CN102496970A - 纯电动公交客车动力电源的soc检测及能量均衡系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种纯电动公交客车动力电源的SOC检测及能量均衡系统与方法，采用双电池组并联结构的电源系统，每个电池分组中的电池单体与由电阻和电容组成的积分电路构成回路，以电容端电压作为输入信号，综合计算双电池组电源系统的SOC值，根据各个电池组电池单体的SOC检测结果，控制剩余电量较高的电池单体的能量向剩余电量较低的电池单体流动，实现电池能量的快速均衡，电路结构简单，检测精度高，电池均衡过程中无能量损失，可有效消除电动汽车在行驶过程中由于突然加、减速所造成的电池单体电压瞬时变化带来的对SOC检测的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于纯电动公交客车车载动力电源的SOC（SOC: 电池荷电状态）精确检测及能量均衡系统，尤其是涉及多组动力电池单体的电压采样、SOC检测电路、检测方法、电池单体之间的能量均衡以及基于CAN总线技术的数据通讯的技术领域。
背景技术
城市公交客车大多采用石油作为燃料，一方面带来了对全球不可再生能源石油的需求加大，造成了石油资源的日趋匮乏，另一方面来带来的日趋严重的环境污染问题，使得低碳高效新型替代能源的使用成为了必然。纯电动公交客车使用蓄电池作为动力，具有无污染、高效率等特点，日益受到重视。纯电动公交客车利用车载电池驱动车辆，由于受蓄电池性能的制约，其行驶里程有限；且在城市工况下，由于地形结构、交通拥堵等因素，车辆加减速频繁，容易造成电池的过放电现象，影响其使用寿命。同时，在车辆行驶过程中，如发生电池电量耗尽的情况，将导致车辆在远离充电站外停车，给人们出行带来不便，也容易造成交通堵塞。因此，实时精确地监控电池组的荷电状态SOC，显得十分重要。
目前，纯电动汽车车载电源管理系统对电池SOC值的检测大多采用开路电压法，这种方法采用整个电池组的开路电压来估算电池SOC值。由于在电池的使用过程中，电池单体间的放电状况不可能完全一致，因此采用整个电池组的开路电压来估算实际的SOC值并不准确。另外，车载电源一般都采用数量庞大的电池单体通过复杂的串、并联方式组合成电源系统，由于生产制造过程中电池单体之间存在工艺上的差异性，造成电池单体之间的容量并不完全相同，由此带来车辆行驶过程中存在部分电池的单体能量提前消耗殆尽，而另外部分电池单体能量盈余的现象，因而将该部分电池单体的能量适时地向能量较低的电池单体之间转移，从而实现电池单体之间的能量均衡，不但可以延长车辆行驶里程，还可防止局部电池单体的过放电现象，从而大大延长电池的使用寿命。
目前常用的电池能量均衡方法，一般可以归结为以下三类：1、根据电池单体之间容量的差异，在给电池组充电的过程中通过有针对性的对电池充入不同的电量来保证能量的均衡； 2、在电池使用过程中，通过复杂的振荡电路来实现电池单体之间能量的流动，达到能量均衡的目的；3、在电池使用过程中，对电量盈余部分电池单体采用消耗能量的放电方法，释放多余的电量，以保证各个电池单体之间能量的均衡。这三种常用的电池能量均衡方法，要么无法实现电池使用过程中的动态能量均衡，要么采用复杂的震荡电路实现能量均衡，从而不可避免地带来交流成分对电池的冲击，或者采用能量消耗法来实现能量均衡，因此这些方法都存在一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于纯电动公交客车动力电源的SOC精确检测及能量均衡系统及方法，实现SOC较高的电池单体的能量向SOC较低的电池单体流动，达到能量均衡的目的。
本发明纯电动公交客车动力电源的SOC检测及能量均衡系统采用的技术方案是：动力电源由两个电池组模块Bat1、Bat2并联而成，电池组模块Bat1、Bat2各由4个电池单体Cell1～Cell4、Cell5～Cell8依次串联，电池单体Cell1～Cell4、Cell5～Cell8分别与由电阻R6～R9与电容C1～C4、电阻R20～R23与电容C5～C8组成的积分电路构成回路；电容C1～C4、C5～C8正极端分别通过B5、B8总线分别连接单片机U1、U5，电容C1～C4负极端及电池单体Cell1的正极端、电容C5～C8负极端及电池单体Cell5正极端分别通过B2、B3总线分别连接多路开关U6、U9；双向可控硅Q1～Q4、Q15～Q18、Q5～Q8、Q10～Q13的T1端分别通过电阻R1～R4、R24～R27、R10～R13、R15～R18分别与电池单体Cell1～Cell4、Cell5～Cell8的正极相连，双向可控硅Q1～Q4、Q15～Q18的G端分别通过B1、B4总线连接单片机U3，双向可控硅Q1～Q4和Q15～Q18的各T2端相连；双向可控硅Q9、Q14的T1端分别通过电阻R14、R19分别与电池单体Cell 