CN101192755A - 一种动力电池组电压均衡管理装置及其管理方法 - Google Patents

一种动力电池组电压均衡管理装置及其管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力电池组电压均衡管理装置，包括电池管理单元和电池电压均衡器，电池管理单元能实时检测动力电池组中各节电池单体的电压；在对电池组进行充电和/或放电时，电池电压均衡器在电池管理单元的控制下实时地使动力电池组中的较高电压电池单体对较低电压电池单体进行充电。本发明还公开了一种动力电池组电压均衡管理装置的管理方法。本发明减小了动力电池组电压均衡管理装置的体积，增强了便携性。本发明在电池组放电时亦能工作，从而充分利用了电池组中各节电池单体的能量，增加了汽车的行驶里程，降低了客户的使用成本。

Description

一种动力电池组电压均衡管理装置及其管理方法
技术领域
本发明涉及供电或配电的电路装置或装置，特别涉及一种动力电池组电压均衡管理装置及其管理方法。
背景技术
目前，电动车技术发展迅速，动力电源已经采用将多个锂电池或新型铁电池串接在一起组成电池组供电。在正常使用过程中，由于电池使用了一段时间后导致各节电池单体之间有所差异，使电池组的整体能量性能得不到很好的发挥。为了减小各电池单体之间的差异，需要对电池组进行维护。现有的较为先进的动力电池组电压均衡管理装置包括对电池进行检测和控制的电池管理单元、充电器和不定期维护的均衡充电器。这种均衡充电器内部包括与电池组数目相同的子均衡充电器，由每个子均衡充电器分别对应一节电池单体。当充电器工作完毕后，由每个子均衡充电器借助外部充电器分别对每节电池单体进行均衡充电维护，以减小各节电池单体之间的差异，从而提高电池组的性能。
由于现有技术的均衡充电器需包括与电池组数目相同的子均衡充电器，所以其体积较大，便携性不高，客户通常只能在充电站才能对电池组进行均衡充电维护，无形中增加了设备使用的不方便性，提高了客户的使用成本。并且现有的动力电池组电压均衡管理装置在放电时无法对电池组进行实时维护，无形中会使各电池单体间差异增大，而电池组在过放保护的前提下不能充分的释放电能，从而减少了汽车的行驶里程。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是弥补现有技术的缺陷，提供一种体积较小、便携性较高的动力电池组电压均衡管理装置。
本发明进一步要解决的技术问题是：提供一种能在电池组放电时亦能进行均衡维护的动力电池组电压均衡管理装置。
本发明要解决的另一个技术问题是：提供一种动力电池组电压均衡管理装置的管理方法。
本发明的第一个技术问题通过以下技术方案予以解决：一种动力电池组电压均衡管理装置，包括电池管理单元，其特征在于：还包括电池电压均衡器，所述电池管理单元能实时检测动力电池组中各节电池单体的电压；在对电池组进行充电和/或放电时，所述电池电压均衡器在电池管理单元的控制下实时地使动力电池组中的较高电压电池单体对较较低电压电池单体进行充电。
本发明的第一个技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：
所述电池电压均衡器包括隔离变压充放电单元、分别连接在电池组和所述隔离变压充放电单元之间的充电电池单体选通模块、放电电池单体选通模块；所述充电电池单体选通模块在所述电池管理单元的控制下使所述动力电池组中的较低电压电池单体与所述隔离变压充放电单元的充电单元相连；所述放电电池单体选通模块在所述电池管理单元的控制下使所述动力电池组中的较高电压电池单体与所述隔离变压充放电单元的放电单元相连。
所述较高电压选择动力电池组中单体的最高电压，所述较低电压选择动力电池组中单体的最低电压。
所述充电电池单体选通模块包括比所述动力电池组中的电池单体数量多一个的充电选通开关，每相邻两个充电选通开关分别与一节电池单体相对应，上述充电选通开关可在所述电池管理单元的控制下闭合或断开；
