CN104868514A - 均衡电流采集装置及主动均衡效率计算方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种均衡电流采集装置及主动均衡效率计算方法、系统，所述均衡电流采集装置包括：第一回路，包括主绕组和第一开关；多个第二回路，每个所述第二回路包括一个单体电池、副绕组和第二开关，所述多个第二回路顺次连接，在相邻两个第二回路中，一个第二回路的单体电池的正极与另一个第二回路的单体电池的负极连接，其中所述多个第二回路中各个副绕组匝数相同；控制单元，用于控制所述第一回路和所述第二回路的通断，其中，在同一时间内仅有一个回路被接通；采集单元，用于采集接通的所述回路中的电流，所述电流为主动均衡过程中产生的均衡电流。

Description

均衡电流采集装置及主动均衡效率计算方法、系统

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域。具体地说涉及一种均衡电流采集装置及主动均衡效率计算方法、系统。

背景技术

电动汽车动力电池组中的单体电池多采用串联方式连接，由于各个单体电池在容量、电压、内阻以及温度等方面均不完全相同，在使用过程中，某个单体电池的电量会首先放完，为了对动力电池组进行保护，不得不停止整个动力电池组的放电过程，降低了整个动力电池组的使用时间和容量，也即整个动力电池组的容量是由容量最小的单体电池决定的，当其放完电，动力电池组中的其它单体电池易无法继续放电；充电过程也是如此，在充电过程中，首先放完电的单体电池又会首先被充满，使得动力电池组中的其它单体电池不能正常被充满电。动力电池组中单体电池间的不均衡性影响了整个动力电池组的正常工作，降低了动力电池组的工作效率和使用寿命，因此对动力电池组进行均衡控制十分有必要。

目前常见的均衡方式有被动均衡和主动均衡两种方式，被动均衡因为能量损失大，生热量大，只能削弱高压单体电池的能量以及只能在充电过程中进行均衡等缺点逐渐被主动均衡所取代。主动均衡过程中，电源管理模块会循环检测动力电池组中各个单体电池的状态，当检测到某一单体电池的电压高于其它单体电池时，会将该单体电池多余的电能转移至主动均衡电路中与其串联的变压器的副绕组上，电量转移完毕后，所述副绕组将储存的转移的电能感应至所述变压器的主绕组，之后通过主绕组与副绕组之间的感应将该单体电池转移的电能均衡分配至该动力电池组中的各个单体电池，从而能够使各个单体电池处于均衡状态。但增加主动均衡无疑增加了整个动力电池组的成本，必须保证主动均衡的高效率来抵消增加主动均衡带来的成本上升的压力，因此，对动力电池组主动均衡效率进行有效准确的检测显得尤为重要，有利于对动力电池产品及其控制策略及时进行优化，进而降低成本。但目前应用最广泛的检测主动均衡效率的方法为通过长期的道路试验，根据续驶里程及动力电池组的使用寿命来判断主动均衡效率，历时长，成本高，而且不能实时计算主动均衡效率，不利于产品的优化，而之所以不能实时计算主动均衡效率，最主要的原因是不能实时采集到主动均衡过程中的均衡电流信号。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中不能实时采集到主动均衡过程中的均衡电流信号，导致检测主动均衡效率的方法历时长，成本高，从而提供一种能够实时采集主动均衡过程中的均衡电流信号的均衡电流采集装置及主动均衡效率计算方法、系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种均衡电流采集装置，包括：

第一回路，包括主绕组和第一开关；

多个第二回路，每个所述第二回路包括一个单体电池、副绕组和第二开关，所述多个第二回路顺次连接，在相邻两个第二回路中，一个第二回路的单体电池的正极与另一个第二回路的单体电池的负极连接，其中所述多个第二回路中各个副绕组匝数相同；

