CN109910681A - 一种电动汽车用bms主动均衡控制*** - Google Patents

Abstract

本发明属于电动汽车电池管理技术领域，具体涉及一种电动汽车用BMS主动均衡控制***。包括，电源模块，用于为整车BMS中各电路模块供电，同时为欠压电池电芯提供均衡电压；控制器模块，协调各模块，用于输出控制信号，实现对电池电芯的均衡控制；电池监控模块，监控电池电芯的电压状态，用于将电池电芯欠压信号反馈于控制器模块；均衡模块，均衡模块通过控制器模块的使能信号使能两个光电继电器的控制端，两个光电继电器的被控制端分别连接于均衡电压Vcc的正负两极；当电池电芯欠压时，控制器模块控制两个光继电器打开，则电池电芯的负极和均衡电压Vcc负极连接、电池电芯的正极连接于均衡电压Vcc的正极，从而实现对电池电芯的均衡。

Description

一种电动汽车用BMS主动均衡控制***

技术领域

本发明属于电动汽车电池管理技术领域，具体涉及一种电动汽车用BMS主动均衡控制***。

背景技术

电动汽车在制造过程中，由于工艺问题和材质不均匀，使电池极板厚度、微孔率、活性物质的活化程度等存在微小的差别，这种电池内部结构和材质上的不完全一致性，就会同一批次出厂的同一型号的电池容量、内阻和电压等参数值不可能完全一致。装车使用时，由于电池包中各个电池的温度，通风条件、自放电程度等差别的影响，在一定程度上增加了电池电压、内阻及容量等参数的不一致性。

另外，电池包长时间的使用会导致单体电芯不一致性积累，时间越长单体电芯的差异就越大，电池包的使用寿命受到严重影响。因此在BMS电路中涉及均衡控制是非常有必要的。现有技术如中国专利CN103531857A公开了一种BMS均衡控制方法，是采用对电池组的初始电压值、瞬间电压值以及实时电压进行修正，并获得修正后的实时电压。其只能针对单个电池进行事后的均衡控制，仅解决电池管理过程中线束布设问题。

发明内容

本申请提供一种电动汽车用BMS主动均衡控制模块，实现对电池电芯的实时均压。

为实现上述技术目的，本申请采取的技术方案为，一种电动汽车用BMS主动均衡控制***，包括，

电源模块，用于为整车BMS中各电路模块提供不同电压值的电压，同时为欠压电池电芯提供均衡电压Vcc；

控制器模块，作为控制核心协调各模块实现对电池电芯的均衡控制，当电池电芯欠压时可输出低电平控制信号，为欠压电芯提供均衡电压；

电池监控模块，监控电池电芯的电压状态，用于将电池电芯欠压信号反馈于控制器模块；

均衡模块，均衡模块包括多个均衡电路，可通过控制器模块的使能信号使能两个相邻的高速光耦合器的控制端，两个高速光耦合器被控制端分别连接于均衡电压Vcc的正负两极；当电池电芯欠压时，控制器模块控制两个高速光耦合器打开，此时电池电芯的负极和均衡电压Vcc负极连接、电池电芯的正极连接于均衡电压Vcc的正极，从而实现对电池电芯的均衡。

作为本申请改进的技术方案，均衡电路有若干个，每个均衡电路独立控制一个电池电芯。

作为本申请改进的技术方案，电源模块实现的电压输出包括5V、3.3V、1.8V与Vcc的电压输出。

作为本申请改进的技术方案，还包括整车DC-DC变换器与12V蓄电池；整车DC-DC变换器连接于整车12V蓄电池，用于为蓄电池供电；整车DC-DC变换器与12V蓄电池均能为电源模块供电。

作为本申请改进的技术方案，电池监控模块通过高速光耦合器连接于控制器模块。

作为本申请改进的技术方案，电池监控模块通过UART连接于高度光耦合器。

作为本申请改进的技术方案，高速光耦合器通过LIN总线连接于控制器模块。

有益效果

本申请的主动均衡控制***采用集中式主动均衡电路设计方法，实现对单体电芯的主动均衡控制，从而保证电池包中电芯的一致性，进而保证电池包的使用寿命。

另，其实现对多个电芯的独立控制，保证电池包的整体稳定性。

综上，本申请的技术方案相对于现有技术的主动均衡控制更具有实时性、稳定性与独立性。

附图说明

图1本申请控制***的整体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的设计思路，申请公开一种集中式主动均衡电路设计方法，实现对单体电芯的主动均衡控制，从而保证电芯的一致性，进而保证电池包的使用寿命。