所述放电电池单体选通模块包括比所述动力电池组中的电池单体数量多一个的放电选通开关，每相邻两个放电选通开关分别与一节电池单体相对应，上述放电选通开关可在所述电池管理单元的控制下闭合或断开。
本发明的另一个技术问题通过以下技术方案予以解决：
一种动力电池组电压均衡管理装置的管理方法，其特征在于在对电池组进行充电和/或放电时包括如下均衡维护步骤：
电池管理单元实时比较检测到的电池组中各节电池单体的电压值、选择出较高电压电池单体和较低电压电池单体，所述电池管理单元控制电池电压均衡器使所述动力电池组中的较高电压电池单体对较低电压电池单体进行充电。
本发明的另一个技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：
在对所述电池组进行充电时还包括如下步骤：
1)所述电池管理单元启动充电器和所述电池电压均衡器同时进行充电和均衡维护；
2)所述电池管理单元实时检测各节电池单体的电压，判断是否有1节电池充满，如果有，所述电池管理单元关断所述充电器，所述电池电压均衡器继续工作以对电池组进行均衡维护；
3)所述电池管理单元检测所述电池组中较高电压电池单体是否充满，如果否，则重新启动所述充电器和所述电池电压均衡器，使两者同时工作；如果是，则所述电池管理单元关断所述充电器，而所述电池电压均衡器继续工作对电池组进行均衡维护。
4)所述电池管理单元判断所述电池组中每节电池单体的电压是否都大于对应电池充满的第一阈值且各电池单体之间电压的差值小于预定值，如果是，所述电池管理单元就关闭所述充电器)和所述电池电压均衡器。
在对所述电池组进行放电时还包括如下步骤：
所述电池管理单元判断所述电池组中每节电池单体的电压是否都小于对应放完电的第二阈值且各电池单体之间电压的差值小于预定值，如果是，所述电池管理单元就关闭所述电池电压均衡器。
所述较高电压选择动力电池组中单体的最高电压，所述较低电压选择动力电池组中单体的最低电压。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的动力电池组电压均衡管理装置，包括电池管理单元和电池电压均衡器，电池管理单元能实时检测动力电池组中各节电池单体的电压；在对电池组进行充电和/或放电时，电池电压均衡器在电池管理单元的控制下实时地使动力电池组中的较高电压电池单体对最低电压电池单体进行充电。本发明的电池电压均衡器不需像现有技术中设置对应每节电池单体的子均衡充电器，从而减少了电池电压均衡器的结构，减小了动力电池组电压均衡管理装置的体积，增强了便携性，而且用户不需特意去充电站对电池组进行均衡充电维护，给用户带来了方便。
特别地，本发明在电池组放电时亦能工作，实时地利用动态较高电压电池单体对动态最低电压电池单体进行充电，所以在放电过程中亦能实时均衡电池单体之间的电压，减少各个电池单体之间的差异，对电池组进行维护，这样既提升了电池组的整体性能，又更充分的利用了电池组中各节电池单体的能量，增加了汽车的行驶里程，降低了客户的使用成本。
附图说明
下面对照附图并结合具体实施方式对本发明做出说明。
图1是本发明的动力电池组电压均衡管理装置的结构示意图；
图2是本发明的电池电压均衡器的结构示意图；
图3是本发明的动力电池组电压均衡管理装置的均衡充电管理方法的流程图。
图中10.充电器，20.电池管理单元，30.电池电压均衡器，40.电池组，31.充电电池单体选通模块，32.隔离变压充放电单元，33.放电电池单体选通模块。
具体实施方式
如图1所示，一种动力电池组电压均衡管理装置，包括电池管理单元20和电池电压均衡器30；电池管理单元20输入端与电池组40相连，用于实时检测电池组40中各节电池单体的电压，电池管理单元20输出端分别与电池电压均衡器30和充电器10的输入端相连；所述电池电压均衡器30在电池管理单元20的控制下实时地使动力电池组40中的较高电压的电池单体对最低电压电池单体进行充电。
