CN102664432A - 基于双向能量转移的均衡电池组系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池均衡系统技术领域，尤其涉及一种基于双向能量转移的均衡电池组系统，其包括电池模组、电池管理单元、BMS总控单元、高压双向DC/DC电路模块，电池模组通过电池管理单元与内部电源总线及内部CAN总线连接。本发明采用高压双向DC/DC电路模块和公共的内部电源总线，并通过BMS总控单元集中调度整个电池组内启动均衡的通道数量，实现能量转移，从而实现整个电池组内部各单体电池之间的均衡和电池模组之间的均衡。

Description

基于双向能量转移的均衡电池组系统

技术领域

本发明涉及电池均衡系统技术领域，尤其涉及一种基于双向能量转移的均衡电池组系统。

背景技术

在新能源汽车和储能系统的高压电池组中由于各单体电池的不均衡性严重影响着整个电池组的使用寿命，解决单体电池的不均衡性问题已成为高压电池组系统设计中的关键技术。其中，电池组是由若干个电池模组组成，电池模组则是由若干个单体电池组成。现有的均衡技术中，有的是仅仅基于单个电池模组内部各单体电池间的均衡方案，并不能解决电池模组之间的均衡问题，即不能实现整个高压电池组内各单体电池之间的均衡；有的则是通过从整车铅酸电池取电来实现补电均衡，这无疑大大增加了电池管理系统对铅酸电池的耗电，不符合整车对车载ECU的供电管理要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种基于双向能量转移的均衡电池组系统，其采用高压双向DC/DC电路模块和公共的内部电源总线，并通过BMS总控单元集中调度整个电池组内启动均衡的通道数量，可以实现电池模组之间的能量转移以及内部电源总线与电池组高压母线之间的能量转移，从而实现整个电池组内部各单体电池之间的均衡和电池模组之间的均衡，对均衡的能量实现了有效的回收利用，避免由于均衡导致的发热问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于双向能量转移的均衡电池组系统，包括电池模组、电池管理单元，电池模组之间通过高压母线串联，还包括BMS总控单元、高压双向DC/DC电路模块，BMS总控单元的第一端口通过内部电源总线与高压双向DC/DC电路模块的第一端口连接，BMS总控单元的第二端口通过内部CAN总线与高压双向DC/DC电路模块的第二端口连接，BMS总控单元的第三端口通过内部控制总线与高压双向DC/DC电路模块的第三端口连接；所述电池模组通过电池管理单元与内部电源总线及内部CAN总线连接。

所述BMS总控单元设置有限压电路。

所述BMS总控单元设置有过压保护电路。

所述BMS总控单元设置有总线电压实时监控电路。

所述电池管理单元设置有电压采样电路。

所述电池管理单元设置有电池温度检测电路。

所述电池管理单元设置有模组内电池双向均衡电路。

所述电源总线设置为12V电源总线。

本发明有益效果在于：

1、本发明通过能量双向转移实现了能量回馈的有效利用，也解决了由于均衡导致的发热问题；

2、本发明通过能量双向转移实现了电池组内各单体电池之间的均衡；

3、本发明通过能量双向转移解决了电池组内各电池模组之间的均衡问题，使得电池模组电压不再出现“台阶”现象，从而增加了整个电池组的使用寿命；

4、本发明通过在BMS总控单元设置限压电路而解决了内部电源总线上的过压问题，并实现了有效的EMC控制。

附图说明

图1是本发明的原理方框图。

图2是本发明的电池模组之间的能量转移的原理方框图。

图3是本发明的从高压母线到内部电源总线的能量转移的原理方框图。

图4是本发明的从内部电源总线到高压母线的能量转移的原理方框图。

在图1、图2、图3和图4中包括有：

1——电池模组、2——电池管理单元、3——高压母线、4——BMS总控单元、5——高压双向DC/DC电路模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

请参考图1，本发明提供的一种基于双向能量转移的均衡电池组系统，包括电池模组1、电池管理单元2，电池模组1之间通过高压母线3串联，还包括BMS总控单元4、高压双向DC/DC电路模块5，BMS总控单元4的第一端口通过内部电源总线与高压双向DC/DC电路模块5的第一端口连接，BMS总控单元4的第二端口通过内部CAN总线与高压双向DC/DC电路模块5的第二端口连接，BMS总控单元4的第三端口通过内部控制总线与高压双向DC/DC电路模块5的第三端口连接；所述电池模组1通过电池管理单元2与内部电源总线及内部CAN总线连接。