如图1所示，一种电动汽车用BMS主动均衡控制***，采用集中式均衡控制的方式，包括，

用于为电动汽车提供能源的锂离子电池包，为电动汽车提供低压电源的12V蓄电池，为12V蓄电池充电的整车DC-DC变换器，为整车BMS中各电路模块提供不同电压值的电源模块，对锂离子电池包中电池电芯状态进行实时监测的电池监控模块，控制对电池电芯进行电压均衡的控制器模块，以及为电池电芯进行电压均衡的均衡模块。

呈现为：

电源模块，用于将12V蓄电池电压转变多路不同电压值的电压，以为整车BMS中各电路模块提供不同电压值的电压，同时为欠压电池电芯提供均衡电压；电源模块实现的电压输出包括5V、3.3V、1.8V与Vcc的电压输出。

控制器模块，协调各模块实现对一个或多个电池电芯的均衡控制，用于在电池电芯欠压时输出低电平控制信号；控制器模块采用飞思卡尔汽车级控制器MPC5744。

电池监控模块，监控电池电芯的电压状态，用于将电池电芯欠压信号反馈于控制器模块；电池监控模块通过高速光耦合器连接于控制器模块；具体的电池监控模块通过UART连接于高度光耦合器，高速光耦合器通过LIN总线连接于控制器模块。

电池监控模块中的核心芯片采用TI的高可靠汽车应用的16路锂电池监测和保护器件BQ76PL455。通过电池监控模块实时监控电池电芯电压状态，电池电芯欠压时控制器通过控制相关IO口输出低电平，从而开启两个由EPR411A光电继电器组成的单个均衡电路实现对该电池电芯的主动均衡。控制器可以同时控制多个电池电芯，从而达到实现整个电池包的主动均衡控制。

均衡模块，均衡模块包含若干个均衡电路，每个均衡电路可独立均衡一个电池电芯；每个均衡模块中包括两个光电继电器，光继电器的控制端由控制器模块控制，两个光继电器的被控制端分别连接于均衡电压Vcc的正负两极，在电池电芯欠压时，两个光继电器同时被控制器模块输出的低电平开启，电池电芯的负极与电池模块输出的均衡电压Vcc负极接地、电池电芯的正极连接于均衡电压Vcc的正极实现对电池电芯的主动均衡。

工作原理：由整车DC-DC变换器实现直流高压到12V整车低压的电压变换，进而通过电源模块中的电源芯片输出均衡电压Vcc；通过控制器IO口控制光电继电器导通，从而实现Vcc对电芯的充电，达到主动均衡的目的。

具体应用时，

如图1所示的电路示意图。当电池组处于充电或是放电过程中时，由锂离子电池包的电池监控模块(即监测和保护器件BQ76PL455芯片)实现对电池包中单体电芯电压的监控，当出现电池电压过低时，由控制器模块控制开启与该单体电池电芯对应的均衡电路，实现对该电芯的电压均衡。电路所提供的均衡电压由整个电池包电压通过整车DC-DC变换器换成的12V，再经由电源芯片得到的均衡电压Vcc。控制器可以同时控制多路均衡电路。通过该方法可以实现对整车电池包中电池电芯的主动均衡。

其主要包括以下几个部分：电源模块、控制器模块、主动均衡模块、电池监控模块、锂离子电池包、整车DC-DC变换器等。

1.电源模块

电源模块主要为整车BMS中各电路模块提供不同电压值的电压，同时为欠压电池电芯提供均衡电压。当整车12V电压输入后，可以通过相关电路实现5V、3.3V、1.8V、Vcc的电压输出，以供整个电路及相关芯片供电。本案例主要讨论均衡电路，因此未在图中显示5V和1.8V电压。

