CN102856936B - 动力电池平衡的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池平衡的装置，包括：由至少两个电池串联构成的电池组、平衡变压器以及微控制器；各个所述电池通过控制开关与所述平衡变压器的原线圈相连，所述平衡变压器的副线圈通过控制开关与所述电池组相连，所述微控制器，用于控制所述电池与所述平衡变压器的原线圈的连接，以及所述平衡变压器的副线圈与所述电池组的连接，通过所述平衡变压器原线圈和副线圈的能量转移，进行所述电池组的均衡处理。本发明的动力电池均衡的装置，通过设置平衡变压器连接电池组和各单体电池，通过平衡变压器进行能量转移，实现了电池组的均衡处理，有利于提高电池组整体的性能以及单体电池的寿命。

Description

动力电池平衡的装置

技术领域

本发明涉及汽车电池平衡技术领域，且特别涉及一种适用于汽车动力电池平衡的装置。

背景技术

新能源技术是汽车领域的一个重大的创新科技，新能源电动汽车是新能源汽车的主要发展方向，电动汽车最核心的技术就是电池管理系统，对电池的有效管理关系到电池的性能和使用寿命。

汽车电池通常以电池组为单位进行管理，电池组通常采用串联的方式，在串联电路中通过每个单体电池的电流和时间是相同的，即每个单体电池的放电是相同的。由于电池单体个性，以及在产品使用过程中电池参数的变化，都会导致单体单体的不一致性，单体电池性能的不一致性会影响整个电池组的性能，并造成单体电池寿命的缩短。

因此，业界亟需一种平衡技术手段，能有效对电池组中的电池进行均衡处理，提高电池组整体的性能，以及单体电池的寿命。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种动力电池平衡的装置，实现电池组的均衡处理，提高电池组整体的性能和单体电池的寿命。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种动力电池平衡的装置，包括：由至少两个电池串联构成的电池组、平衡变压器以及微控制器；

各个所述电池通过控制开关与所述平衡变压器的原线圈相连，各个所述电池的控制开关由所述微控制器进行控制；

所述平衡变压器的副线圈通过控制开关与所述电池组相连，所述平衡变压器的控制开关由所述微控制器进行控制；

所述微控制器，用于控制所述电池与所述平衡变压器的原线圈的连接，以及所述平衡变压器的副线圈与所述电池组的连接，通过所述平衡变压器，进行所述电池组的均衡处理。

本发明的有益效果在于，通过设置平衡变压器连接电池组和各单体电池，通过平衡变压器进行能量转移，实现了电池组的均衡处理，有利于提高电池组整体的性能以及单体电池的寿命。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一动力电池平衡的装置的电路结构图。

图2为本发明一实施例提供的微控制器的电路连接图。

图3为本发明一实施例提供的另一动力电池平衡的装置的电路结构图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及所附附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本实施例提供了一种动力电池平衡的装置，能有效对电池组进行均衡处理，提高电池组整体的性能以及单体电池的寿命。该装置包括：由至少两个电池串联构成的电池组、平衡变压器以及微控制器。

参见图1所示为本实施例的动力电池平衡装置的电路结构图，图2所示为微控制器UC的电路连接图，图1中的A-R和图2中的标识A-R为连接点，图1中的连接点A-R与图2中的连接点A-R对应相连，即图2中的微控制器UC通过连接点A-R连接到图1中的电路中，构成了整个动力电池平衡的装置。以下结合图1和图2进行说明。

其中，各个电池通过控制开关与平衡变压器T1的原线圈L2相连，各个电池的控制开关由微控制器UC进行控制；参见图1所示，以包含电池C1-C12的电池组为例，每个电池通过一组控制开关与平衡变压器T1的原线圈L2相连，如图1中的Q1和Q2为电池C1的控制开关；Q2和Q3为电池C2的控制开关……；Q12和Q13为电池C12的控制开关……。控制开关连接到微控制器UC上进行控制。

平衡变压器T1的副线圈L1通过控制开关与电池组相连，参见图1所示，Q14-Q17为平衡变压器T1的控制开关。平衡变压器T1的控制开关由微控制器UC进行控制。

微控制器UC，用于控制所述电池与平衡变压器T1的原线圈L2的连接，以及所述平衡变压器T1的副线圈L1与所述电池组的连接，通过平衡变压器T1的原线圈L2和副线圈L1的能量转移，进行所述电池组的均衡处理。