其中，BMS总控单元4设置有限压电路；BMS总控单元4设置有过压保护电路；BMS总控单元4设置有总线电压实时监控电路；电池管理单元2设置有电压采样电路；电池管理单元2设置有电池温度检测电路；电池管理单元2设置有模组内电池双向均衡电路。

其中，高压双向DC/DC电路模块5可完成电池组的高压母线3与内部电源总线之间的双向能量转移。每个电池管理单元2(BMU)完成对应单一电池模组1内各单体电池的电压采样、电池温度检测以及模组内的电池双向均衡功能。BMS总控单元4完成内部电源总线上的过压保护和总线电压实时监测，并通过统一的CAN总线动态调度电池组内各充电均衡和放电均衡通道的数量，维持内部电源总线上能量的动态平衡，最终实现电池组内各单体电池之间的均衡。同时BMS总控单元4和高压双向DC/DC电路模块5之间有互联控制硬线，当CAN总线出现故障时可以及时控制并监控高压双向DC/DC电路模块5当前的工作状态，避免了均衡失控。

当电池组内需要充电均衡的单体电池数量和需要放电均衡的单体电池数量相等时，如图2所示，充电均衡和放电均衡的电池管理单元2通过互联的内部电源总线实现电池模组1之间的能量转移。

当电池组中需要充电均衡的单体电池数量大于需要放电均衡的单体电池数量时，如图3所示，BMS总控单元4会控制开启高压双向DC/DC电路模块5，从电池组的高压母线3转移能量到内部电源总线。

当电池组中需要充电均衡的单体电池数量小于需要放电均衡的单体电池数量时，如图4所示，BMS总控单元4会控制开启高压双向DC/DC电路模块5，从内部电源总线转移能量到电池组的高压母线3。

上述图2～4中，虚线及箭头代表能量转移的方向。

综上所述，本发明采用高压双向DC/DC电路模块5和公共的内部电源总线，并通过BMS总控单元4集中调度整个电池组内启动均衡的通道数量，可以实现电池模组1之间的能量转移以及内部电源总线与电池组的高压母线3之间的能量转移，从而实现整个电池组内部各单体电池之间的均衡和电池模组1之间的均衡，对均衡的能量实现了有效的回收利用，避免由于均衡导致的发热问题。因此，本发明可结合软件控制实现均衡能量的双向转移，从而解决整个电池组内各单体电池的之间和各电池模组1之间的均衡问题。本发明可广泛应用于新能源汽车和电网储能系统中需要对电池组内各单体电池实现动态均衡的高压电池组系统中。

电源总线设置为12V电源总线。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种基于双向能量转移的均衡电池组系统，包括电池模组、电池管理单元，电池模组之间通过高压母线串联，其特征在于：还包括BMS总控单元、高压双向DC/DC电路模块，BMS总控单元的第一端口通过内部电源总线与高压双向DC/DC电路模块的第一端口连接，BMS总控单元的第二端口通过内部CAN总线与高压双向DC/DC电路模块的第二端口连接，BMS总控单元的第三端口通过内部控制总线与高压双向DC/DC电路模块的第三端口连接；所述电池模组通过电池管理单元与内部电源总线及内部CAN总线连接。

2.根据权利要求1所述的基于双向能量转移的均衡电池组系统，其特征在于：所述BMS总控单元设置有限压电路。

3.根据权利要求2所述的基于双向能量转移的均衡电池组系统，其特征在于：所述BMS总控单元设置有过压保护电路。

4.根据权利要求3所述的基于双向能量转移的均衡电池组系统，其特征在于：所述BMS总控单元设置有总线电压实时监控电路。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的基于双向能量转移的均衡电池组系统，其特征在于：所述电池管理单元设置有电压采样电路。

6.根据权利要求5所述的基于双向能量转移的均衡电池组系统，其特征在于：所述电池管理单元设置有电池温度检测电路。

7.根据权利要求5所述的基于双向能量转移的均衡电池组系统，其特征在于：所述电池管理单元设置有模组内电池双向均衡电路。

8.根据权利要求1所述的基于双向能量转移的均衡电池组系统，其特征在于：所述电源总线设置为12V电源总线。

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