4、Cell8的负极相连，双向可控硅Q9、Q14、Q5～Q8、Q10～Q13的各T2端相连，双向可控硅Q5～Q9、Q10～Q14的G端分别通过B6、B7总线连接单片机U3；单片机U1 、U5分别连接多路开关U6、U9且分别通过光电隔离器U2、U4连接单片机U3，单片机U3分别连接单片机U1、U5且3通过光电隔离器U7连接CAN总线控制器U8。
本发明纯电动公交客车动力电源的SOC检测及能量均衡系统的SOC检测方法采用的技术方案包括如下步骤：1）对单片机U1、U5赋予不同的编码值分别控制多路开关U6、U9的选通状态，将电池单体Cell1～Cell8的电压输入至单片机U1、U5的内部，计算出各个电池单体Cell1～Cell8的SOC值；2）单片机U3由高电平置为低电平，单片机U1、U5分别将电池组模块Bat1、Bat2中当前的电池单体的电压、SOC值发送到单片机U3，单片机U3根据这些数据加权计算出电源总的SOC值。
本发明纯电动公交客车动力电源的SOC检测及能量均衡系统的SOC能量均衡方法采用的技术方案是：由单片机U3根据单片机U1、U5发送的电池组模块Bat1、Bat2中电池单体Cell1～Cell8的SOC值进行比较，找出SOC值最大和最小的电池单体，发出触发信号使相应的双向可控硅导通，将最大和最小的两个电池单体的正极与正极、负极与负极相连，实现能量均衡。
本发明采用双电池组并联结构的电源系统，通过检测每个电池组单体开路电压，来综合计算双电池组电源系统的SOC值，根据计算结果，进行电池单体之间能量的均衡。根据各个电池组电池单体的SOC检测结果，控制剩余电量较高的电池单体的能量向剩余电量较低的电池单体流动，通过双向可控硅构成的无触点开关可快速将不同电量的电池单体联接起来，可实现电池能量的快速均衡。每个电池组的电池单体SOC值，电压等信息都可以传输到主控CPU，主控CPU可将这些信息通过CAN总线传输到电源管理系统，通过显示终端实时显示出来，并可对电池电量不足、电压欠压等信息进行报警提示。其有益效果是：
1、本发明通过检测双电池组并联结构电源系统的每个电池组单体开路电压来综合估算双电池组电源系统的SOC值，实时监控SOC状态，检测精度高；每个电池分组中的电池单体与由电阻和电容组成的积分电路构成回路，以电容端电压作为输入信号，电路结构简单，且可有效消除电动汽车在行驶过程中由于突然加、减速所造成的电池单体电压瞬时变化带来的对SOC检测的影响，稳定性好，成本低廉、便于日后维护。
2、具有两个SOC检测模块，每个模块都可将相应的电池组中所有电池单体的开路电压、SOC等信息通过光电隔离器传递给主控CPU，主控CPU可根据这些信息进行电源系统能量均衡的控制，因此各模块之间的任务分配较为均衡，使得整个系统响应快速、实时性高；电池均衡过程中无能量损失，不但节约了宝贵的电能，而且能量转换效率高，大大延长电池的使用寿命。
3、双电池组电池单体之间通过由双向可控硅构成的拓扑结构无触点开关相连，主控CPU可以触发导通相应的双向可控硅，从而将不同电量的电池单体联接起来，实现电池单体之间能量的快速均衡，此过程结束后，双向可控硅自动截止，无需人工干预。
4、主控CPU可将电源系统、电池单体的SOC、开路电压等信息通过CAN总线传输到电源管理系统，以便其通过显示终端实时显示出来，并可对电池电量不足、电压欠压等信息进行报警提示。
5、融合了计算机测控技术、滤波算法和CAN总线通讯技术，可对纯电动公交客车车载动力电源的SOC精确检测，从而可以实时预测车辆的续航里程，以便为驾车人员的行车决策提供有效的参考。
附图说明
图1是车载动力电源系统、开路电压积分采样电路及电池单体间通过双向可控硅联接的拓扑结构原理图；
图2是车载动力电源系统－驱动及控制电路原理图；
图3是Cell1对Cell5进行充电时的能量均衡原理图；
图4是Cell1对Cell6进行充电时的能量均衡原理图；
图5是Cell1对Cell7进行充电时的能量均衡原理图；
图6是Cell1对Cell8进行充电时的能量均衡原理图；
图7是Cell2对Cell5进行充电时的能量均衡原理图；
图8是Cell2对Cell6进行充电时的能量均衡原理图；
图9是Cell2对Cell7进行充电时的能量均衡原理图；
图10是Cell2对Cell8进行充电时的能量均衡原理图；
