CN102270862B - 一种带有双向自主平衡的车载电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有双向自主平衡的车载电池管理系统，包括至少2个电池检测IC芯片、至少2组电池组、储能模块、第一单向能量转换模块、第二单向能量转换模块；电池组与电池检测IC芯片一一对应；每个电池检测IC芯片与其相互对应的电池组中的电池相互连接；每节电池的正极输入端均设有一个引出开关；每个引出开关分别与吸取能量总线切换开关模块和释放能量总线切换开关模块相连；吸取能量总线切换开关模块与第一单向能量转换模块相连；释放能量总线切换开关模块与第二单向能量转换模块相连；储能模块的输入端与第一单向能量转换模块相连，输出端与第二单向能量转换模块相连。本发明解决了纯电动汽车运行过程中的电池一致性问题。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车车载电池管理领域，特别是涉及一种带有双向自主平衡的车载电池管理系统。
背景技术
纯电动汽车的运行，有二大瓶颈的问题：即电池的一致性问题和车载电池容量造成的续驶里程短的稳定性问题。由于电池单体在生产过程的材料一致性以及生产过程工艺的差异，因此，纯电动汽车运行若干时间后，电池的差异变大，造成车辆的续驶里程无可避免的降低。这是因为纯电动汽车是采用电池串连方式连接的，整个充电过程是对串连的电池进行充电的，这样，当整个串连回路中的电流是唯一的，由于各个单体电池的内阻等参数的变化，因此，自然造成了各个电池单体能量的变化。
在电池的充电过程中，充电机始终与电池管理系统(简称“BMS”)进行通讯，当串连电路中某单体电池电压达到上限值时，必须降低充电的能量，以保证电池不致损坏，这样，久而久之，处于能量下限的单体电池得不到足够的能量，因此电压必然将是最低的。在开车的过程中，BMS也始终监视着各个单体的电压值，当某个单体电池下降到极限值时，必须让系统关闭，车辆停止运行。
不难发现，由于电池一致性的变化，充电过程不能将所有的电池能量充满，而放电过程(车俩运行过程)，由于受低限值单体电池的制约，又不能将整车所有电池的能量用完，在纯电动汽车的整个运行过程中，电池整体的充不满和放不完，直接导致了续驶里程的降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种带有双向自主平衡的车载电池管理系统，通过对电池管理系统的双向自主平衡，解决了纯电动汽车运行过程中的电池一致性问题，以使纯电动汽车的续驶里程保持一个稳定的态势。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种带有双向自主平衡的车载电池管理系统，包括由DSP数字处理芯片和FPGA芯片组成的智能控制器系统，所述的车载电池管理系统还包括至少2个电池检测IC芯片、至少2组电池组、储能模块、第一单向能量转换模块、第二单向能量转换模块；所述的每组电池组包括至少2节相互串联的电池；所述的电池组与电池检测IC芯片一一对应；所述的每个电池检测IC芯片与其相互对应的电池组中的电池相互连接；所述的每节电池的正极输入端均设有一个引出开关；所述的每个引出开关分别与吸取能量总线切换开关模块和释放能量总线切换开关模块相连；所述的吸取能量总线切换开关模块与所述的第一单向能量转换模块相连；所述的释放能量总线切换开关模块与所述的第二单向能量转换模块相连；所述的储能模块的输入端与所述的第一单向能量转换模块相连，输出端与所述的第二单向能量转换模块相连；所述的DSP数字处理芯片分别与所述的储能模块、第一单向能量转换模块和第二单向能量转换模块相连；所述的FPGA芯片分别与所述的引出开关、电池检测IC芯片、吸取能量总线切换开关模块和释放能量总线切换开关模块相连。
所述的吸取能量总线切换开关模块内设有四个吸取能量总线切换开关；所述的引出开关分为两组；所述的两组引出开关分别通过两个吸取能量总线切换开关与所述的第一单向能量转换模块的正极相连，并通过另外两个吸取能量总线切换开关与所述的第一单向能量转换模块的负极相连。
