CN109713754A - 主动均衡维护装置及电池组的主动均衡维护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动均衡维护装置，适于维护电动汽车的电池组，所述电池组包括若干单体电池，所述主动均衡维护装置包括控制模块、均衡模块和转换模块，所述控制模块接所述均衡模块，所述转换模块分别接所述均衡模块和所述电池组，所述控制模块获取所有单体电池的电压值或电池容量值并判断所述单体电池的电压值或电池容量值是否落入预设区间，所述控制模块依据判断结果发送一均衡信号至所述均衡模块，所述均衡模块依据所述均衡信号控制所述转换模块对所述单体电池进行充电/放电；本发明的主动均衡维护装置的成本低、体积小、易于携带且能够有效对单体电池进行均衡维护；本发明还公开了一种电池组的主动均衡维护方法。

Description

主动均衡维护装置及电池组的主动均衡维护方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种用于维护电动汽车电池组一致性的主动均衡维护装置及电池组的主动均衡方法。

背景技术

现有技术的基于电动汽车的动力电池的均衡维护设备主要以单体充电器方案为主，即为动力电池里的每一节单体电池外接独立的充电器，然后根据电池的荷电状态通过软件算法对电量少的单体电池进行充电操作以达到均衡电池的目的，现有的单体充电器方案能够有效实现对动力电池的单体电池的均衡维护功能。然而，单体充电器方案存在下列缺陷：

1、每个单体电池需要单独配置独立的充电设备，成本高且随着电动汽车的不断发展动力电池的单体电池数量越来越多，而充电设备的数量也需要对应提高，无疑大大增加了维护设备成本；

2、维护设备的体积随着充电设备数量的增多而增大，不便于使用，不具备便携性，不适用于电动汽车的可移动的特点，尤其是待均衡的电动车不可能集中到一个场所进行均衡操作，不能适应电动汽车多变的维护场景，适应性差。

因此，亟需一种主动均衡维护装置及电池组的主动均衡维护方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低、体积小、易于携带且能够有效对单体电池进行均衡维护的主动均衡维护装置

本发明的又一目的是提供一种成本低、体积小、易于携带且能够有效对单体电池进行均衡维护的电池组的主动均衡维护方法。

为了实现上有目的，本发明公开了一种主动均衡维护装置，适于维护电动汽车的电池组，所述电池组包括若干单体电池，所述主动均衡维护装置包括控制模块、均衡模块和转换模块，所述控制模块接所述均衡模块，所述转换模块分别接所述均衡模块和所述电池组，所述控制模块获取所有单体电池的电压值或电池容量值并判断所述单体电池的电压值或电池容量值是否落入预设区间，所述控制模块依据判断结果发送一均衡信号至所述均衡模块，所述均衡模块依据所述均衡信号控制所述转换模块对所述单体电池进行充电/放电。

与现有技术相比，本发明的控制模块获取所有单体电池的电压值或电池容量值并判断单体电池的电压值或电池容量值是否落入预设区间，控制模块依据判断结果发送一均衡信号至均衡模块，均衡模块依据判断结果控制转换模块对单体电池进行充电/放电，仅依靠控制模块判断单体电池是否落入预设区间以通过均衡模块选择性的控制转换模块对需要进行均衡维护的单体电池进行充电/放电即可，无需为所有单体电池配备独立的充电设备，其成本小、体积小且易于携带；通过控制模块找出并对需要进行均衡维护的单体电池进行维护而完成整个电动汽车的电池组的均衡维护，均衡维护方便且高效。

较佳地，所述均衡模块包括若干均衡单元，所述转换模块包括稳压恒流单元和矩阵开关，所述稳压恒流单元呈充放电结构，所述稳压恒流单元的输出端接所述矩阵开关，所述矩阵开关包括若干与均衡单元一一对应的开关单元，所述开关单元的控制端接对应的均衡单元，所述开关单元的触发端接对应的单体电池，所述均衡单元控制对应的开关单元通断以对对应的单体电池进行充电/放电。