图11是Cell3对Cell5进行充电时的能量均衡原理图；
图12是Cell3对Cell6进行充电时的能量均衡原理图；
图13是Cell3对Cell7进行充电时的能量均衡原理图；
图14是Cell3对Cell8进行充电时的能量均衡原理图；
图15是 Cell4对Cell5进行充电时的能量均衡原理图；
图16是 Cell4对Cell6进行充电时的能量均衡原理图；
图17是Cell4对Cell7进行充电时的能量均衡原理图；
图18是Cell4对Cell8进行充电时的能量均衡原理图。
具体实施方式
如图1-2所示，纯电动公交客车动力电源由两个电池组模块Bat1和Bat2并联而成，每个电池组模块均由4个电池单体依次串联，其中，电池组模块Bat1由4个电池单体Cell1～Cell4依次串联，电池组模块Bat2由4个电池单体Cell5～Cell8依次串联。
每个电池单体分别由电阻和电容组成的积分电路构成回路，电池单体Cell1～Cell4分别由电阻R6与电容C1、电阻R7与电容C2、电阻R8与电容C3、电阻R9与电容C4组成的积分电路构成回路，电池单体Cell5～Cell8分别由电阻R20与电容C5、电阻R21与电容C6、电阻R22与电容C7、电阻R23与电容C8组成的积分电路构成回路。
电容C1～C8上的端电压作为采样信号输入。电容C1～C4正极端通过B5总线连接型号为P87/C591的单片机U1的P1.2～P1.5端口，电容C1～C4的负极端以及电池单体Cell1的正极端通过B2总线连接到多路开关U6的Y0～Y4端口；电容C5～C8正极端通过B8总线连接到型号为P87/C59的单片机U5的P1.2～P1.5端，电容C5～C8负极端以及电池单体Cell5的正极端通过B3总线连接到多路开关U9的Y0～Y4端口。
双向可控硅Q1～Q4的4个T1端分别通过电阻R1～R4分别与电池单体Cell1～Cell4的4个正极相连，双向可控硅Q1～Q4的4个G端通过B1总线分别与型号为P87/C591的单片机U3的P0.3～P0.6相连；双向可控硅Q15～Q18的4个T1端分别通过电阻R24～R27分别与电池单体Cell5～Cell8的4个正极相连，双向可控硅Q15～Q18的4个G端分别通过B4总线分别与单片机U3的P2.3～P2.6相连，最后将双向可控硅Q1～Q4和双向可控硅Q15～Q18的T2端全部连接在一起。
双向可控硅Q5～Q8以及双向可控硅Q10～Q13的T1端分别通过电阻R10～R13以及电阻R15～R18分别与电池单体Cell1～Cell4以及电池单体Cell5～Cell8的正极相连，最后将双向可控硅Q5～Q8以及双向可控硅Q10～Q13的T2端全部连接在一起。
双向可控硅Q9、双向可控硅Q14的T1端分别通过电阻R14、电阻R19分别与电池单体Cell 4、电池单体Cell8的负极相连，双向可控硅Q9和双向可控硅Q14的T2端与双向可控硅Q5～Q8及双向可控硅Q10～Q13的T2端相连，双向可控硅Q5～Q9的G端通过B6总线连接到单片机U3的P1.2、P1.3及P0.0～P0.2端口，双向可控硅Q10～Q14的G端通过B7总线连接到单片机U3的P1.6、P1.7及P2.0～P2.2。
单片机U1的P0.0、 P0.1、 P0.2端连接多路开关U6的S0、S1、S2端，单片机U5的P0.0、 P0.1、 P0.2端与多路开关U9的S0、S1、S2端相连。单片机U1的数据发送、接收端P3.0/RX、P3.1/TX通过光电隔离器U2与单片机U3的数据接收、发送端TX、RX端相连，单片机U5的数据发送、接收端P3.0/RX、P3.1/TX通过光电隔离器U4与单片机U3 的数据接收、发送端TX、RX相连。单片机U3的P1.4、P1.5端分别与单片机U1、U5的外部中断输入端P3.2相连；单片机U1、U5的P0.3分别连接到单片机U3的外部中断输入端P3.2、P3.3；单片机U3的CAN总线数据发送接、收端P1.1、P1.0通过光电隔离器U7与CAN总线控制器U8的数据接收、发送端RXD、TXD相连；最后CAN总线控制器U8将数据发送至CAN总线上。
以下将结合附图1-2详细阐述车载动力电源的SOC精确检测及能量均衡系统的工作方法，SOC精确检测及能量均衡系统的实现方式为：先经积分电路电压采样，再计算SOC，输入主控制单元，进行能量均衡，将结果通过CAN总线发送给电源管理系统，并通过显示装置实时显示。首先将每个电池组单体开路电压逐个检测，并送入相应的检测处理单元，检测信号经过双二次动态卡尔曼滤波，滤除干扰信号，在此基础上计算每个电池单体的SOC值。该结果发送给主控CPU进行综合计算分析，得出双电池组电源系统的SOC值，然后通过CAN总线通讯技术发送给电源管理系统，进行实时显示和监控。其次，主控CPU根据各个电池组电池单体之间SOC的差异，启动能量均衡控制策略，实现SOC较高的电池单体的能量向SOC较低的电池单体流动，达到能量均衡的目的。该方案，电源系统SOC值检测精确，电池均衡过程中无能量损失，不但节约了宝贵的电能，而且能量转换效率高。
