CN103560568A - 串联电池组及其单体端电压检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联电池组单体端电压检测方法，和均衡能量回馈装置整合为一体，快速地检测电池组单体端电压，使均衡装置具有较高的响应速度，有效地防止了电池单体的过充，提高了电池的安全性，具有很好的应用前景。包括以下步骤，步骤（1）控制器发送开通脉冲至预定的能量回馈单元，开通其功率管S1；步骤（2）经过适当延时后，选通该路多路开关，电压检测绕组端电压送入控制器中；步骤（3）控制器进行模数变换，按一定比例计算出该节电池端电压。

Description

串联电池组及其单体端电压检测方法

技术领域

本发明涉及串联电池组及其单体端电压检测方法，属于电力电子设备技术领域。

背景技术

新能源汽车大多以蓄电池组为动力来源，尤其是纯电动汽车和插电式混合动力汽车。在新能源汽车日常使用过程中，电池组处于高频次、大电流充放电状态。由于生产工艺、工作环境的差异，电池单体之间存在一定的差异，伴随蓄电池组多次充放电使用，蓄电池组端电压不平衡性效应不断累计，端电压最低的单体电池极易发生过放电现象，导致其内阻增加，进而影响整个电池组的正常使用。锂电池具有体积小、重量轻的优点，为大多数高速电动汽车所选用，然而锂电池对于充电端电压十分敏感，过电压充电极易导致该节电池的发热，甚至失效。为此，在对电池组可靠性有较高要求的使用场合，电池组控制系统中皆加入均衡装置。

采用非能耗型均衡装置多采用电力电子变换，对端电压较高的电池单体的能量转移到直流母线或其他电池单体上，由此实现均衡控制。实时、高效的采样电池组单体端电压，是均衡控制的基础。

传统的测试方法是用继电器和电容做隔离处理，通过电容对电池电压进行取样，然后通过检测电容的电压就可以得到电池的电压。第二种方法是浮动地技术测量电池端电压，测量时窗口比较器自动判断当前的电位是否合适，如果正好，启动A/D进行测量，如果太高或太低，则通过控制器经D/A对地，对电位进行浮动控制。第三种方法是共模检测法，共模测量是相对同一参考点，利用精密电阻等比例衰减测量各点电压，然后依次相减得到各节电池电压。第四种方法是差模检测法，采用运算放大器消除电池两端的共模电压，完成对电池电压的采样。

第一种方法涉及多个开关的切换，第二种方法中需要调制基准电位，当电池单体较多时，采样速率受到较大的限值；第三种方法，虽然可以实现高速采样，但各个电池单体静态漏电流不相等，易加剧电池组的不均衡性；第四种方法，电池组单体数量较多时，运算放大器的共模耐压随之提高，成本较高。

上述四种方法用于电池监测时，由于对于采样数据的实时性要求不是很高，根据电池组的不同情况，有一定的应用。然而，上述采样方法未和均衡装置有效地结合。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种串联电池组和串联电池组单体端电压检测方法，在原有反激型能量回馈单元的基础上，增加电压检测绕组，在功率管S1导通期间，得到与电池单体成比例的电压，有效的防止了电池单体的过充，提高了电池的安全性。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种串联电池组，其特征在于，包括

控制器，发送控制信号给能量回馈单元，接收多路开关发送的单节电池端电压采样值；

能量回馈单元，接收控制器的控制信号，开通其中一只能量回馈单元的功率管S1；

多路开关，选择多路模拟量中一个，送到控制器中。

进一步的，能量回馈单元采用反激工作模式，具有能量回馈绕组和电压检测绕组两个输出绕组。

进一步的，所述控制器智能MCU或DSP为主计算单元。

进一步的，能量回馈单元选择低压MOS管为功率管，变压器以铁氧体磁芯绕制。

一种串联电池组单体端电压检测方法，包括以下步骤，

步骤（1），控制器发送开通脉冲至预定的能量回馈单元，开通其功率管S1；

步骤（2），经过适当延时后，选通该路多路开关，电压检测绕组端电压送入控制器中；

步骤（3），控制器进行模数变换，按一定比例计算出该节电池端电压。

进一步的，检测电路和能量回馈电路结合，分时工作；

多路开关与控制器按照一定时序工作。

一种串联电池组单体端电压检测方法，

扫描模式下，当各节电池的端电压误差在允许范围内，控制器根据系统设定，在一定周期顺序开通各节单元中功率管S1，开启对应的多路开关，使能ADC电路对电池B2的等效端电压进行检测，得到对应电池的端电压；

能量回馈模式下，检测时序过程为：

假定电池B2端电压高于电池组端电压均值，需要对其进行电能回馈，由控制器计算所需回馈电流值，设定电池B2对应的能量回馈单元中S1的占空比，在S1开通后适当时刻后，开启对应的多路开关，使能ADC电路对电池B2的等效端电压进行检测，由此得到B2的端电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供的串联电池组单体端电压检测方法，在原有反激型能量回馈单元的变压器上增加一个电压检测绕组和少量的阻容器件，就可得到电池单体实时电压，具有成本低、实时性高的优点；在功率管S1关断器件，漏电流非常小，不影响电池组的均衡性。