电池电压均衡器30包括充电电池单体选通模块31、放电电池单体选通模块33、隔离变压充放电单元32。隔离变压充放电单元32包括变压器T；充电电池单体选通模块31连接在变压器T的副边绕组和电池组40之间，用于在电池管理单元20的控制下选通最低电压对应的电池单体与变压器T的副边绕组相连；放电电池单体选通模块33连接在变压器T的原边绕组和电池组40之间，用于在电池管理单元20的控制下选通较高电压对应的电池单体与变压器T的原边绕组相连。
放电电池单体选通模块33与变压器T的原边绕组之间设置有由第一电容C1和第一电感L1组成的第一滤波模块；充电电池单体选通模块31与变压器T的副边绕组之间设置有由第二电容C2和第二电感L2组成的第二滤波模块。上述滤波模块可消除杂波的影响。
充电电池单体选通模块31具体可采用如下结构：充电电池单体选通模块31包括比电池组40的电池单体数量多一个的充电选通开关，每相邻两个充电选通开关分别与一节电池单体相对应。上述充电选通开关可在电池管理单元20的控制下闭合或断开。
放电电池单体选通模块33具体可采用如下结构：放电电池单体选通模块33包括比电池组40的电池单体数量多一个的放电选通开关，每相邻两个放电选通开关分别与一节电池单体相对应。上述充电选通开关可在电池管理单元20的控制下闭合或断开。
如图3所示，上述动力电池组电压均衡管理装置的均衡充电管理方法如下：在对电池组40进行充电时，电池管理单元20先启动充电器10和电池电压均衡器30，两者同时工作。电池管理单元20实时检测各节电池单体的电压，判断是否有1节电池充满，即检测到电池组40中任一节电池单体的电压达到对应电池充满的第一阈值时。如果有，电池管理单元20关断充电器10，而电池电压均衡器30继续工作对电池组进行均衡充电维护。电池管理单元20则检测电池组40中对应较高电压的电池单体是否充满，如果否，则又重新启动充电器10和电池电压均衡器30，使两者同时工作；如果是，则电池管理单元20关断充电器10，而电池电压均衡器30继续工作对电池组进行均衡充电维护。
上述均衡充电维护的工作过程如下：电池管理单元20实时比较检测到的电池组40中各节电池单体的电压值并选择出对应较高电压的电池单体和对应最低电压的电池单体，在电池管理单元20的控制下闭合较高电压的电池单体所对应的相邻两个放电选通开关和最低电压的电池单体所对应的相邻两个充电选通开关。较高电压的电池单体通过隔离变压充放电单元32对最低电压电池单体进行充电。
通过上述循环充电和均衡充电维护直到电池管理单元20判断出电池组40中每节电池单体的电压是否都大于对应电池充满的第一阈值且各电池单体之间电压的差值小于预定值，电池管理单元20就关闭充电器10和电池电压均衡器30。整个充电和维护过程就结束。
上述动力电池组电压均衡管理装置的均衡放电管理方法如下：在电池组40对外进行放电时，电池电压均衡器3进行均衡维护。上述均衡维护的工作过程如下：电池管理单元20实时比较检测到的电池组40中各节电池单体的电压值，实时地选择出对应较高电压的电池单体和对应最低电压的电池单体，并在电池管理单元20的控制下闭合较高电压的电池单体所对应的相邻两个放电选通开关和最低电压的电池单体所对应的相邻两个充电选通开关。较高电压的电池单体通过隔离变压充放电单元32对最低电压电池单体进行充电。这样可在电池组内部不同的电池单体之间进行循环的充放电。直到电池管理单元20判断出电池组40中每节电池单体的电压是否都小于对应放完电的阈值且各电池单体之间电压的差值小于预定值，电池管理单元20就关闭电池电压均衡器30。电池组40的放电过程就结束。
上述具体实施方式中是用最高电压电池单体对最低电压电池单体充电，但本发明不限于此，比如：可以让多个电压高于各单体电压平均值的单体电池对另外多个电压低于各单体电压平均值的单体电池一对一同时充电。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种动力电池组电压均衡管理装置，包括电池管理单元(20)，其特征在于：还包括电池电压均衡器(30)，所述电池管理单元(20)能实时检测动力电池组(40)中各节电池单体的电压；在对电池组(40)进行充电和/或放电时，所述电池电压均衡器(30)在电池管理单元(20)的控制下实时地使动力电池组(40)中的较高电压电池单体对较较低电压电池单体进行充电。