1、电源系统SOC检测方法
电容C1～C4正极端通过B5总线连接单片机U1、电容C5～C8正极端通过B8总线连接单片机U5，电容C1～C8上的端电压信号即双电池组模块Bat1、Bat2的采样信号，将双电池组Bat1、Bat2的采样信号的正极端分别接入到单片机U1和单片机U5的P1.2～P1.5端口。由于端口内部带有ADC模数转换模块，因此通过对单片机U1和单片机U5的 P0.0、 P0.1、 P0.2端口赋予不同的编码值分别控制多路开关U6和多路开关U9的选通状态，经过1个采样循环（为下文描述方便，5个采样周期定义为1个采样循环，其中第1个采样周期是为了将双向可控硅Q1和双向可控硅Q15的T1端接地），可保证将所有电池单体Cell1～Cell8的电压输入至单片机U1和单片机U5的内部，然后经过双二次动态卡尔曼滤波，滤除干扰信号可计算出各个电池单体Cell1～Cell8的SOC值。
单片机U3的P1.4、P1.5由高电平置为低电平时，单片机U1和单片机U5的P3.2端接收到外部中断请求信号，触发中断服务程序，单片机U1和单片机U5分别将电池组模块Bat1和Bat2中当前的电池单体的电压、SOC值通过数据通讯端口TX、RX发送到单片机U3的数据通讯端口RX、TX，单片机U3根据这些数据加权计算出双电池组电源系统总的SOC值，该结果通过CAN总线发送给电源管理系统，并通过显示装置实时显示。
2、电源系统能量均衡方法
单片机U3根据单片机U1和单片机U5发送过来的电池组模块Bat1和Bat2中电池单体的SOC值，进行比较，找出SOC值最大和最小的电池单体，然后发出触发信号使相应的双向可控硅导通，将这最大和最小的两个电池单体的正极与正极、负极与负极相连，实现能量的均衡。SOC值最大和最小的电池单体可能分别落在电池组模块Bat1或者Bat2中，也可能同时落在Bat1或者Bat2中，以下就这三种情形进行分析。
第一种情况，当SOC值最大的电池单体落在电池组模块Bat1中，SOC值最小的电池单体落在电池组模块Bat2中时
（1）当电池单体Cell 1的SOC值最大，电池单体Cell 5的SOC值最小，单片机U3的P0.3、P2.3、P1.3、P1.7端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持两个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q1、Q15、Q6、Q11触发导通，电池单体Cell 1上多余的电量转移至电池单体Cell 5中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q1、Q15、Q6、Q11的T1端和T2端之间的电流下降为零，T1端和G端也无维持导通所需电压，因此进入截止状态，能量均衡结束。图3为此过程的工作原理电路图，为更清晰地描述此过程，图3中处于截止状态的双向可控硅及其它连线略去，处于导通状态的双向可控硅直接以导线代替，箭头方向为电流流动方向，下同。
（2）当电池单体Cell 1的SOC值最大，电池单体Cell 6的SOC值最小，单片机U3的P0.3、P2.4、P1.3、 P2.0端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持三个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q1、Q16、Q6、Q12触发导通，电池单体Cell 1上多余的电量转移至电池单体Cell 6中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q1、Q16、Q6、Q12进入截止状态，能量均衡结束。图4为此过程的工作原理电路图。
（3）当电池单体Cell 1的SOC值最大，电池单体Cell 7的SOC值最小，单片机U3的P0.3、P2.5、P1.3、 P2.1端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持四个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控Q1、Q17、Q6、Q13触发导通，Cell 1上多余的电量转移至Cell 7中，当两者电量达到平衡，Q1、Q17、Q6、Q13进入截止状态，能量均衡结束。图5为此过程的工作原理电路图。