具体地，若所述单体电池的电压值或电池容量值未落入所述预设区间，则记当前单体电池为目标单体电池及与所述目标单体电池对应连接的均衡单元为目标均衡单元，所述控制模块获取所述目标单体电池的电池位置信息及所述目标均衡单元的均衡位置信息，所述控制模块依据所述电池位置信息及所述均衡位置信息发送所述均衡信号至所述目标均衡单元，所述目标均衡单元依据所述均衡信号控制对应的开关单元通断以对所述目标单体电池进行充电/放电。

更具体地，所述预设区间的端点值分别为最小预设值和最大预设值，所述均衡信号包括充电信号和放电信号，若所述目标单体电池的电压值或电池容量值小于所述最小预设值，则所述控制模块发送所述充电信号至所述目标均衡单元，所述目标均衡单元依据所述充电信号控制对应的开关单元闭合以对所述目标单体电池进行充电，直至所述目标单体电池的电压值或电池容量值落入所述预设区间；若所述目标单体电池的电压值或电池容量值大于所述最大预设值，则所述控制模块发送所述放电信号至所述目标均衡单元，所述目标均衡单元依据所述放电信号控制对应的开关单元闭合以对所述目标单体电池进行放电，直至所述目标单体电池的电压值或电池容量值落入所述预设区间。

较佳地，所述主动均衡维护装置还包括电源模块，所述电源模块的输入端接外部电源，所述电源模块的控制端接所述控制模块，所述电源模块的输出端接所述稳压恒流单元的输入端。

较佳地，所述稳压恒流单元包括用于对单体电池进行充电的充电电路和用于对单体电池进行放电的放电电路，所述充电电路与所述充电电路相互独立且互不干涉。

较佳地，所述主动均衡维护装置还包括采集模块，所述采集模块的采集端接所述电池组，所述采集模块的信号端接所述控制模块，所述采集模块采集所有单体电池的电压值或电池容量值并发送至所述控制模块。

较佳地，所述主动均衡维护装置还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块电连接所述控制模块，所述控制模块通过所述无线通讯模块与外部设备进行通讯。

相应地，本发明还公开了一种电池组的主动均衡维护方法，适用于电动汽车，所述电池组包括若干单体电池，其包括如下步骤：

(1)获取所有单体电池的电压值或电池容量值；

(2)判断所述单体电池的电压值或电池容量值是否落入预设区间；

(3)若所述单体电池的电压值或电池容量值未落入预设区间，则对当前单体电池进行充电/放电，直至当前单体电池的电压值或电池容量值落入预设区间；

(4)重复上述步骤，直至所有单体电池的电压值或电池容量值落入所述预设区间。

较佳地，步骤(3)进一步包括：

所述预设区间的端点值分别为最小预设值和最大预设值，

若当前单体电池的电压值或电池容量值小于所述最小预设值，则对当前单体电池进行充电，直至当前单体电池的电压值或电池容量值落入预设区间；

若所述目标单体电池的电压值或电池容量值大于所述最大预设值，则对所述目标单体电池进行放电，直至当前单体电池的电压值或电池容量值落入预设区间。

附图说明

图1是本发明的主动均衡维护装置的连接框图。

图2是本发明的转换模块与均衡模块、电池组和电源模块的连接框图。

图3是本发明的电池组的主动均衡维护方法的执行流程图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1所示，本发明的主动均衡维护装置100，适于维护电动汽车的电池组1，电池组1包括若干单体电池101，主动均衡维护装置100包括控制模块10、均衡模块20和转换模块30。其中，控制模块10接均衡模块20，转换模块30分别接均衡模块20和电池组1，控制模块10获取所有单体电池101的电压值或电池容量值并判断单体电池101的电压值或电池容量值是否落入预设区间，控制模块10依据判断结果发送一均衡信号至均衡模块20，均衡模块20依据均衡信号控制转换模块30对单体电池101进行充电/放电。单体电池101的电压值或电池容量值为衡量单体电池101的状态的两个指标，本实施例通过获取所有单体电池101的两个指标之一，而判断单体电池101是否需要进行均衡维护，当然，可以同时获取所有单体电池101的电压值和电池容量值以判断单体电池101是否需要进行维护，在此不做赘述。

