CN103248090A - 一种新型纯电动汽车均衡系统集成设计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纯电动汽车串联电池组均衡系统，该系统结合两类均衡方法的优点，采用双层均衡装置，包括数据采集模块、被动均衡模块、基于储能电感的主动均衡模块以及中央控制器。本发明总体均衡思路：首先由数据采集系统实时监测单体电池电压，得到各个电池包内单体电池电压平均值，以此参数进行被动均衡；其次在被动均衡基础上监测各个电池包电压，得到电池包电压平均值，以此参数进行主动均衡。所述串联电池组均衡系统能在电池组静置期间、充放电期间进行高效均衡，是一种全方位的电池组均衡技术，可有效解决纯电动汽车行驶过程中电池组状态逐渐离散的问题。总之，本发明既能满足动力电池组多样性要求，又能使得均衡系统结构灵活且扩展性好。
Description
技术领域
本发明涉及纯电动汽车动力电池组能量均衡技术领域。
背景技术
随着能源危机和环境问题的日益突出，纯电动汽车因其低噪音、无污染等突出优点，逐渐成为全球汽车工业领域中的一个重要组成部分和发展方向。相较于以内燃机为动力源的传统汽车而言，纯电动汽车唯一的动力源为电池，以此驱动电机运转为车辆的运行提供动力。为提高纯电动汽车的续航里程，通常需要将动力电池串联成电池组。但是受电池原材料品质、生产工艺、工作环境等因素的影响，动力电池组在经过多次充放电后，电池间差异将逐步显现，造成电池组性能下降，严重情况下还会引发电池组爆炸等安全问题。针对电池组状态逐渐离散的问题，开发出结构灵活、智能高效的电池组能量均衡系统已成为重要研究方向。当前大多数电池组均衡系统只考虑主动均衡技术，本发明兼顾被动均衡和主动均衡的优点，在考虑成本的前提下可以有效提高均衡效果，具有很高的实用价值。
发明内容
整个动力电池组根据车辆动力性需求可分为若干电池包，每个电池包由若干单体电池组成。基于动力电池组布局设计，本发明目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种结构灵活、扩展性好且能兼容多种电池模型的新型纯电动汽车电池组能量均衡系统。
本发明采取的技术方案：
数据采集模块实习监测电池组单体电池电压信息，作为均衡电路是否开启的依据参数；
被动均衡模块，作用于每个电池包内单体电池之间，以各自电池包内单体电池平均电压为参考值进行动态均衡，以此作为后续主动均衡的基础；主动均衡模块，作用于各个电池包之间，以被动均衡后电池包平均电压为参考值进行动态均衡；所述主动均衡模块具有能量动态双向流动的功能，它既能向低于平均值电压的电池包转入能量，使其电压值向平均值靠拢，又能从高于平均值电压的电池包转出能量，同样使其电压值向平均值靠拢；中央控制器，根据数据采集模块监测到的电池电压参数，通过设置好的均衡策略，分别控制被动均衡和主动均衡模块的工作状态，其中被动均衡模块场效应开关管由通用IO口输出高低电平，经由驱动电路进行控制，而主动均衡模块场效应开关管由控制器相应PWM模块产生PWM，经由PWM驱动电路进行控制。
附图说明
图1为纯电动汽车电池组均衡系统组成结构示意图
图2为纯电动汽车电池组均衡系统电路原理示意图
图3为纯电动汽车电池组均衡系统控制策略流程图
具体实施方式
为便于本领域工程技术人员理解，下面结合附图说明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明所述的纯电动汽车动力电池组能量均衡系统包括：数据采集模块、被动均衡模块、主动均衡模块、驱动模块和中央控制器。