（4）当电池单体Cell 1的SOC值最大，电池单体Cell 8的SOC值最小，单片机U3的P0.3、P2.6、P1.3、 P2.2端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持五个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q1、Q18、Q6、Q13触发导通，Cell1上多余的电量转移至Cell 8中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q1、Q18、Q6、Q13进入截止状态，能量均衡结束。图6为此过程的工作原理电路图。
（5）当电池单体Cell 2的SOC值最大，电池单体Cell 5的SOC值最小，单片机U3的P0.4、P2.3、P0.0、 P1.7端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持两个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q2、Q15、Q7、Q11触发导通，电池单体Cell 2上多余的电量转移至电池单体Cell 5中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q2、Q15、Q7、Q11进入截止状态，能量均衡结束。图7为此过程的工作原理电路图。
（6）当电池单体Cell 2的SOC值最大，电池单体Cell 6的SOC值最小，单片机U3的P0.4、P2.4、P0.0、 P2.0端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持三个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q2、Q16、Q7、Q12触发导通，电池单体Cell 2上多余的电量转移至电池单体Cell 6中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q2、Q16、Q7、Q12进入截止状态，能量均衡结束。图8为此过程的工作原理电路图。
（7）当电池单体Cell 2的SOC值最大，电池单体Cell 7的SOC值最小，单片机U3的P0.4、P2.5、P0.0、 P2.1端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持四个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q2、Q17、Q7、Q13触发导通，电池单体Cell 2上多余的电量转移至电池单体Cell 7中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q2、Q17、Q7、Q13进入截止状态，能量均衡结束。图9为此过程的工作原理电路图。
（8）当电池单体Cell 2的SOC值最大，电池单体Cell 8的SOC值最小，单片机U3的P0.4、P2.6、P0.0、 P2.2端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持五个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q2、Q18、Q7、Q14触发导通，单片机Cell 2上多余的电量转移至电池单体Cell 8中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q2、Q18、Q7、Q14进入截止状态，能量均衡结束。图10为此过程的工作原理电路图。
(9) 当电池单体Cell 3的SOC值最大，电池单体Cell 5的SOC值最小，单片机U3的P0.5、P2.3、P0.1、 P1.7端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持三个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q3、Q15、Q8、Q11触发导通，单片机Cell 3上多余的电量转移至单片机Cell 5中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q3、Q15、Q8、Q11进入截止状态，能量均衡结束。图11为此过程的工作原理电路图。