在进行电池组的均衡处理时，若该电池组中的某个电池的电压较高，如高于一预设的阈值(该阈值可根据电池组的性能进行设置，如该阈值可以为所有电池平均电压的10％)，则需要将该高压电池的能量均衡到整个电池组中。若该电池组中的某个电池的电压较低，如低于一预设的阈值，此时需要将电池组整体的能量弥补到该电压电池中。需要说明的是，本实施例的动力电池平衡装置的平衡变压器T1一次只能与一个电池相连接，进行一个电池与电池组之间的均衡处理。

在第一种情况下，该电池组中的某个电池的电压较高，如高于一预设的阈值。此时，先由微控制器UC控制该高压电池的控制开关，将其连接到平衡变压器T1的原线圈L2，进行该高压电池到平衡变压器T1的一次能量转移。在完成该高压电池到平衡变压器T1的一次能量转移后，断开该高压电池与平衡变压器T1的原线圈L2的连接，同时控制平衡变压器T1的控制开关，将其与电池组相连，进行平衡变压器T1到电池组的二次能量转移。由此就将该高压电池的能量转移到了整个电池组中。

举例说明如下：以图1中所示的包括12个单体电池构成的电池组为例，假设其中的单体电池C7的电压较高，需要将其部分的能量转移到整个电池组中，则微控制器UC先闭合控制开关Q7和Q8，C7的电流进入到平衡变压器T1的原线圈L2中，电流从平衡变压器T1的同名端(有黑点标志的为同名端)流入。平衡变压器T1中的磁场开始增大，进行了电磁能量的转换，可以利用一个检测线圈L3判断磁场是否饱和，该检测线圈L3与微控制器UC相连，当该检测线圈L3无电压输出时，则说明原线圈L2中的电流达到了峰值，平衡变压器T1中的磁场饱和，完成了电能到磁能的能量交换。然后微控制器UC断开开关Q7和Q8，并闭合开关Q14和Q15，此时，平衡变压器T1中的副线圈L1产生感应电流，感应电流从原线圈L1的同名端流入，最终流向电池组的两端，充电到电池组中，就实现了C7到电池组的均衡处理。

需要说明的是，为持续的进行高压电池到电池组的能量转移，微控制器UC需要循环地执行上述步骤，以实现电池组连续的均衡处理。

此外，参见图1所示，在具体的电路设计中，各电池单体的正负极交错连接到平衡变压器的两端，其中的奇数位电池C1、C3…、C11是正极连接到平衡变压器T1的原线圈L2的同名端；偶数位电池C2、C4…、C12是负极连接到平衡变压器T2的原线圈L2的同名端。在与平衡变压器T1连接时，奇数位电池在平衡变压器T1上产生的感应电流，与偶数位电池在平衡变压器T1上产生的感应电流的方向相反。因此，微控制器UC还需要控制平衡变压器T1的副线圈L1电流的流出方向，使平衡变压器T1上的感应电流以充电的方向流向电池组。

如图1所示，对于C1、C3…、或C11来说，在进行上述高压电池到电池组的均衡处理时，微控制器UC需要控制的是Q14和Q17的闭合或断开，而Q15和Q16则始终保持断开状态，Q14和Q17闭合时，产生的感应电流的流向为Q14至C12的方向，感应电流也以充电的方向流向电池组。对于C2、C2…、或C12来说，在进行上述高压电池到电池组的均衡处理时，微控制器UC需要控制的是Q15和Q16的闭合或断开，而Q14和Q17则始终保持断开状态。Q15和Q16闭合时，产生的感应电流的流向为Q15至C12的方向，感应电流也以充电的方向流向电池组。

第二种情况下，该电池组中的某个电池的电压较低，如低于一预设的阈值。此时，先由微控制器UC控制平衡变压器T1的控制开关，将平衡变压器T1的副线圈L1与电池组相连，进行电池组到平衡变压器T1的一次能量转移；在进行电池组到平衡变压器T1的一次能量转移后，断开平衡变压器T1的原线圈L1与电池组的连接，同时控制该低压电池的控制开关，将其连接到平衡变压器T1的原线圈L2，进行平衡变压器到该低压电池的二次能量转移。由此就将该电池组能量弥补到了该低压电池中。

