡导线连通，每根导线中间串接一个光电开关，导线在开关闭合时连通两个模组BMS从控的均衡超级电容。
电池***充电达到整组满电条件时，开启微控制器转入到均衡模式。依照时序将每个单体电池并联到均衡超级电容，并且设置时序将两个模组的均衡超级电容并联，如此实现模组内单体电池和模组间单体电池的均衡。所述光电开关选择负载电流300mA的型号。所述采样导线和均衡导线选用0.5平方毫米导线。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种动力电池组均衡电路，其特征在于：
包括主控板、多个从控板，所述主控板和从控板之间通信连接；动力电池组包括多个电池模组，每个电池模组对应设有从控板；
所述从控板包括微控制器、选通开关、均衡超级电容，所述均衡超级电容与选通开关连接，所述选通开关通过均衡线束与电池模组内的每一个电池单体连接；
所述微控制器与选通开关连接，用于控制选通开关按照预设时序控制选通开关依次接通均衡超级电容与每一个电池单体之间回路；
相邻从控板的均衡超级电容之间通过均衡线束、板件均衡开关连接，所述板间均衡开关与主控板连接，用于控制板间均衡开关的开启闭合。
2.如权利要求1所述的一种动力电池组均衡电路，其特征在于：所述从控板还包括电压测量单元，所述电压测量单元用于分别测量电池单体两端的电压，所述电压测量单元与从控板的微控制器连接。
3.如权利要求2所述的一种动力电池组均衡电路，其特征在于：均衡超级电容与电池单体之间的均衡线束、电压测量单元用的测量线束共用，所述微控制器通过控制选通开关的开启关闭调节来分别控制均衡超级电容器与电池单体形成通路或者电压采集单元与电池单体形成通路。
4.如权利要求1所述的一种动力电池组均衡电路，其特征在于：所述选通开关由继电器、NMOS或光电开关组成的开关组件。
5.如权利要求1所述的一种动力电池组均衡电路，其特征在于：所述从控板还包括电源电路、通讯控制电路，所述电源电路为从控板中各用电单元供电，所述通讯控制电路用于连接微控制器与主控板。
6.一种如权利要求1-5所述的动力电池组均衡电路的均衡方法，其特征在于：在电池***充满电且充电开关断开后开始如下均衡步骤：
通过微控制器控制选通开关使得电池单体依照设定的时序依次循环与均衡超级电容连通，实现电池模组内均衡；
通过控制板间均衡开关使得从控板上的均衡超级电容之间按照设定的时序依次连接，实现电池模组间的均衡；
循环实现电池模组内均衡和电池模组间的均衡直到通过电压测量单元测量到的各电池单体的电压一致性满足预设要求。
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