控制单元，用于控制所述第一回路和所述第二回路的通断，其中，在同一时间内仅有一个回路被接通；

采集单元，用于采集接通的所述回路中的电流，所述电流为主动均衡过程中产生的均衡电流。

本发明所述的均衡电流采集装置，所述控制单元包括：

电量转移控制子单元，用于使电压较高的单体电池所在的第二回路中的第二开关闭合以使该单体电池中的电量转移到该单体电池所在第二回路的副绕组中；以及

电量接收控制子单元，用于使该单体电池所在的第二回路中的第二开关断开，并使所述第一回路中的第一开关闭合以接收所转移的电量。

本发明还提供了一种主动均衡效率计算方法，包括：

利用上述均衡电流采集装置采集均衡电流；

对电量转移过程中采集的均衡电流进行积分进而获取转移电量；

对电量接收过程中采集的均衡电流进行积分进而获取接收电量；

将所述接收电量和所述转移电量的比值作为主动均衡效率。

本发明所述的主动均衡效率计算方法，在所述将所述接收电量和所述转移电量的比值作为主动均衡效率之后，还包括：

设定效率阈值；

将所述主动均衡效率与所述效率阈值进行比较，若所述主动均衡效率大于所述效率阈值，判定所述主动均衡效率符合要求，反之判断所述主动均衡效率不符合要求。

本发明还提供了一种主动均衡效率计算系统，包括：

上述均衡电流采集装置，用于采集均衡电流；

第一积分单元，用于对电量转移过程中采集的均衡电流进行积分进而获取转移电量；

第二积分单元，用于对电量接收过程中采集的均衡电流进行积分进而获取接收电量；

计算单元，用于将所述接收电量和所述转移电量的比值作为主动均衡效率。

本发明所述的主动均衡效率计算系统，还包括：

设定单元，用于设定效率阈值；

比较单元，用于将所述主动均衡效率与所述效率阈值进行比较，若所述主动均衡效率大于所述效率阈值，判定所述主动均衡效率符合要求，反之判断所述主动均衡效率不符合要求。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明提供了一种均衡电流采集装置，在主动均衡过程中，控制单元会控制第一回路和第二回路的通断，而采集单元会采集接通的所述回路中的电流，所述电流为主动均衡过程中产生的均衡电流，因此，本发明所述的均衡电流采集装置，在主动均衡过程中能够实时采集到均衡电流信号并传输出去，为后期能够及时准确的获取到主动均衡效率提供了有力的技术支持，有利于对动力电池产品及其控制策略及时进行优化，降低了主动均衡效率检测的成本和时长。

(2)本发明还提供了一种主动均衡效率计算方法、装置，通过实时获取转移端在电量转移过程中的转移电量以及接收端在电量接收过程中的接收电量，并将所述接收电量和所述转移电量的比值作为主动均衡效率，历时短、成本低，能够实时对动力电池组的主动均衡效率进行检测，为动力电池产品及其控制策略的及时优化奠定了基础。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明所述均衡电流采集装置的电路原理图；

图2是本发明所述均衡电流采集过程的流程图；

图3是本发明所述主动均衡效率计算方法的流程图；

图4是本发明所述主动均衡效率计算系统的结构框图。

1-均衡电流采集装置，2-第一积分单元，3-第二积分单元，4-计算单元，5-设定单元，6-比较单元。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种均衡电流采集装置，如图1所示，包括：

第一回路，包括主绕组PW和第一开关K₁；

多个第二回路，每个所述第二回路包括一个单体电池B_x、副绕组DW_x和第二开关K_2x，所述多个第二回路顺次连接，在相邻两个第二回路中，一个第二回路的单体电池的正极与另一个第二回路的单体电池的负极连接，其中所述多个第二回路中各个副绕组匝数相同；

控制单元，用于根据主动均衡信息控制所述第一回路和所述第二回路的通断,其中，在同一时间内仅有一个回路被接通；

采集单元PA，用于采集接通的所述回路中的电流，所述电流为主动均衡过程中产生的均衡电流。

具体地，所述主绕组PW和所述副绕组DW_x为主动均衡电路中变压器的主绕组和副绕组，所述单体电池位于电动汽车或者混合动力汽车中的动力电池组中，且所述单体电池间是相串联的。

所述控制单元包括电量转移控制子单元和电量接收控制子单元，其中所述电量转移控制子单元用于使电压较高的单体电池所在的第二回路中的第二开关闭合以使该单体电池中的电量转移到该单体电池所在第二回路的副绕组中；所述电量接收控制子单元用于使该单体电池所在的第二回路中的第二开关断开，并使所述第一回路中的第一开关闭合以接收所转移的电量。

在实际应用中，所述控制单元是根据电源管理模块中的主动均衡信息来执行上述电量转移过程和电量接收过程，控制单元可以通过数据线或者无线的方式从电源管理模块获取其主动均衡过程中的主动均衡信息，并据此控制所述第一回路和所述第二回路的通断。所述第一开关和所述第二开关可以选用MOS管开关，所述控制单元的每个输出端分别与所述第一开关以及所述第二开关的控制端耦接。

