CN105186629A - 电动汽车及其动力电池主动均衡系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车及其动力电池主动均衡系统，其中，动力电池主动均衡系统包括：多个串联连接的电池单体组成的动力电池组；电压采集单元，用以分别采集每个电池单体的电压；均衡电源单元；开关管控制电路；主动平衡电路，主动平衡电路在开关管控制电路的控制下实现均衡电源单元与每个需要均衡的电池单体单独进行能量转换；控制单元，控制单元分别与电压采集单元和开关管控制电路相连，控制单元根据每个电池单体的电压识别每个电池单体的状态以获取需要均衡的电池单体，并根据需要均衡的电池单体对开关管控制电路进行控制。该系统能够减少动力电池组自身在均衡过程中的能量损耗，不会影响动力电池组自身的功率消耗和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车的动力电池主动均衡系统以及一种具有该动力电池主动均衡系统的电动汽车。
背景技术
锂离子动力电池多采用串联方式连接以构成动力电池组，由于各单体锂离子电池在制造、初始容量、电压、内阻以及电池组中各单体锂离子电池的温度等方面均不完全相同，在使用过程中，会造成某单体锂离子电池的过充电和过放电现象，严重时会造成个别锂离子电池的容量比其他锂离子电池都低。为了对串联后的锂离子动力电池进行保护，不得不对电池组中个别的过压或欠压的电池单体进行充放电处理，该处理的方式有被动均衡方式和主动均衡方式。
其中，被动均衡方式只能用于充电状态，对电压过高的电池单体进行放电，放电的方式是通过大功率电阻把电能转化为热能，对能量有损耗，造成能量浪费。而相关技术中也提出了一种主动均衡方式，其通过将过压状态的电池单体的能量转换到电池组和将电池组的能量转换到欠压状态的电池单体中，以实现对欠压或过压电池单体进行主动均衡，但是该主动均衡方式实现的能量转换都是在电池组内部，在转换过程中能量存在一定的损耗，并且在电池组快速充电时，由于电池组的电压处于不稳定状态，很难实现对个别电池单体进行均衡。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电动汽车的动力电池主动均衡系统，能够减少动力电池组自身在均衡过程中的能量损耗，不会影响动力电池组自身的功率消耗和稳定性。
本发明的另一个目的在于提出一种电动汽车。
为达到上述目的，本发明实施例提出的一种电动汽车的动力电池主动均衡系统，包括：动力电池组，所述动力电池组包括多个串联连接的电池单体；电压采集单元，所述电压采集单元与所述动力电池组相连以分别采集每个电池单体的电压；均衡电源单元；开关管控制电路；主动平衡电路，所述主动平衡电路包括变压器，所述变压器的主边通过所述开关管控制电路与所述均衡电源单元相连，所述变压器的多个次边通过所述开关管控制电路分别对应与每个电池单体相连，所述主动平衡电路在所述开关管控制电路的控制下实现所述均衡电源单元与每个需要均衡的电池单体单独进行能量转换；控制单元，所述控制单元分别与所述电压采集单元和所述开关管控制电路相连，所述控制单元根据所述每个电池单体的电压识别所述每个电池单体的状态以获取需要均衡的电池单体，并根据需要均衡的电池单体对所述开关管控制电路进行控制。
根据本发明实施例的电动汽车的动力电池主动均衡系统，通过增加均衡电源单元，能够实现均衡电源单元与每个需要均衡的电池单体单独进行能量转换，使得需要均衡的电池单体能够在任何情况下都可以进行均衡处理，避免了动力电池组在快充过程中很难实施均衡的缺点，能够减少动力电池组自身在均衡过程中的能量损耗，不会影响动力电池组自身的功率消耗和稳定性。
根据本发明的一个实施例，所述开关管控制电路包括主边MOS管和多个次边MOS管，所述多个次边MOS管中的每个次边MOS管分别与所述变压器的每个次边和每个电池单体相一一对应，其中，所述主边MOS管导通时所述均衡电源单元与所述变压器的主边形成通路，所述每个次边MOS管导通时其对应的电池单体与其对应的变压器的次边形成通路。
并且，所述控制单元包括主控制器和MOS管驱动电路，所述主控制器通过SPI(SerialPeripheralInterface,串行外围设备接口)总线与所述电压采集单元相连，并通过I/O接口与所述MOS管驱动电路相连，所述MOS管驱动电路在所述主控制器的控制下分别输出驱动信号至所述主边MOS管和每个次边MOS管。
根据本发明的一个实施例，所述每个电池单体的状态包括欠压状态和过压状态，其中，当多个电池单体中的任意一个电池单体处于欠压状态时，所述控制单元控制所述主边MOS管导通，并在所述均衡电源单元中的能量储存到所述变压器的主边后，所述控制单元控制所述主边MOS管关断，并控制该电池单体对应的次边MOS管导通以使储存到所述变压器的主边的能量转换到该电池单体对应的变压器的次边，以给该电池单体充电。