举例说明如下：如图1所示，假设其中的单体电池C7的电压较低，需要将电池组的部分能量弥补到该低压电池中。则微控制器UC先控制开关Q14和Q17闭合，电池组的电流进入到平衡变压器T1的原线圈L1中，电流从原线圈L1的同名端流出。平衡变压器T1中的磁场开始增大，进行电磁能量装换，可利用一个检测线圈L3判断磁场是否饱和，该检测线圈L3与微控制器UC相连，当该检测线圈L3无电压输出时，则说明原线圈L1中的电流达到了峰值，平衡变压器T1中的磁场饱和，进行了电能到磁能的能量转换。然后微控制器UC断开开关Q14和Q15，并闭合开关Q7和Q8，此时，平衡变压器T1中的感应电流从副线圈L2的同名端流出，最终流向C7的两端，充电到电池C7中，由此实现了电池组到电池C7的均衡处理。

需要说明的是，为持续的进行电池组到低压电池的能量转移，微控制器UC需要循环地执行上述步骤，以实现电池组连续的均衡处理。

此外，参见图1所示，在具体的电路设计中，各电池单体的正负极交错连接到平衡变压器的原线圈的两端，

微控制器UC还需要控制平衡变压器T1的副线圈L1电流的流入方向，使平衡变压器T1上的感应电流以充电的方向流向某一低压电池。

如图1所示，对于C1、C3…、或C11来说，在进行上述的电池组到低压电池的均衡处理时，微控制器UC需要控制的是Q14和Q17的闭合或断开，而Q15和Q16则始终保持断开状态，Q14和Q17闭合时，产生的感应电流的流向为平衡变压器的副线圈L2的同名端至电池的正极的方向，感应电流以充电的方向流向电池。

对于C2、C4…、或C12来说，在进行上述的电池组到低压电池的均衡处理时，微控制器UC需要控制的是Q15和Q16的闭合或断开，而Q14和Q17则始终保持断开状态。Q15和Q16闭合时，产生的感应电流的流向为电池的负极至平衡变压器的副线圈L2的同名端的方向，感应电流也以充电的方向流向电池组。

在本实施例中，电池和平衡变压器的控制开关可以采用金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，以下简称MOSFET)电路实现，微控制器UC与MOSFET电路相连接，控制MOSFET电路的导通和断开。

此外，微控制器UC处于低压电路中，为保证微控制器UC的安全性，微控制器UC可通过光耦连接MOSFET电路，由此对于该装置产生的电压噪音，能通过光耦进行隔离，保证了微控制器UC的电气安全。

通过上述的方法，实现了电池组的均衡处理，有利于提高电池组整体的性能，提高单体电池的寿命。

此外，在该装置的电池组的整体性能大于汽车动力电池包平均性能的情况下，还可对该装置进行适当的扩展，以将该装置的电池组的能量转移到动力电池包上，实施汽车动力电池的均衡化。

参见图3所示为本实施例的另一动力电池均衡装置的电路结构图，该装置对图2所示的装置进行了适当的扩展，同样的，其通过连接点A-S与图2所示的微控制器UC相连，以下结合图2和图3进行说明。该装置还设置有一转移变压器T2，转移变压器T2的副线圈L1与动力电池包相连，转移变压器T2的原线圈L1通过控制开关与电池组相连，转移变压器T2的控制开关为Q18，由微控制器UC进行控制。相应的，微控制器UC控制转移变压器T2与电池组之间的连接，通过转移变压器T2原线圈L2和副线圈L1的能量转移，进行电池组到动力电池包的能量转移。