2.控制器模块

控制器模块主要是实现对主动均衡电路开、闭的控制。本电路中采用飞思卡尔汽车级芯片MPC5744作为主控芯片。

3.均衡模块

均衡模块即主动均衡电路，本申请采用的是集中式主动均衡。如图1中，主动均衡模块电路所示，每一个单体电芯都有两个光电继电器与其连接，实现其主动均衡功能。当单体电芯B1欠压时，控制器通过控制IO口输出低电平，此时U1和U2的引脚1和引脚2就会同时导通，此时U1导通可实现单体电芯B1的负极和Vcc电源的负极共地；U2的导通使得Vcc电源的正极可以通过二极管顺利到达单体电芯B1的正极，实现对单体电芯B1的充电功能，从而实现对电芯的主动均衡。当控制IO口输出高电平时，此时的U1和U2不导通，无均衡功能。

本案例中，电路可实现对24路单体电池电芯的主动均衡控制，但实际的均衡控制电路可适当调整，可增加单体电池电芯的均衡路数，实现对更多电池电芯的均衡控制，也可用于均衡由多个电池电芯组成的电池组，只需适当修改电路调整Vcc电压值即可。

4.电池监控模块

电池监控模块采用的是实现对电池包物理参数的监控，包括电压、温度等，本案例主要是描述一种主动均衡控制电路，因此此处只对电压进行说明。电池监控模块采用TI的高可靠汽车应用的16路锂电池监测和保护器件BQ76PL455芯片。凭借集成的高速，差分，电容隔离式通信接口，最多允许十六个BQ76PL455器件通过单个高速通用异步收发器(UART)接口与主机通信。BQ76PL455可监视和检测多种不同的故障状态，包括过压，欠压，过热和通信故障，本申请主要是实现欠压目的。该器件包含六个GPIO端口和八个模拟AUX ADC输入，用于实现附加的监视和可编程功能。此外，还具备辅助热关断功能，进一步为自身加强保护。本案例采用两个BQ76PL455实现对24路电芯电压等参数的监控，具体电路不在此赘述。

5.锂离子电池包锂离子电池包即电池包，由其为整车提供电力能源，在该电路中，电池包作为整体通过整车DC-DC变换器实现对高压直流电压与12V整车低压电之间的电压转换。

6.整车DC-DC变换器

整车DC-DC变换器是电动汽车不可或缺的部分之一，通过它实现直流高压与低压之间的变换，可为12V蓄电池充电，保证蓄电池的电量。在本案例中，DC-DC变换器是实现集中式主动均衡的重要组成部分，通过整车自带的DC-DC变换器代替传统集中式主动均衡的DC-DC变换器，即降低了电路的复杂程度，又节省了电路元器件成本。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电动汽车用BMS主动均衡控制***，其特征在于，包括，

电源模块，用于为整车BMS中各电路模块提供不同电压值的电压，同时为欠压电池电芯提供均衡电压Vcc；

控制器模块，作为控制核心协调各模块实现对电池电芯的均衡控制，当电池电芯欠压时可输出低电平控制信号；

电池监控模块，监控所有电池电芯的电压状态，用于将电池电芯欠压信号反馈于控制器模块；

均衡模块，均衡模块包括多个均衡电路，通过控制器模块的使能信号使能两个相邻的光继电器的控制端，两个光继电器被控制端分别连接于均衡电压Vcc的正负两极；当电池电芯欠压时，控制器模块控制两个光继电器打开，此时电池电芯的负极和均衡电压Vcc负极连接、电池电芯的正极连接于均衡电压Vcc的正极，从而实现对电池电芯的均衡。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用BMS主动均衡控制***，其特征在于，均衡电路有若干个，每个均衡电路可独立控制一个电池电芯的均衡控制。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车用BMS主动均衡控制***，其特征在于，电源模块实现的电压输出包括5V、3.3V、1.8V与Vcc的电压输出。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车用BMS主动均衡控制***，其特征在于，还包括整车DC-DC变换器与12V蓄电池；整车DC-DC变换器连接于电池包，其输出用于为12V蓄电池供电；整车DC-DC变换器与12V蓄电池均能为电源模块供电。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车用BMS主动均衡控制***，其特征在于，电池监控模块通过高速光耦合器连接于控制器模块。

6.根据权利要求5所述的一种电动汽车用BMS主动均衡控制***，其特征在于，电池监控模块通过UART连接于高速光耦合器。

7.根据权利要求5所述的一种电动汽车用BMS主动均衡控制***，其特征在于，高速光耦合器通过LIN总线连接于控制器模块。