CN103986216A - 车载动力锂离子电池组主动均衡系统 - Google Patents
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Abstract
车载动力锂离子电池组主动均衡系统，涉及电动汽车技术领域，其包括锂电池组模块，通过电池管理系统（battery management system BMS）从机模块采集锂电池组模块中各单体电压信息，由通信将电池组各单体电压信息传递于均衡主控模块，均衡主控模块通过控制均衡模块组，对每个单体电池进行均衡；当锂电池组模块内的单体电池的电压最高值与电压最低值的差值与均衡控制策略设定的电压关系相对应时，均衡主控模块向均衡模块组输出均衡控制信号，对电池模块内相应的单体电池进行主动均衡，使电池组模块内的单体电池压差与均衡控制策略所设定的电压关系相匹配；本发明均衡效率高、均衡电流大、适应性好，有效的提升了锂电池组的利用率，延长了锂电池组的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体是涉及一种车载动力锂离子电池组主动均衡系统。
背景技术
作为一种新型的能源技术，磷酸铁锂电池单节电压较低，在实际使用过程中如电动大巴的动力电池组必须串联大量的单体电池才能达到动力系统所需要的电压值。由于电池生产从原料开始到产品需要经过多道复杂的工序，即使每道工序都经过严格的程序控制，也不可能做到每只电池在下生产线时的电压、内阻、容量完全一致，总会存在一些微小的差异。随着电池的使用，由于热差异等环境因素的影响，这些微小的差异会被放大，使得串联电池间的性能差异越来越大。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种车载动力锂离子电池组主动均衡系统。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种车载动力锂离子电池组主动均衡系统，包括：
锂电池组模块，由若干节单体电池串联组成；
BMS从机模块，采集锂电池组模块的电池组总电压信息和各单体电池的单体电压信息；
均衡主控模块，接收自BMS从机模块所传递的电压信息，控制均衡模块组对锂电池组模块内的各单体电池进行均衡；
均衡模块组，由分别与对应单体电池相并联的若干均衡模块单元组成，所述均衡模块单元包括一个反激变压器和两个开关管，开关管分别串接到反激变压器的原边绕组与副边绕组，每个均衡模块单元的反激变压器的原边绕组与其对应的该单体电池的正负极连接，副边绕组均连接至功率总线，原边绕组上串联的开关管串接在原边绕组的非同名端，副边绕组上串联的开关管串接在副边绕组的同名端。
优选的，所述开关管为MOSFET开关管。
优选的，所述反激变压器为双向可逆平面反激变压器。
本发明的车载动力锂离子电池组主动均衡系统，其有益效果表现在：
1）、均衡主控模块通过PWM信号控制每个均衡模块单元反激变压器原边与副边绕组上串接的两个开关管的导通状态，通过均衡策略控制反激变压器原边绕组和副边绕组上串接的开关管的导通顺序，实现能量从能量较高单体转移至能量较低单体。N个单体电池之间通过直接或间接能量转移，最终实现N个单体之间的能量均衡。
2）、可以实现任意两个单体电池间的能量均衡，最终实现所有单体电池间的能量平衡，均衡效率高、均衡电流大、易于实现、适应性好，能有效的提高锂离子电池组的利用率，提升电池放电能力和使用寿命。
3）、本发明的车载动力锂离子电池组主动均衡系统，减轻甚至消除动力电池组使用的不均衡性，有效抑制电池间的不一致性，提升锂电池组的利用率，这对于提高锂电池组的寿命降低电池的使用成本具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明的功能示意框图。
图2为本发明的均衡系统拓扑结构示意图。
图3为本发明的均衡模块单元电路图。
图4为三个单体锂离子电池串联均衡的拓扑结构示意图。
图5为本发明的能量转换示意图。
图中附图标记含义如下：
1-锂电池组模块。
2-BMS从机模块。
3-均衡主控模块。
4-均衡模块组。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之内。