具体地，如图2所示，所述均衡电流采集过程如下：

S21.电源管理模块循环检测各个单体电池的状态，当检测到存在电压较高的单体电池，比如单体电池B2电压较高时，会判断需要将该单体电池B2多余的电量转移出去；

S22.控制单元从电源管理模块获取单体电池B2需要转移电量的信息，锁定单体电池B2，通过输出端向与所述单体电池B2在同一个第二回路的第二开关K₂₂的控制端发出控制指令使所述第二开关K₂₂闭合，此时单体电池B2所在的第二回路接通，产生均衡电流，采集单元PA会对所述回路中的均衡电流进行采集；

S23.电源管理模块检测单体电池B2的状态，判断不需要再转移电量，单体电池B2电量转移完毕；

S24.控制单元从电源管理模块获取单体电池B2电量转移完毕的信息，会通过输出端控制单体电池B2所在的第二回路中的第二开关K₂₂断开，并通过控制端向第一回路中的所述第一开关K₁的控制端发出控制指令使所述第一开关K₁闭合，此时主绕组PW所在的第一回路接通，采集单元PA会对所述回路中的均衡电流进行采集。

具体应用中，所述采集单元PA可以包括一个或者多个电流传感器，所述电流传感器包括多个输入端口和多个与所述输入端口对应的输出端口以及一个用于传输所述均衡电流信号的信号传输端口，通过所述输入端口和所述输出端口串联入所述第一回路和所述第二回路中，作为一种可选的方式，每个所述第一回路和所述第二回路中可以分别包括一个或者多个所述第一开关和所述第二开关，且每个所述第一开关和所述第二开关分别与所述电流传感器的输入端和/或输出端相串联，从而当所述第一开关或者所述第二开关导通后，所述第一开关所在的第一回路或者所述第二开关所在的第二回路也会接通，所述回路中的电流就会从所述电流传感器的输入端流入并通过所述输入端对应的所述输出端流出，进而实现所述电流传感器对回路中的均衡电流的采集并通过所述电流传感器的信号传输端口传输出去，用于后期主动均衡效率的计算。

本实施例所述均衡电流采集装置在主动均衡过程中能够实时采集到均衡电流信号并传输出去，为后期能够及时准确的获取到主动均衡效率提供了有力的技术支持，有利于对动力电池产品及其控制策略及时进行优化，降低了主动均衡效率检测的成本和时长。

实施例2

本实施例提供了一种主动均衡效率计算方法，如图3所示，包括如下步骤：

S31.利用实施例1中所述的均衡电流采集装置采集均衡电流；

S32.对电量转移过程中的采集的均衡电流进行积分进而获取所述转移电量；

S33.对电量接收过程中的采集的均衡电流进行积分进而获取所述接收电量；

S34.将所述接收电量和所述转移电量的比值作为主动均衡效率。

具体应用中，所述电流信号采集装置可以选用电流传感器或者安培表，当然也可以选用其它可以采集回路中电流信号的装置或设备。所述电量转移过程中的均衡电流信号以及所述电量接收过程中的均衡电流信号都会传输并存储于一个主芯片中，所述主芯片会对接收的电路转移过程中产生的均衡电流信号和电量接收过程中的均衡电流信号分别进行积分计算，可以获取到转移电量和接收电量，转移电量和接收电量的比值即为主动均衡效率。因此，本实施例所述主动均衡效率计算方法，通过实时获取转移端在电量转移过程中的转移电量以及接收端在电量接收过程中的接收电量，并将所述接收电量和所述转移电量的比值作为主动均衡效率，历时短、成本低，能够实时对动力电池组的主动均衡效率进行检测，为动力电池产品及其控制策略的及时优化奠定了基础。

优选地，所述方法进一步还包括：

S35.设定效率阈值；

S36.将所述主动均衡效率与所述效率阈值进行比较，若所述主动均衡效率大于所述效率阈值，判定所述主动均衡效率符合要求，反之判断所述主动均衡效率不符合要求。

具体应用中，所述效率阈值可以选用60％，当所述主动均衡效率也即转移电量与接收电量的比值大于60％时，主芯片就可以判定主动均衡效率符合要求，若所述主动均衡效率小于或等于60％时，则判定不符合要求，此时会发出报警信号，提醒技术人员应当对动力电池产品及其控制策略及时进行优化,能够在主动均衡效率不符合需求时予以提醒，为动力电池产品及其控制策略的及时优化奠定了基础。