所述的释放能量总线切换开关模块内设有四个释放能量总线切换开关；所述的引出开关分为两组；所述的两组引出开关分别通过两个释放能量总线切换开关与所述的第二单向能量转换模块的正极相连，并通过另外两个释放能量总线切换开关与所述的第二单向能量转换模块的负极相连。
所述的电池组最多为50组。
所述的每组电池组由2～6节串联的电池组成。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明采用了电路处理的方式，对单体电池的能量进行转移：在充电过程中，将单体高电压电池的能量进行转移，以此弥补低能量单体电池，从而保证充电机能有效地继续充电，在放电过程中(车辆运行过程)，将对最低能量电池进行补充，以使车辆能继续运行而不至于其损害。在充电和放电过程采用了能量转移的方式实现，而非采用耗能的方式实现，节约了能量的消耗，克服了由于耗能带来的系统温度上升的问题，从而使整个系统更为稳定。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种带有双向自主平衡的车载电池管理系统，如图1所示，包括由DSP数字处理芯片和FPGA芯片组成的智能控制器系统，该车载电池管理系统还包括i个电池检测IC芯片、i组电池组、储能模块、第一单向能量转换模块、第二单向能量转换模块，其中，i可以是小于等于50的任意数值。每组电池组包括6节相互串联的电池，本发明中电池组还可以由2节电池或4节电池组成。电池组与电池检测IC芯片一一对应。每个电池检测IC芯片与其相互对应的电池组中的6节电池相互连接，用于采集各节电池内的信息。每节电池的正极输入端均设有一个用于能量转移的引出开关，每个引出开关分别与吸取能量总线切换开关模块和释放能量总线切换开关模块相连。吸取能量总线切换开关模块与第一单向能量转换模块相连，释放能量总线切换开关模块与第二单向能量转换模块相连。其中，吸取能量总线切换开关模块内设有四个吸取能量总线切换开关，引出开关分成两组，两组引出开关分别通过两个吸取能量总线切换开关与第一单向能量转换模块的正极相连，再分别通过另外两个吸取能量总线切换开关与第一单向能量转换模块的负极相连，只有当正极和负极接通时才会向电池吸取能量；释放能量总线切换开关模块内设有四个释放能量总线切换开关，同样引出开关也分为两组，两组引出开关分别通过两个释放能量总线切换开关与第二单向能量转换模块的正极相连，再分别通过另外两个释放能量总线切换开关与第二单向能量转换模块的负极相连，只有当正极和负极接通时才会向电池释放能量。储能模块的输入端通过能量传递总线与第一单向能量转换模块相连，输出端同样通过能量传递总线与第二单向能量转换模块相连。DSP数字处理芯片分别与储能模块、第一单向能量转换模块和第二单向能量转换模块相连。FPGA芯片分别与引出开关、电池检测IC芯片、吸取能量总线切换开关模块和释放能量总线切换开关模块相连。
本发明中的电池检测IC芯片可采用电池检测的专用集成电路(型号：76PL536)，该集成电路自动完成对各个单体电池的A/D转换，每块集成电路能同时采集各个电池的信息，同时将结果以串行数字的方式进行传递。储能模块可以采用B+C储能模块，用于储存来自第一单向能量转换模块转换得到的能量以及向第二单向能量转换模块提供需要传递的能量。第一单向能量转换模块和第二单向能量转换模块采用DC/DC电源模块实现，如图1中，DC/DC1模块作为第一单向能量转换模块，通过传递总线向单体电池吸取能量，送入B+C储能模块，DC/DC2模块作为第二单向能量转换模块，通过传递总线将B+C储能模块存储的能量释放给选中的单体电池。FPGA芯片实现与所有引出开关、吸取能量总线切换开关模块和释放能量总线切换开关模块连接，以及与电池检测IC芯片的通讯连接。DSP数字处理芯片与储能模块、第一单向能量转换模块和第二单向能量转换模块相连，负责完成全部算法的实现。