如图2所示，动力电池组依据车辆动力性需求和经济性要求，由若干电池包组成，每个电池包由若干单体电池组成。其中每一单体电池与一个增强型NMOSFET开关管、耗散电阻并联，构成被动均衡电路；而每对电池包之间由两个带二极管的增强型NMOS开关管和一个储能电感，构成能量可双向动态转换的主动均衡电路。电流I由车辆工作状态决定，当智能充电机正在对动力电池组充电时，I为充电电流；当动力电池组正在对电气负载放电时，I为放电电流；在其他情况下动力电池组处于静置均衡。无论动力电池组处于充电、放电还是静置时，数据采集模块实时监测动力电池组电池参数，作为均衡系统是否工作的依据。
如图3所示，本发明所述的纯电动车动力电池组能量均衡系统的工作流程如下：首先均衡系统中央控制器各个寄存器和端口进入初始化，其次数据采集模块实时监测各个单体电池电压，由中央控制器内置程序计算各个电池包内单体电池电压平均值，作为电池包内单体电池是否进行被动均衡的依据。若某一单体电池电压高于此平均值，则由中央控制器相应IO口电平状态变化，输出控制信号经由驱动电路驱动场效应开关管开启，进行单体电池被动均衡。这一过程持续进行直到单体电池电压和平均值相同。再次中央控制器内置程序计算各个电池包整体电压平均值，作为电池包间是否进行主动均衡的依据。因为基于储能电感设计的主动均衡电路能量可动态双向流动，只要电池包电压不等于此平均值，就由中央控制器PWM模块根据模糊控制策略产生PWM，经由PWM驱动电路来控制场效应开关管的开闭，以此进行电池包间的主动均衡。
本发明在此不对所有功能模块作详细的技术阐述，如数据采集模块可采用分立元器件构成差模检测电路，或者由专用的电压采集集成电路模块构成均可满足本发明的功能要求。
Claims (4)
1.一种新型纯电动汽车动力电池组能量均衡系统，包括数据采集模块、被动均衡模块、基于储能电感的主动均衡模块、驱动电路模块以及中央控制器。其关键特征包括：
数据采集模块实习监测电池组单体电池电压信息，作为均衡电路是否开启的依据参数；
被动均衡模块，作用于每个电池包内单体电池之间，以各自电池包内单体电池平均电压为参考值进行动态均衡，以此作为后续主动均衡的基础；
主动均衡模块，作用于各个电池包之间，以被动均衡后电池包平均电压为参考值进行动态双向均衡；
中央控制器，根据数据采集模块监测到的电池电压参数，通过设置好的均衡策略，分别控制被动均衡和主动均衡模块的工作状态。
2.根据权利要求1所述的纯电动车动力电池组能量均衡系统，其结构特征在于均衡装置中包含均衡行为主电路和均衡信号控制电路。主电路由耗散电阻和场效应开关管串联后，再与单体电池并联构成被动均衡电路；以及由储能电感、场效应功率开关管、续流二极管构成的主动均衡电路组成。控制电路包括场效应管驱动电路和PWM驱动电路。
3.根据权利要求2所述的纯电动车动力电池组能量均衡系统，其功能特征在于经由双层均衡模块对动力电池组单体电池电压值和电池包电压值进行均衡，以期达到整体电池组均衡的效果。首先根据数据采集模块监测所得的电池组电压信息，基于设定好的均衡策略由中央控制器做出相应决定，控制信号通过驱动电路以此驱使双层均衡装置工作。其中被动均衡模块作用于每个电池包内单体电池之间，以各自电池包内单体电池平均电压为参考值进行动态均衡，以此作为后续主动均衡的基础；主动均衡模块作用于各个电池包之间，以被动均衡后电池包平均电压为参考值进行动态双向均衡，它既能向低于平均值电压的电池包转入能量，使其电压值向平均值靠拢，又能从高于平均值电压的电池包转出能量，同样使其电压值向平均值靠拢。
4.根据权利要求3所述的纯电动车动力电池组能量均衡系统，其逻辑功能在于中央控制器通过设置IO口电平状态和PWM模块相应寄存器状态，使均衡装置有序工作。其中被动均衡模块场效应开关管由通用IO口输出高低电平，经由驱动电路进行控制，而主动均衡模块场效应开关管由控制器相应PWM模块产生PWM，经由PWM驱动电路进行控制。
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