实施例3

本实施例提供了一种主动均衡效率计算系统，如图4所示，包括：

实施例1中所述的均衡电流采集装置1，用于采集均衡电路。

第一积分单元2，用于对电量转移过程中采集的均衡电流进行积分进而获取所述转移电量。

第二积分单元3，用于对电量接收过程中的均衡电流进行积分进而获取所述接收电量。

计算单元4，将所述接收电量和所述转移电量的比值作为主动均衡效率。

本实施例所述主动均衡效率计算系统，通过均衡电流采集装置1采集主动均衡过程中的均衡电流信号，通过所述第一积分单元2和所述第二积分单元3实时获取转移端在电量转移过程中的转移电量以及接收端在电量接收过程中的接收电量，并通过所述计算单元4将所述接收电量和所述转移电量的比值作为主动均衡效率，历时短、成本低，能够实时对动力电池组的主动均衡效率进行检测，为动力电池产品及其控制策略的及时优化奠定了基础。

优选地，所述系统还包括：

设定单元5，用于设定效率阈值。

比较单元6，用于将所述主动均衡效率与所述效率阈值进行比较，若所述主动均衡效率大于所述效率阈值，判定所述主动均衡效率符合要求，反之判断所述主动均衡效率不符合要求。此时会发出报警信号，提醒技术人员应当对动力电池产品及其控制策略及时进行优化,能够在主动均衡效率不符合需求时予以提醒，为动力电池产品及其控制策略的及时优化奠定了基础。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

Claims (6)

1.一种均衡电流采集装置，其特征在于，包括：

第一回路，包括主绕组和第一开关；

多个第二回路，每个所述第二回路包括一个单体电池、副绕组和第二开关，所述多个第二回路顺次连接，在相邻两个第二回路中，一个第二回路的单体电池的正极与另一个第二回路的单体电池的负极连接，其中所述多个第二回路中各个副绕组匝数相同；

控制单元，用于控制所述第一回路和所述第二回路的通断，其中，在同一时间内仅有一个回路被接通；

采集单元，用于采集接通的所述回路中的电流，所述电流为主动均衡过程中产生的均衡电流。

2.根据权利要求1所述的均衡电流采集装置，其特征在于：所述控制单元包括：

电量转移控制子单元，用于使电压较高的单体电池所在的第二回路中的第二开关闭合以使该单体电池中的电量转移到该单体电池所在第二回路的副绕组中；以及

电量接收控制子单元，用于使该单体电池所在的第二回路中的第二开关断开，并使所述第一回路中的第一开关闭合以接收所转移的电量。

3.一种主动均衡效率计算方法，包括：

利用权利要求1或2所述的均衡电流采集装置采集均衡电流；

对电量转移过程中采集的均衡电流进行积分进而获取转移电量；

对电量接收过程中采集的均衡电流进行积分进而获取接收电量；

将所述接收电量和所述转移电量的比值作为主动均衡效率。

4.根据权利要求3所述的主动均衡效率计算方法，其特征在于，在所述将所述接收电量和所述转移电量的比值作为主动均衡效率之后，还包括：

设定效率阈值；

将所述主动均衡效率与所述效率阈值进行比较，若所述主动均衡效率大于所述效率阈值，判定所述主动均衡效率符合要求，反之判断所述主动均衡效率不符合要求。

5.一种主动均衡效率计算系统，其特征在于，包括：

权利要求1或2所述的均衡电流采集装置(1)，用于采集均衡电流；

第一积分单元(2)，用于对电量转移过程中采集的均衡电流进行积分进而获取转移电量；

第二积分单元(3)，用于对电量接收过程中采集的均衡电流进行积分进而获取接收电量；

计算单元(4)，用于将所述接收电量和所述转移电量的比值作为主动均衡效率。

6.根据权利要求5所述的主动均衡效率计算系统，其特征在于，还包括：

设定单元(5)，用于设定效率阈值；

比较单元(6)，用于将所述主动均衡效率与所述效率阈值进行比较，若所述主动均衡效率大于所述效率阈值，判定所述主动均衡效率符合要求，反之判断所述主动均衡效率不符合要求。