CN101917034A - 一种基于继电器切换的锂电池组无损均衡装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于继电器切换的锂电池组无损均衡装置，属电池保护技术领域。其目的是提供一种均衡电流大，均衡时间短，均衡效率高的基于继电器切换的锂电池组无损均衡装置。其包括串联或并联的电池组、直流/直流变换单元，多个双刀继电器和检测控制单元；直流/直流变换单元输入端与电池组正负极连接，其输出端为一路隔离的直流电源；各双刀继电器的常开触点的一端分别并联连接在直流/直流变换单元输出端的正负极上，另一端的常开触点分别对应连接在电池组中各单体电池的正负极上；电池组中各单体电池的正负极分别由电压检测排线接入检测控制单元。使电池组内各单体电池保持了很好的均衡性。

Description

一种基于继电器切换的锂电池组无损均衡装置
技术领域
本发明涉及一种基于继电器切换的锂电池组无损均衡装置，属电池保护技术领域。
背景技术
动力锂电池组近年来在电动汽车、大型后备电源的应用越来越广泛，动力锂电池组一般由多节单体电池进行串联而成，电池本身一致性的差异如果不及时进行均衡处理，会在使用过程中差异越来越大，最终导致整个电池组容量严重衰减。
电池组均衡装置就是通过外部电路使得电池组内单体电池的一致性差异能动态调整，维护单体电池间的均衡性。最常见的方法是在电池两端并联一个旁路电阻，通过一个开关来控制电阻回路的通断，当电池间的差异较大时，表现为单体电池的电压差较大，选取电压较高的部分单体电池，可以通过控制开关导通并联的电阻回路将其的能量释放掉一部分，最终使得每个单体电池间的电压差维持在一个合理的范围内。由于单体电池内多余的电量被旁路电阻白白消耗，所以造成电池能量的浪费，电阻放电会产生较大的热量，故采用这种方式的均衡电流也较小。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术之不足，提供一种均衡电流大，均衡时间短，均衡效率高的基于继电器切换的锂电池组无损均衡装置。
其技术方案是：一种基于继电器切换的电池组无损均衡装置，包括串联电池组、直流/直流变换单元，多个均衡控制继电器和检测控制单元；其特征在于：直流/直流变换单元输入端与电池组正负极连接，其输出端为一路隔离的直流电源；均衡控制继电器的两个公共端触点分别并联连接在直流/直流变换单元输出端的正负极上，其常开端触点分别对应连接在电池组中各单体电池的正负极上；电池组中各单体电池的正负极分别由电压检测排线接入检测控制单元。
检测控制单元由电池组单体电压采集电路和继电器控制电路组成；单体电压检测电路由继电器切换矩阵和A/D转换单元构成，继电器切换矩阵采用N选1矩阵；矩阵内的各双刀继电器的两个公共端触点分别通过电压检测排线对应连接在电池组中各单体电池的正负极上，其常闭端触点悬空，常开端触点分别并联到A/D转换单元的输入端上；继电器控制电路由MCU单片机构成，MCU单片机的输入端与A/D转换单元的输出端连接，其输出端输出对各均衡控制继电器和N选一继电器矩阵的控制信号。
其技术效果是：本发明通过MCU单片机对电池组各单体电池电压的采集，得到电压最低电池的位置，当该电压最低的电池与其他电池的压差大于设定的均衡压差阈值时，MCU单片机即输出控制信号到与该电压最低电池对应的均衡控制继电器，使该双刀继电器吸合，其触点开关闭合，从而接通直流/直流变换单元的输出端，开始对该电池进行充电，使该电池与其他电池的压差减小；当MCU单片机通过电池组单体电压采集电路测得该电池与其他电池的压差小于设定的均衡压差阈值时，MCU单片机即切断该双刀继电器的控制信号，使该双刀继电器的触点断开，从而结束对该电池的单独充电。上述过程持续进行，从而使得电池组内每个单体电池的压差都能控制在较小的范围内，即电池组内各单体电池保持很好的均衡性。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、均衡过程中多余的电量转移到电量较低的电池，避免了多余电量的浪费。
2、均衡过程不存在电阻发热问题。
3、均衡电流大，使得均衡时间缩短，均衡效率提高。
附图说明
图1是本发明的电原理图；
图2是检测控制单元电原理图；