并且，当多个电池单体中的任意一个电池单体处于过压状态时，所述控制单元控制该电池单体对应的次边MOS管导通，并在该电池单体中的能量储存到该电池单体对应的变压器的次边后，所述控制单元控制该电池单体对应的次边MOS管关断，并控制所述主边MOS管导通以使储存到该电池单体对应的变压器的次边的能量转换到所述变压器的主边，以充入到所述均衡电源单元。
根据本发明的一个实施例，所述均衡电源单元由蓄电池组构成。
根据本发明的一个实施例，所述主控制器还通过CAN总线将所述每个电池单体的信息上传到所述电动汽车的CAN网络。
此外，本发明的实施例还提出了一种电动汽车，其包括上述的电动汽车的动力电池主动均衡系统。
根据本发明实施例的电动汽车，通过上述的动力电池主动均衡系统，能够实现均衡电源单元与动力电池组中每个需要均衡的电池单体单独进行能量转换，使得需要均衡的电池单体能够在任何情况下都可以进行均衡处理，避免了动力电池组在快充过程中很难实施均衡的缺点，能够减少动力电池组自身在均衡过程中的能量损耗，不会影响动力电池组自身的功率消耗和稳定性。
附图说明
图1为根据本发明实施例的电动汽车的动力电池主动均衡系统的方框示意图；以及
图2为根据本发明一个具体实施例的电动汽车的动力电池主动均衡系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的电动汽车的动力电池主动均衡系统以及具有该动力电池主动均衡系统的电动汽车。
图1为根据本发明实施例的电动汽车的动力电池主动均衡系统的方框示意图。如图1所示，该电动汽车的动力电池主动均衡系统包括动力电池组10、电压采集单元20、均衡电源单元30、开关管控制电路40、主动平衡电路50和控制单元60。
其中，动力电池组10包括多个串联连接的电池单体Cell，电压采集单元20与动力电池组10相连以分别采集每个电池单体Cell的电压。如图2所示，电压采集单元20可以为电压采集芯片。
结合图1和图2所示，主动平衡电路50包括变压器501，变压器501的主边通过开关管控制电路40与均衡电源单元30相连，变压器501的多个次边通过开关管控制电路40分别对应与每个电池单体Cell相连，主动平衡电路50在开关管控制电路40的控制下实现均衡电源单元30与每个需要均衡的电池单体单独进行能量转换。控制单元60分别与电压采集单元20和开关管控制电路40相连，控制单元60根据每个电池单体的电压识别每个电池单体的状态以获取需要均衡的电池单体，并根据需要均衡的电池单体对开关管控制电路40进行控制。
由此可知，本发明实施例的电动汽车的动力电池主动均衡系统，通过设置对每个电池单体进行均衡时的能量转换电源模块即均衡电源单元，以提供欠压电池单体均衡时的均衡能量和接收动力电池组中过压电池单体均衡时的多余能量，采用DC/DC方式以实现动力电池组中的任何一个电池单体出现过压或欠压需要进行能量转换时，该电池单体通过主动平衡电路能够与均衡电源单元进行能量转换，使得动力电池组的每个电池单体都是与独立均衡电源单元进行能量转换，减少了电池组内部均衡过程中的能量消耗，提高了电池组的电压的稳定性，提高了电池单体均衡效率，使快速充电时的电池单体均衡成为可能。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，开关管控制电路40包括主边MOS管401和多个次边MOS管402，多个次边MOS管中的每个次边MOS管402分别与变压器501的每个次边和每个电池单体Cell相一一对应，其中，主边MOS管401导通时均衡电源单元30与变压器501的主边形成通路，每个次边MOS管402导通时其对应的电池单体与其对应的变压器的次边形成通路。
并且，如图2所示，控制单元60包括主控制器601和MOS管驱动电路602，主控制器601通过SPI总线与电压采集单元20相连，并通过I/O接口与MOS管驱动电路602相连，MOS管驱动电路602在主控制器601的控制下分别输出驱动信号至主边MOS管401和每个次边MOS管402。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，主控制器601还通过CAN总线将每个电池单体的信息上传到电动汽车的CAN网络。
也就是说，如图2所示，本发明实施例的电动汽车的动力电池主动均衡系统主要由动力电池组10、电压采集芯片即电压采集单元20、主控制器601、MOS管驱动电路602、MOS管控制电路40、均衡电源单元30和主动平衡电路50组成。其中，动力电池组10由多个电池单体Cell串联而成，电压采集芯片用于采集每个Cell的电压，并通过SPI通信传输给主控制器601，主控制器601对采集的电压进行运算处理，并通过MOS管驱动电路对MOS管控制电路中的各个MOS管进行控制，以及CAN通信控制、看门狗及诊断电路检测等。MOS管控制电路用于控制切换电池单体进行均衡处理的通道，CAN总线用于上传数据，均衡电源单元为电池单体均衡时提供能量来源。