2.如权利要求1所述的动力电池组电压均衡管理装置，其特征在于：
所述电池电压均衡器(30)包括隔离变压充放电单元(32)、分别连接在电池组(40)和所述隔离变压充放电单元(32)之间的充电电池单体选通模块(31)、放电电池单体选通模块(33)；
所述充电电池单体选通模块(31)在所述电池管理单元(20)的控制下使所述动力电池组(40)中的较低电压电池单体与所述隔离变压充放电单元(32)的充电单元相连；
所述放电电池单体选通模块(33)在所述电池管理单元(20)的控制下使所述动力电池组(40)中的较高电压电池单体与所述隔离变压充放电单元(32)的放电单元相连。
3.如权利要求1或2所述的动力电池组电压均衡管理装置，其特征在于：
所述较高电压选择动力电池组中单体的最高电压，所述较低电压选择动力电池组中单体的最低电压。
4.如权利要求3所述的动力电池组电压均衡管理装置，其特征在于：
所述充电电池单体选通模块(31)包括比所述动力电池组(40)中的电池单体数量多一个的充电选通开关，每相邻两个充电选通开关分别与一节电池单体相对应，上述充电选通开关可在所述电池管理单元(20)的控制下闭合或断开；
所述放电电池单体选通模块(33)包括比所述动力电池组(40)中的电池单体数量多一个的放电选通开关，每相邻两个放电选通开关分别与一节电池单体相对应，上述放电选通开关可在所述电池管理单元(20)的控制下闭合或断开。
5.一种动力电池组电压均衡管理装置的管理方法，其特征在于在对电池组(40)进行充电和/或放电时包括如下均衡维护步骤：
电池管理单元(20)实时比较检测到的电池组(40)中各节电池单体的电压值、选择出较高电压电池单体和较低电压电池单体，所述电池管理单元(20)控制电池电压均衡器(30)使所述动力电池组(40)中的较高电压电池单体对较低电压电池单体进行充电。
6.如权利要求5所述的动力电池组电压均衡管理装置的管理方法，其特征在于：在对所述电池组(40)进行充电时还包括如下步骤：
1)所述电池管理单元(20)启动充电器(10)和所述电池电压均衡器(30)同时进行充电和均衡维护；
2)所述电池管理单元(20)实时检测各节电池单体的电压，判断是否有1节电池充满，如果有，所述电池管理单元(20)关断所述充电器(10)，所述电池电压均衡器(30)继续工作以对电池组(40)进行均衡维护；
3)所述电池管理单元(20)检测所述电池组(40)中较高电压电池单体是否充满，如果否，则重新启动所述充电器(10)和所述电池电压均衡器(30)，使两者同时工作；如果是，则所述电池管理单元(20)关断所述充电器(10)，而所述电池电压均衡器(30)继续工作对电池组进行均衡维护；
4)所述电池管理单元(20)判断所述电池组(40)中每节电池单体的电压是否都大于对应电池充满的第一阈值且各电池单体之间电压的差值小于预定值，如果是，所述电池管理单元(20)就关闭所述充电器(10)和所述电池电压均衡器(30)。
7.如权利要求5所述的动力电池组电压均衡管理装置的管理方法，其特征在于在对所述电池组(40)进行放电时还包括如下步骤：
所述电池管理单元(20)判断所述电池组(40)中每节电池单体的电压是否都小于对应放完电的第二阈值且各电池单体之间电压的差值小于预定值，如果是，所述电池管理单元(20)就关闭所述电池电压均衡器(30)。
8.如权利要求5或6或7所述的动力电池组电压均衡管理装置的管理方法，其特征在于：
所述较高电压选择动力电池组中单体的最高电压，所述较低电压选择动力电池组中单体的最低电压。
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