(10) 当电池单体Cell 3的SOC值最大，电池单体Cell 6的SOC值最小，单片机U3的P0.5、P2.4、P0.1、 P2.0端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持三个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q3、Q16、Q8、Q12触发导通，电池单体Cell 3上多余的电量转移至电池单体Cell 6中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q3、Q16、Q8、Q12进入截止状态，能量均衡结束。图12为此过程的工作原理电路图。
(11) 当电池单体Cell 3的SOC值最大，电池单体Cell 7的SOC值最小，单片机U3的P0.5、P2.5、P0.1、 P2.1端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持四个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q3、Q17、Q8、Q13触发导通，电池单体Cell 3上多余的电量转移至电池单体Cell 7中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q3、Q17、Q8、Q13进入截止状态，能量均衡结束。图13为此过程的工作原理电路图。
（12）当电池单体Cell 3的SOC值最大，电池单体Cell 8的SOC值最小，单片机U3的P0.5、P2.6、P0.1、 P2.2端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持五个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q3、Q18、Q8、Q14触发导通，电池单体Cell 3上多余的电量转移至电池单体Cell 8中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q3、Q18、Q8、Q14进入截止状态，能量均衡结束。图14为此过程的工作原理电路图。
（13）当电池单体Cell 4的SOC值最大，电池单体Cell 5的SOC值最小，单片机U3的P0.6、P2.3、P0.2、 P1.7端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持五个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q4、Q15、Q9、Q11触发导通，电池单体Cell4上多余的电量转移至电池单体Cell 5中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q4、Q15、Q9、Q11进入截止状态，能量均衡结束。图15为此过程的工作原理电路图。
（14）当电池单体Cell 4的SOC值最大，电池单体Cell 6的SOC值最小，单片机U3的P0.6、P2.4、P0.2、 P2.0端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持五个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q4、Q16、Q9、Q12触发导通，电池单体Cell4上多余的电量转移至电池单体Cell 6中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q4、Q16、Q9、Q12进入截止状态，能量均衡结束。图16为此过程的工作原理电路图。
（15）当电池单体Cell 4的SOC值最大，电池单体Cell 7的SOC值最小，单片机U3的P0.6、P2.5、P0.2、 P2.1端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持五个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q4、Q17、Q9、Q13触发导通，电池单体Cell4上多余的电量转移至电池单体Cell 7中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q4、Q17、Q9、Q13进入截止状态，能量均衡结束。图17为此过程的工作原理电路图。