本发明的串联电池组单体端电压检测方法，能够实现单体电压的快速检测，具有漏电流小、成本低等优点。

附图说明

图1是本发明应用串联电池组功能框图；

图2是本发明能量回馈单元电路图；

图3是现有共模检测原理图；

图4是浮动地技术测量法原理图；

图5是本发明用于4节电池功能框图；

图6是能量回馈模式检测时序图；

图7是扫描模式下检测时序图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1-图4，图6、图7所示，一种串联电池组，包括

控制器，发送控制信号给能量回馈单元，接收多路开关发送的单节电池端电压采样值，控制器采用智能MCU或DSP为主计算单元。

本发明采用TI公司的高速定点DSP（TMS320F28035）为主计算单元；

能量回馈单元，接收控制器的控制信号，开通其中一只能量回馈单元的功率管S1，本发明选择为低压MOS管（IRZ44）为功率管，变压器以铁氧体磁芯绕制；

本发明变压器以RM10磁芯绕制。

多路开关，选择多路模拟量中一个，送到控制器中；本发明利用DSP内部多路开关，选择模拟量。

如图5所示，为本发明应用与4节电池串联的使用场合，包括4节端电压3.7V的锂电池、4个能量回馈单元、1个主控制器（TMS320F28035）。

一种基于上述的串联电池组单体端电压检测方法，包括以下步骤，

步骤（1），控制器发送开通脉冲至预定的能量回馈单元，开通其功率管S1；

步骤（2），经过适当延时后，选通该路多路开关，电压检测绕组端电压送入控制器中；

步骤（3），控制器进行模数变换，按一定比例计算出该节电池端电压；

下面介绍对电池组单体端电压检测过程，如图5所示。

扫描模式下，当各节电池的端电压误差在允许范围内，控制器根据系统设定，在一定周期顺序开通各节单元中功率管S1，启对应的多路开关，使能ADC电路对电池B2的等效端电压进行检测，得到对应电池的端电压。

能量回馈模式下，检测时序过程为：假定电池B2端电压高于电池组端电压均值，需要对其进行电能回馈，由控制器计算所需回馈电流值，设定电池B2对应的能量回馈单元中S1的占空比，在S1开通后适当时刻，开启对应的多路开关，使能ADC电路对电池B2的等效端电压进行检测，由此得到B2的端电压。

本发明公开了一种串联电池组单体端电压检测方法和均衡能量回馈装置整合为一体，快速地检测电池组单体端电压，使均衡装置具有较高的响应速度，有效地防止了电池单体的过充，提高了电池的安全性，具有很好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种串联电池组，其特征在于，包括

控制器，发送控制信号给能量回馈单元，接收多路开关发送的单节电池端电压采样值；

能量回馈单元，接收控制器的控制信号，开通其中一只能量回馈单元的功率管S1；

多路开关，选择多路模拟量中一个，送到控制器中。

2.根据权利要求1所述的串联电池组，其特征在于，能量回馈单元采用反激工作模式，具有能量回馈绕组和电压检测绕组两个输出绕组。

3.根据权利要求1所述的串联电池组，其特征在于，所述控制器采用智能MCU或DSP为主计算单元。

4.根据权利要求1所述的串联电池组，其特征在于，能量回馈单元选择低压MOS管为功率管，变压器以铁氧体磁芯绕制。

5.一种串联电池组单体端电压检测方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（1），控制器发送开通脉冲至预定的能量回馈单元，开通其功率管S1；

步骤（2），经过适当延时后，选通该路多路开关，电压检测绕组端电压送入控制器中；

步骤（3），控制器进行模数变换，按一定比例计算出该节电池端电压。

6.根据权利要求6所述的串联电池组单体端电压检测方法，其特征在于：

检测电路和能量回馈电路结合，分时工作；

多路开关与控制器按照一定时序工作。

7.根据权利要求6所述的串联电池组单体端电压检测方法，其特征在于：

扫描模式下，当各节电池的端电压误差在允许范围内，控制器根据系统设定，在一定周期顺序开通各节单元中功率管S1，在S1开通后适当时刻后，开启对应的多路开关，使能ADC电路对电池B2的等效端电压进行检测，得到对应电池的端电压；

能量回馈模式下，检测时序过程为：

假定电池B2端电压高于电池组端电压均值，需要对其进行电能回馈，由控制器计算所需回馈电流值，设定电池B2对应的能量回馈单元中S1的占空比，在S1开通后适当时刻后，开启对应的多路开关，使能ADC电路对电池B2的等效端电压进行检测，由此得到B2的端电压。

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