均衡维护过程中，当电池组1中的多个单体电池101均需要进行维护时，均衡模块20可以通过转换模块30依次对需要均衡维护的单体电池101进行充电/放电，也可以同时对多个或全部的需要均衡维护的单体电池101进行充电/放电，具体执行可以通过控制模块10实现。

请参阅图1和图2所示，均衡模块20包括若干均衡单元21，转换模块30包括稳压恒流单元31和矩阵开关32。其中，稳压恒流单元31呈充放电结构，优选地，该充放电结构包括用于对单体电池101进行充电的充电电路311和用于对单体电池101进行放电的放电电路312，充电电路311与充电电路312相互独立且互不干涉，使得转换模块30能够同时且独立地对不同的单体电池101进行充电操作和放电操作。稳压恒流单元31的输出端接矩阵开关32，矩阵开关32包括若干与均衡单元21一一对应的开关单元321，开关单元321的控制端接对应的均衡单元21，开关单元321的触发端接对应的单体电池101，均衡单元21控制对应的开关单元321通断以对对应的单体电池101进行充电/放电。

其中，若单体电池101的电压值或电池容量值未落入预设区间，则记当前单体电池101为目标单体电池101及与目标单体电池101对应连接的均衡单元21为目标均衡单元21，控制模块10获取目标单体电池101的电池位置信息及目标均衡单元21的均衡位置信息，控制模块10依据电池位置信息及均衡位置信息发送均衡信号至目标均衡单元21，目标均衡单元21依据该均衡信号控制对应的开关单元321通断以对目标单体电池101进行充电/放电。

本实施例的均衡模块20包括四个均衡单元21，每个均衡单元21具有十四路输出，每个均衡单元21能够同时管理十四个单体电池101，即本实施例的均衡模块20最多能够同时对五十六个单体电池101进行维护，能够满足市面上的电动汽车的一般需求，当然，均衡单元21的数量可以根据实际情况灵活设置，如两个、三个、四个、五个或六个等，不同数量的均衡模块20能够同时处理不同数量的单体电池101，在此不对均衡单元21的数量进行限定。实际使用时，控制模块10集成于其中的一个均衡单元21内，以使该均衡单元21作为主均衡单元21使用，其余均衡单元作为从均衡单元21使用。

进一步的，预设区间的端点值分别为最小预设值和最大预设值，均衡信号包括充电信号和放电信号，若目标单体电池101的电压值或电池容量值小于最小预设值，则控制模块10发送充电信号至目标均衡单元21，目标均衡单元21依据充电信号控制对应的开关单元321闭合以对目标单体电池101进行充电，直至目标单体电池101的电压值或电池容量值落入预设区间；若目标单体电池101的电压值或电池容量值大于最大预设值，则控制模块10发送放电信号至目标均衡单元21，目标均衡单元21依据放电信号控制对应的开关单元321闭合以对目标单体电池101进行放电，直至目标单体电池101的电压值或电池容量值落入预设区间。需要说明的是，上述充电信号/放电信号均包含对应单体电池的充电信息/放电信息，充电信息/放电信息不仅限于该单体电池需要充电/放电的电压值或电流值。

以单体电池101的电压值为例，在实际操作时，由于单体电池101的标准电压值为3.6V，而单体电池101的正常工作电压维持在3.2V－4.0V之间均能满足正常使用需求。因此，将最小预设值设为3.2V，最大预设值设为4.0V，则若目标单体电池101的电压值或电池容量值小于3.2V，则控制模块10发送充电信号至目标均衡单元21，目标均衡单元21依据充电信号控制对应的开关单元321闭合以对目标单体电池101进行充电，直至目标单体电池101的电压值或电池容量值介于3.2V－4.0V，当然，优选的，可以设定充电直至目标单体电池101的电压值为标准电压值3.6V，以最优化目标单体电池101；若目标单体电池101的电压值或电池容量值大于4.0V，则控制模块10发送放电信号至目标均衡单元21，目标均衡单元21依据放电信号控制对应的开关单元321闭合以对目标单体电池101进行放电，直至目标单体电池101的电压值或电池容量值介于3.2V－4.0V，当然，优选的，可以设定放电直至目标单体电池101的电压值为标准电压值3.6V，以最优化目标单体电池101。实际上，对于整个电池组1而言，单体电池101的充电、放电操作存在一定误差，因此，控制模块10会在整个均衡过程中实时获取所有单体电池101的电压值或电池容量值，进行多次均衡，直到所有的单体电池101在状态稳定后的电压值或电池容量值均介于3.2V－4.0V，以最终完成整个电池组1的主动均衡操作。