（16）当电池单体Cell 4的SOC值最大，Cell 8的SOC值最小，单片机U3的P0.6、P2.6、P0.2、 P2.2端口从采样循环的第一个采样周期开始，由低电平置为高电平，脉冲宽度保持五个采样周期的时长，然后置为低电平，双向可控硅Q4、Q18、Q9、Q14触发导通，电池单体Cell4上多余的电量转移至电池单体Cell 8中，当两者电量达到平衡，双向可控硅Q4、Q18、Q9、Q14进入截止状态，能量均衡结束。图18为此过程的工作原理电路图。
第二种情况，当 SOC值最大的电池单体落在电池组模块Bat2中，SOC值最小的电池单体落在电池组模块Bat1中
由于电源系统能量均衡电路采用完全对称结构的设计模式，因此当SOC值最大的电池单体落在电池组模块Bat2中，SOC值最小的电池单体落在电池组模块Bat1中时，其原理、分析方法及双向可控硅的触发导通控制策略和上述第一种情况下所述完全类似。
第三种情况，当SOC值最大和最小的电池单体同时在电池组模块Bat1或者Bat2中
当SOC值最大和最小的电池单体同时在电池组模块Bat1中，首先找出电池组模块Bat2中电池单体SOC值最小者，让电池组模块Bat1中SOC值最大者对其进行能量均衡，然后再找出电池组模块Bat1和电池组模块Bat2中SOC值最大者，如果SOC值最大者仍然落在电池组模块Bat1中，则继续按上述策略进行能量均衡。如果SOC值最大者此时已经落在电池组模块Bat2中，则将其对电池组模块Bat1中SOC值最小者进行能量均衡。因此，采用此种能量均衡策略，经过一定的循环周期，最终整个电源系统的能量达到均衡状态。类似地，当SOC值最大和最小的电池单体同时在电池组模块Bat2中时也用同样的分析方法。
Claims (3)
1.一种纯电动公交客车动力电源的SOC检测及能量均衡系统，动力电源由两个电池组模块Bat1、Bat2并联而成，电池组模块Bat1、Bat2各由4个电池单体Cell1～Cell4、Cell5～Cell8依次串联，其特征是：电池单体Cell1～Cell4、Cell5～Cell8分别与由电阻R6～R9与电容C1～C4、电阻R20～R23与电容C5～C8组成的积分电路构成回路；电容C1～C4、C5～C8正极端分别通过B5、B8总线分别连接单片机U1、U5，电容C1～C4负极端及电池单体Cell1的正极端、电容C5～C8负极端及电池单体Cell5正极端分别通过B2、B3总线分别连接多路开关U6、U9；双向可控硅Q1～Q4、Q15～Q18、Q5～Q8、Q10～Q13的T1端分别通过电阻R1～R4、R24～R27、R10～R13、R15～R18分别与电池单体Cell1～Cell4、Cell5～Cell8的正极相连，双向可控硅Q1～Q4、Q15～Q18的G端分别通过B1、B4总线连接单片机U3，双向可控硅Q1～Q4和Q15～Q18的各T2端相连；双向可控硅Q9、Q14的T1端分别通过电阻R14、R19分别与电池单体Cell 4、Cell8的负极相连，双向可控硅Q9、Q14、Q5～Q8、Q10～Q13的各T2端相连，双向可控硅Q5～Q9、Q10～Q14的G端分别通过B6、B7总线连接单片机U3；单片机U1 、U5分别连接多路开关U6、U9且分别通过光电隔离器U2、U4连接单片机U3，单片机U3分别连接单片机U1、U5且3通过光电隔离器U7连接CAN总线控制器U8。
2.一种权利要求1所述系统的SOC检测方法，其特征是包括如下步骤：
1）对单片机U1、U5赋予不同的编码值分别控制多路开关U6、U9的选通状态，将电池单体Cell1～Cell8的电压输入至单片机U1、U5的内部，计算出各个电池单体Cell1～Cell8的SOC值；
2）单片机U3由高电平置为低电平，单片机U1、U5分别将电池组模块Bat1、Bat2中当前的电池单体的电压、SOC值发送到单片机U3，单片机U3根据这些数据加权计算出电源总的SOC值。
3.一种权利要求1所述系统的SOC能量均衡方法，其特征是：由单片机U3根据单片机U1、U5发送的电池组模块Bat1、Bat2中电池单体Cell1～Cell8的SOC值进行比较，找出SOC值最大和最小的电池单体，发出触发信号使相应的双向可控硅导通，将最大和最小的两个电池单体的正极与正极、负极与负极相连，实现能量均衡。
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