本发明的车载动力锂离子电池组主动均衡系统，由锂电池组模块、BMS从机模块、均衡主控模块和均衡模块组构成。请参阅图1和2，锂离子电池组模块1由N个单体电池串联组成；通过BMS（电池管理系统，battery management system）从机模块2采集锂电池组模块的电池组总电压信息和各单体电池的单体电压信息，由通信将电压信息传递于均衡主控模块3；均衡主控模块3进行信息处理、均衡策略的管理以及对均衡模块组4控制，如此实现对每个单体电池进行均衡。
均衡模块组4包括分别与对应单体电池相并联的若干均衡模块单元，请一并参阅图3，均衡模块单元均包括一个反激变压器和两个开关管，每个均衡模块单元反激变压器的原边绕组与对应该单体电池的正负极连接，副边绕组均连接到功率总线。开关管分别串接到原边绕组的非同名端与副边绕组的同名端。本实施例中的反激变压器为双向可逆平面反激变压器，开关管为MOSFET开关管。
均衡主控模块3通过BMS从机模块2获得锂离子电池组模块1的各单体电压。当锂离子电池组模块1内的单体电池的电压最高值与电压最低值的差值与均衡控制策略设定的电压关系相对应时，均衡主控模块3向均衡模块组4输出均衡控制信号，对电池模块内相应的单体电池进行主动均衡，使电池组模块内的单体电池压差与均衡控制策略所设定的电压关系相匹配。
以N节单体锂离子电池串联成组为例，其均衡系统拓扑结构示意图如图2所示，最上方电池为CELL1，最下方电池为CELLN，串联的电池个数不限。每个均衡模块单元主要由一个双向可逆平面反激变压器和两个开关管组成。反激变压器原边绕组非同名端串接一个开关管连接到与其对应的单体电池的正极和负极，反激变压器副边绕组连接到功率总线，其中同名端串接一个开关管。均衡主控模块3与均衡模块组4之间通过总线进行通信。
均衡主控模块3通过PWM信号控制与反激变压器串接的两个开关管，通过均衡策略控制反激变压器原边绕组和副边绕组上串接的开关管导通顺序，实现能量从能量较高单体转移至能量较低单体，经过多次循环后，最终实现N个单体之间的能量均衡。
图4所示为三个单体锂离子电池串联均衡的拓扑结构示意图，以三个单体锂离子电池CELL1、CELL2、CELL3串联成组为例说明均衡模块组的工作方式。请参阅图4，三个反激变压器T1、T2、T3分别与CELL1、CELL2、CELL3并联。T1原边绕组的同名端与CELL1正极相连，T1原边绕组的非同名端串接一个开关管S11然后连接到CELL1的负极。T1副边绕组的非同名端连接到负功率总线，T1副边绕组的同名端串接一个开关管S12然后接到正功率总线。T2、T3的链接方式与T1相同。
图5所示为均衡能量转移图：假定CELL1的单体电压较高，CELL3电压较低。此时开启均衡功能，实现能量由CELL1转移至CELL3。首先，S11导通、S12断开放电电流Id从CELL1正极经T1原边绕组流到CELL1负极，T1原边绕组储存能量；经过设定时间t1之后，S11断开、S12导通，储存在T1原边绕组的能力耦合至T1副边；经过设定时间t2后，S32导通，此时T1副边绕组储存的能量传递于T3副边绕组；经过设定时间t3后，S12断开、S32断开、S31导通，储存在T3副边绕组的能量耦合至T3原边，给单体电压较低的CELL3补电，如此实现能量从CELL1转移到CELL3。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种车载动力锂离子电池组主动均衡系统，其特征是包括：
锂电池组模块（1），由若干节单体电池串联组成；
BMS从机模块（2），采集锂电池组模块（1）的电池组总电压信息和各单体电池的单体电压信息；
均衡主控模块（3），接收自BMS从机模块（2）所传递的电压信息，控制均衡模块组（4）对锂电池组模块（1）内的各单体电池进行均衡；
均衡模块组（4），由分别与对应单体电池相并联的若干均衡模块单元组成，所述均衡模块单元包括一个反激变压器和两个开关管，开关管分别串接到反激变压器的原边绕组与副边绕组，每个均衡模块单元的反激变压器的原边绕组与其对应的该单体电池的正负极连接，副边绕组均连接至功率总线，原边绕组上串联的开关管串接在原边绕组的非同名端，副边绕组上串联的开关管串接在副边绕组的同名端。
2.根据权利要求1所述的车载动力锂离子电池组主动均衡系统，其特征在于：所述开关管为MOSFET开关管。
3. 根据权利要求1所述的车载动力锂离子电池组主动均衡系统，其特征在于：所述反激变压器为双向可逆平面反激变压器。
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