请参阅图1和图2所示，本发明的主动均衡维护装置100还包括电源模块40、采集模块50和无线通讯模块60，电源模块40的输入端接外部电源，电源模块40的控制端接控制模块10，电源模块40的输出端接稳压恒流单元31的输入端，以为稳压恒流单元31提供启动电流及充电电流。电源模块40可以直接连接市电，也可以通过蓄电池等移动电源对主动均衡维护装置100进行供电。采集模块50的采集端接电池组1，采集模块50的信号端接控制模块10，采集模块50采集所有单体电池101的电压值或电池容量值并发送至控制模块10，以供控制模块10进行计算判断。采集模块50的采集端具备多个采集探头以独立采集所有单体电池101的电压值或电池容量值。无线通讯模块60电连接控制模块10，控制模块10通过无线通讯模块60与外部设备进行通讯。该无线通讯模块60可以为WIFI无线通讯模块60、蓝牙无线通讯模块60，本实施例的主动均衡维护装置100可以通过无线通讯模块60而直接与诸如手机等上位机与控制模块10进行实时通讯，并可通过上位机对控制模块10进行参数设置，也可以通过上位机实时查看主动均衡维护装置100的工作参数，避免传统的均衡设备因外置显示屏而增加体积及制造成本。

请参阅图1－图3所示，相应地，本发明还公开了一种电池组1的主动均衡维护方法，适用于电动汽车，所述电池组1包括若干单体电池101，其包括如下步骤：

S1、获取所有单体电池101的电压值或电池容量值；

S2、判断所述单体电池101的电压值或电池容量值是否落入预设区间；

S3、若所述单体电池101的电压值或电池容量值未落入预设区间，则对当前单体电池101进行充电/放电，直至当前单体电池101的电压值或电池容量值落入预设区间；

S4、重复上述步骤，直至所有单体电池101的电压值或电池容量值落入所述预设区间。

较佳地，步骤S3进一步包括：

所述预设区间的端点值分别为最小预设值和最大预设值，

若当前单体电池101的电压值或电池容量值小于所述最小预设值，则对当前单体电池101进行充电，直至当前单体电池101的电压值或电池容量值落入预设区间；

若所述目标单体电池101的电压值或电池容量值大于所述最大预设值，则对所述目标单体电池101进行放电，直至当前单体电池101的电压值或电池容量值落入预设区间。

结合图1－图3所示，本发明的控制模块10获取所有单体电池101的电压值或电池容量值并判断单体电池101的电压值或电池容量值是否落入预设区间，控制模块10依据判断结果发送一均衡信号至均衡模块20，均衡模块20依据判断结果控制转换模块30对单体电池101进行充电/放电，仅依靠控制模块10判断单体电池101是否落入预设区间以通过均衡模块20选择性的控制转换模块30对需要进行均衡维护的单体电池101进行充电/放电即可，无需为所有单体电池101配备独立的充电设备，其成本小、体积小且易于携带；通过控制模块10找出并对需要进行均衡维护的单体电池101进行维护而完成整个电动汽车的电池组1的均衡维护，均衡维护方便且高效。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种主动均衡维护装置，适于维护电动汽车的电池组，所述电池组包括若干单体电池，其特征在于，所述主动均衡维护装置包括控制模块、均衡模块和转换模块，所述控制模块接所述均衡模块，所述转换模块分别接所述均衡模块和所述电池组，所述控制模块获取所有单体电池的电压值或电池容量值并判断所述单体电池的电压值或电池容量值是否落入预设区间，所述控制模块依据判断结果发送一均衡信号至所述均衡模块，所述均衡模块依据所述均衡信号控制所述转换模块对所述单体电池进行充电/放电。