在具体实现时，参见图3所示，假设该装置的电池组的性能大于汽车动力电池包的平均性能。需要将电池组的部分能量弥补到动力电池包中。则微控制器UC先闭合开关Q18，将转移变压器L2的原线圈L2与电池组相连，电池组的电流进入到转移变压器T2的原线圈L2中，电流从原线圈L2的同名端流出。转移变压器T2中的磁场开始增大，进行电磁能量装换，此时也可利用一个检测线圈L3判断磁场是否饱和，该检测线圈L3与微控制器UC相连，当该检测线圈L3无电压输出时，则说明原线圈L2中的电流达到了峰值，转移变压器T2中的磁场饱和，完成了电能到磁能的能量转换。然后微控制器UC断开开关Q18，断开转移变压器T2的原线圈L2与电池组的连接，此时，转移变压器T2中的感应电流从原线圈L1的同名端流出，最终流向动力电池包的两端，充电到动力电池包中，由此实现了电池组到动力电池包的均衡处理。

此外，如图3所示，转移变压器T2的副线圈L1与动力电池包连接的电路中，可设置一个二极管D1对副线圈L1上的感应电流进行过滤，避免逆向(D1至动力电池包负极的方向)感应电流流入动力电池包。

本实施例的动力电池均衡的装置，通过设置平衡变压器连接电池组和各单体电池，通过平衡变压器进行能量转移，实现了电池组的均衡处理，有利于提高电池组整体的性能以及单体电池的寿命。

本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种动力电池平衡的装置，其特征在于，包括：由至少两个电池串联构成的电池组、平衡变压器以及微控制器；

每个所述电池通过2个控制开关与所述平衡变压器的原线圈相连，至少一个所述电池和与其相邻的电池共用一个控制开关，各个所述电池的控制开关由所述微控制器进行控制；

所述平衡变压器的副线圈通过控制开关与所述电池组相连，所述平衡变压器的控制开关以及电流方向由所述微控制器进行控制；

所述微控制器，用于控制所述电池与所述平衡变压器的原线圈的连接，以及所述平衡变压器的副线圈与所述电池组的连接，通过所述平衡变压器原线圈和副线圈的能量转移，进行所述电池组的均衡处理；

所述装置还包括转移变压器，所述转移变压器的副线圈与动力电池包相连，所述转移变压器的原线圈通过控制开关与所述电池组相连，所述转移变压器的控制开关由所述微控制器控制；

相应的，所述微控制器，还用于控制所述转移变压器与所述电池组之间的连接，通过所述转移变压器原线圈和副线圈的能量转移，进行所述电池组到所述动力电池包的能量转移。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述微控制器，用于控制所述电池组中的高压电池的控制开关，将所述高压电池与所述平衡变压器的原线圈相连，进行所述高压电池到所述平衡变压器的一次能量转移；其中，所述高压电池为所述电池组中电压大于预设阈值的电池；

在完成所述高压电池到所述平衡变压器的一次能量转移后，断开所述高压电池与所述平衡变压器的原线圈的连接，同时控制所述平衡变压器的控制开关，将所述平衡变压器的副线圈与所述电池组相连，进行所述平衡变压器到所述电池组的二次能量转移。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述微控制器，用于控制所述平衡变压器的控制开关，将所述平衡变压器的副线圈与所述电池组相连，进行所述电池组到所述平衡变压器的一次能量转移；

在完成所述电池组到所述平衡变压器的一次能量转移后，断开所述平衡变压器的副线圈与所述电池组的连接，同时控制所述电池组中的低压电池的控制开关，将所述低压电池与所述平衡变压器的原线圈相连，进行所述平衡变压器到所述低压电池的二次能量转移，其中，所述低压电池为所述电池组中电压小于预设阈值的电池。

4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，

所述平衡变压器还包括检测线圈，所述检测线圈与所述微控制器相连，所述微控制器通过所述检测线圈判断所述平衡变压器上的能量转移是否完成。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述控制开关为金氧半场效晶体管MOSFET电路，所述微控制器通过光耦连接所述MOSFET电路。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述微控制器，用于控制所述转移变压器的控制开关，将所述转移变压器的原线圈与所述电池组相连，进行所述电池组到所述转移变压器的一次能量转移；

在完成所述一次能量转移后，断开所述转移变压器的原线圈与所述电池组的连接，进行所述转移变压器到所述动力电池包的二次能量转移。

7.根据权利要求1-3或6任意一项所述的装置，其特征在于，

所述转移变压器还包括检测线圈，所述检测线圈与所述微控制器相连，所述微控制器通过所述检测线圈判断所述转移变压器上的能量转移是否完成。