本发明使用时，如图1所示，首先由电池检测IC芯片对各节电池(B1、B2、…、Bi+6)进行采样，当电池检测IC芯片采集得到各个电池的电压后，DSP数字处理芯片将完成SOC的运算，并由算法决定，是以能量优先还是以电压优先的方式进行平衡能量转移。在这个过程中，明确了将要实现能量输出的单体电池和能量输入的单体电池。通过FPGA芯片选中需要能量输出的单体电池的引出开关和需要能量输入的单体电池的引出开关，再选中吸取能量总线切换开关模块中的切换开关K_DC1、K_DC3组合或K_DC2、K_DC4组合中的二个组合之一，具体选择何种组合根据能量输出的单体电池决定，启动作为第一单向能量转换模块的DC/DC1电源模块，进入能量的输出转移，将选中输出能量的单体电池的能量保存在B+C储能模块中，直至转换完成。然后选中释放能量总线切换开关模块中的切换开关K_DC5、K_DC7组合或K_DC6、K_DC8组合中的二个组合之一，具体选择何种组合根据能量输入的单体电池决定，启动作为第二单向能量转换模块的DC/DC2电源模块，进入能量的输入转移，将保存在B+C储能模块中的能量释放到被选中的需要能量输入的单体电池中，直至B+C储能模块中的能量释放转换完毕。上述过程周而复始，直至所有单体电池的能量相一致、电压相一致。
本发明的双向能量转移的平衡过程是在充电过程中对最高电压单体电池的放电，即将电压高的电池的能量转移出去，该过程必须与充电机的充电过程相匹配；在放电过程中对最低电压单体电池的充电，即将补给能量给电压最低的单体电池，该过程必须与整车驱动系统相匹配。
不难发现，本发明采用了电路处理的方式，对单体电池的能量进行转移：在充电过程中，能够将单体高电压电池的能量进行转移，以此弥补低能量单体电池，从而保证充电机能有效地继续充电，在放电过程中(车辆运行过程)，能够将对最低能量电池进行补充，以使车辆能继续运行而不至于其损害。
Claims (5)
1.一种带有双向自主平衡的车载电池管理系统，包括由DSP数字处理芯片和FPGA芯片组成的智能控制器系统，其特征在于，所述的车载电池管理系统还包括至少2个电池检测IC芯片、至少2组电池组、储能模块、第一单向能量转换模块、第二单向能量转换模块；每组电池组包括至少2节相互串联的电池；所述的电池组与电池检测IC芯片一一对应；每个电池检测IC芯片与其相互对应的电池组中的电池相互连接；每节电池的正极输入端均设有一个引出开关；每个引出开关分别与吸取能量总线切换开关模块和释放能量总线切换开关模块相连；所述的吸取能量总线切换开关模块与所述的第一单向能量转换模块相连；所述的释放能量总线切换开关模块与所述的第二单向能量转换模块相连；所述的储能模块的输入端与所述的第一单向能量转换模块相连，输出端与所述的第二单向能量转换模块相连；所述的DSP数字处理芯片分别与所述的储能模块、第一单向能量转换模块和第二单向能量转换模块相连；所述的FPGA芯片分别与所述的引出开关、电池检测IC芯片、吸取能量总线切换开关模块和释放能量总线切换开关模块相连。
2.根据权利要求1所述的带有双向自主平衡的车载电池管理系统，其特征在于，所述的吸取能量总线切换开关模块内设有四个吸取能量总线切换开关；所述的引出开关分为两组；所述的两组引出开关分别通过两个吸取能量总线切换开关与所述的第一单向能量转换模块的正极相连，并通过另外两个吸取能量总线切换开关与所述的第一单向能量转换模块的负极相连。
3.根据权利要求1所述的带有双向自主平衡的车载电池管理系统，其特征在于，所述的释放能量总线切换开关模块内设有四个释放能量总线切换开关；所述的引出开关分为两组；所述的两组引出开关分别通过两个释放能量总线切换开关与所述的第二单向能量转换模块的正极相连，并通过另外两个释放能量总线切换开关与所述的第二单向能量转换模块的负极相连。
4.根据权利要求1所述的带有双向自主平衡的车载电池管理系统，其特征在于，所述的电池组最多为50组。
5.根据权利要求1所述的带有双向自主平衡的车载电池管理系统，其特征在于，每组电池组由2～6节串联的电池组成。
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