图3是本发明的控制流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于继电器切换的电池组无损均衡装置，采用串联的电池组、直流/直流变换单元，多个双刀继电器和检测控制单元。直流/直流变换单元(DC/DC)输入端与单体电池BT1～BTn串联电池组正负极In+和In-连接，其输出端为一路隔离的直流电源Out+和Out-。通过直流-直流变换将电池组的电压转换为可对单体电池充电的直流电源。均衡控制继电器BR1-BRn的公共端触点分别并联连接在直流/直流变换单元输出端的正负极上，其常开端触点分别对应连接在电池组中各单体电池的正负极上；电池组中各单体电池的正负极分别由电压检测排线接入检测控制单元。
如图2所示，检测控制单元由电池组单体电压采集电路和继电器控制电路组成。单体电压检测电路由继电器切换矩阵和A/D转换单元构成，继电器切换矩阵采用N选1矩阵；矩阵内的双刀继电器VR1～VRn的两个公共端触点分别通过电压检测排线对应连接在电池组中各单体电池的正负极上，其常闭端触点悬空，常开端触点分别并联到A/D转换单元的输入端上；继电器控制电路由MCU单片机构成，MCU单片机的输入端与A/D转换单元的输出端连接，其输出端输出对各均衡控制继电器BR1-BRn和N选一继电器矩阵的控制信号。
其工作过程：MCU单片机根据设定的指令，单体电压检测电路中的N选一矩阵逐次将电池组内各单体电池的电压释放到电压总线V+和V-上，根据A/D转换得到每个单体电池的电压。例如测量BT1两端电压时，VR1继电器的常开触点吸合，其他继电器的常开触点断开，确保V+连接到BT1的正极，V-连接BT1的负极。测量BT2两端电压时，VR2继电器的常开触点吸合，其他继电器的常开触点断开，确保V+连接到BT2的正极，V-连接BT2的负极。V+，V-连接的A/D转换单元即可根据V+，V-的电压差进行数模转换得到电池两端的电压。A/D转换单元将转换结果送至MCU单片机，MCU通过比较计算，输出控制信号至RC1～RCn，以控制与直流/直流变换单元连接的均衡控制继电器常开触点的闭合和断开。
MCU单片机均衡控制流程如下(见图3)：
1、MCU单片机判断电池组是否需要开启均衡，即单体电池间的压差是否大于设定的均衡开启阈值，如果压差小于阈值，表明单体电池间的均衡性较好，均衡无须开启，继续返回检测单体电池电压。如果单体电池压差大于阈值，表明单体电池间的均衡性不好，需启动均衡。
2、启动均衡过程如下：MCU单片机找到电压最低的单体电池，即输出控制信号到与该电压最低电池对应的双刀继电器，使该双刀继电器吸合，其触点开关闭合，接通直流/直流变换单元的输出端，对该电池进行充电，其他的双刀继电器保持断开。
3、均衡开启后继续检测单体电池电压，如果单体电池压差大于阈值，则转到流程2继续。如果单体电池压差小于阈值，则说明电池均衡性已经在可接受的范围内，关闭均衡，转到流程1继续执行。

Claims (2)

1.一种基于继电器切换的电池组无损均衡装置，包括串联电池组、直流/直流变换单元，多个均衡控制继电器和检测控制单元；其特征在于：所述直流/直流变换单元输入端与电池组正负极连接，其输出端为一路隔离的直流电源；所述均衡控制继电器的两个公共端触点分别并联连接在直流/直流变换单元输出端的正负极上，其常开端触点分别对应连接在电池组中各单体电池的正负极上；电池组中各单体电池的正负极分别由电压检测排线接入检测控制单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于继电器切换的电池组无损均衡装置，其特征在于：所述检测控制单元由电池组单体电压采集电路和继电器控制电路组成；单体电压检测电路由继电器切换矩阵和A/D转换单元构成，继电器切换矩阵采用N选1矩阵；矩阵内的各双刀继电器的两个公共端触点分别通过电压检测排线对应连接在电池组中各单体电池的正负极上，其常闭端触点悬空，常开端触点分别并联到A/D转换单元的输入端上；继电器控制电路由MCU单片机构成，MCU单片机的输入端与A/D转换单元的输出端连接，其输出端输出对各均衡控制继电器和N选一继电器矩阵的控制信号。
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