2.如权利要求1所述的主动均衡维护装置，其特征在于，所述均衡模块包括若干均衡单元，所述转换模块包括稳压恒流单元和矩阵开关，所述稳压恒流单元呈充放电结构，所述稳压恒流单元的输出端接所述矩阵开关，所述矩阵开关包括若干与均衡单元一一对应的开关单元，所述开关单元的控制端接对应的均衡单元，所述开关单元的触发端接对应的单体电池，所述均衡单元控制对应的开关单元通断以对对应的单体电池进行充电/放电。

3.如权利要求2所述的主动均衡维护装置，其特征在于，若所述单体电池的电压值或电池容量值未落入所述预设区间，则记当前单体电池为目标单体电池及与所述目标单体电池对应连接的均衡单元为目标均衡单元，所述控制模块获取所述目标单体电池的电池位置信息及所述目标均衡单元的均衡位置信息，所述控制模块依据所述电池位置信息及所述均衡位置信息发送所述均衡信号至所述目标均衡单元，所述目标均衡单元依据所述均衡信号控制对应的开关单元通断以对所述目标单体电池进行充电/放电。

4.如权利要求3所述的主动均衡维护装置，其特征在于，所述预设区间的端点值分别为最小预设值和最大预设值，所述均衡信号包括充电信号和放电信号，若所述目标单体电池的电压值或电池容量值小于所述最小预设值，则所述控制模块发送所述充电信号至所述目标均衡单元，所述目标均衡单元依据所述充电信号控制对应的开关单元闭合以对所述目标单体电池进行充电，直至所述目标单体电池的电压值或电池容量值落入所述预设区间；若所述目标单体电池的电压值或电池容量值大于所述最大预设值，则所述控制模块发送所述放电信号至所述目标均衡单元，所述目标均衡单元依据所述放电信号控制对应的开关单元闭合以对所述目标单体电池进行放电，直至所述目标单体电池的电压值或电池容量值落入所述预设区间。

5.如权利要求2所述的主动均衡维护装置，其特征在于，所述主动均衡维护装置还包括电源模块，所述电源模块的输入端接外部电源，所述电源模块的控制端接所述控制模块，所述电源模块的输出端接所述稳压恒流单元的输入端。

6.如权利要求2所述的主动均衡维护装置，其特征在于，所述稳压恒流单元包括用于对单体电池进行充电的充电电路和用于对单体电池进行放电的放电电路，所述充电电路与所述充电电路相互独立且互不干涉。

7.如权利要求1所述的主动均衡维护装置，其特征在于，所述主动均衡维护装置还包括采集模块，所述采集模块的采集端接所述电池组，所述采集模块的信号端接所述控制模块，所述采集模块采集所有单体电池的电压值或电池容量值并发送至所述控制模块。

8.如权利要求1所述的主动均衡维护装置，其特征在于，所述主动均衡维护装置还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块电连接所述控制模块，所述控制模块通过所述无线通讯模块与外部设备进行通讯。

9.一种电池组的主动均衡维护方法，适用于电动汽车，所述电池组包括若干单体电池，其特征在于，包括如下步骤：

(1)获取所有单体电池的电压值或电池容量值；

(2)判断所述单体电池的电压值或电池容量值是否落入预设区间；

(3)若所述单体电池的电压值或电池容量值未落入预设区间，则对当前单体电池进行充电/放电，直至当前单体电池的电压值或电池容量值落入预设区间；

(4)重复上述步骤，直至所有单体电池的电压值或电池容量值落入所述预设区间。

10.如权利要求9所述的电池组的主动均衡维护方法，其特征在于，步骤(3)进一步包括：

所述预设区间的端点值分别为最小预设值和最大预设值，

若当前单体电池的电压值或电池容量值小于所述最小预设值，则对当前单体电池进行充电，直至当前单体电池的电压值或电池容量值落入预设区间；

若所述目标单体电池的电压值或电池容量值大于所述最大预设值，则对所述目标单体电池进行放电，直至当前单体电池的电压值或电池容量值落入预设区间。