具体地，每个电池单体的状态包括欠压状态和过压状态，其中，当多个电池单体中的任意一个电池单体处于欠压状态时，控制单元60控制主边MOS管401导通，并在均衡电源单元30中的能量储存到变压器的主边后，控制单元60控制主边MOS管401关断，并控制该电池单体对应的次边MOS管402导通以使储存到变压器的主边的能量转换到该电池单体对应的变压器的次边，以给该电池单体充电。也就是说，电压采集芯片采集每个Cell的电压，并通过SPI通信传输给主控制器，主控制器通过运算，判断出某一个Cell欠压时，控制主边MOS管导通，均衡电源单元30与变压器的主边形成通路，将均衡电源单元30中的能量储存到主边电感后，断开该主边MOS管，然后控制该欠压Cell端的次边MOS管导通，储存的能量从主边转换到次边，给该欠压的Cell充电，实现了均衡电源单元给欠压的Cell充电。
并且，当多个电池单体中的任意一个电池单体处于过压状态时，控制单元60控制该电池单体对应的次边MOS管导通，并在该电池单体中的能量储存到该电池单体对应的变压器的次边后，控制单元60控制该电池单体对应的次边MOS管关断，并控制主边MOS管导通以使储存到该电池单体对应的变压器的次边的能量转换到变压器的主边，以充入到均衡电源单元30。也就是说，电压采集芯片采集每个Cell的电压，并通过SPI通信传输给主控制器，主控制器通过运算，判断出某一个Cell过压时，控制该过压Cell对应的次边MOS管导通，该过压Cell与其对应的变压器的次边形成通路，该过压Cell放电，能量储存在其对应的变压器的次边电感后，断开该过压Cell对应的次边MOS管，并控制主边MOS管导通，储存的能量从次边转换到主边，最后充入均衡电源单元，实现了过压Cell的能量储存到均衡电源单元。
其中，均衡电源单元30可以由蓄电池组构成，具备释放能量和储存能量的功能。
综上所述，根据本发明实施例的电动汽车的动力电池主动均衡系统，通过增加均衡电源单元，能够实现均衡电源单元与每个需要均衡的电池单体单独进行能量转换，使得需要均衡的电池单体能够在任何情况下都可以进行均衡处理，避免了动力电池组在快充过程中很难实施均衡的缺点，能够减少动力电池组自身在均衡过程中的能量损耗，不会影响动力电池组自身的功率消耗和稳定性。
此外，本发明的实施例还提出了一种电动汽车，其包括上述的电动汽车的动力电池主动均衡系统。
根据本发明实施例的电动汽车，通过上述的动力电池主动均衡系统，能够实现均衡电源单元与动力电池组中每个需要均衡的电池单体单独进行能量转换，使得需要均衡的电池单体能够在任何情况下都可以进行均衡处理，避免了动力电池组在快充过程中很难实施均衡的缺点，能够减少动力电池组自身在均衡过程中的能量损耗，不会影响动力电池组自身的功率消耗和稳定性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种电动汽车的动力电池主动均衡系统，其特征在于，包括：
动力电池组，所述动力电池组包括多个串联连接的电池单体；
电压采集单元，所述电压采集单元与所述动力电池组相连以分别采集每个电池单体的电压；
均衡电源单元；
开关管控制电路；
主动平衡电路，所述主动平衡电路包括变压器，所述变压器的主边通过所述开关管控制电路与所述均衡电源单元相连，所述变压器的多个次边通过所述开关管控制电路分别对应与每个电池单体相连，所述主动平衡电路在所述开关管控制电路的控制下实现所述均衡电源单元与每个需要均衡的电池单体单独进行能量转换；
控制单元，所述控制单元分别与所述电压采集单元和所述开关管控制电路相连，所述控制单元根据所述每个电池单体的电压识别所述每个电池单体的状态以获取需要均衡的电池单体，并根据需要均衡的电池单体对所述开关管控制电路进行控制。
2.根据权利要求1所述的电动汽车的动力电池主动均衡系统，其特征在于，所述开关管控制电路包括主边MOS管和多个次边MOS管，所述多个次边MOS管中的每个次边MOS管分别与所述变压器的每个次边和每个电池单体相一一对应，其中，所述主边MOS管导通时所述均衡电源单元与所述变压器的主边形成通路，所述每个次边MOS管导通时其对应的电池单体与其对应的变压器的次边形成通路。
3.根据权利要求2所述的电动汽车的动力电池主动均衡系统，其特征在于，所述控制单元包括主控制器和MOS管驱动电路，所述主控制器通过SPI总线与所述电压采集单元相连，并通过I/O接口与所述MOS管驱动电路相连，所述MOS管驱动电路在所述主控制器的控制下分别输出驱动信号至所述主边MOS管和每个次边MOS管。
4.根据权利要求2所述的电动汽车的动力电池主动均衡系统，其特征在于，所述每个电池单体的状态包括欠压状态和过压状态，其中，当多个电池单体中的任意一个电池单体处于欠压状态时，所述控制单元控制所述主边MOS管导通，并在所述均衡电源单元中的能量储存到所述变压器的主边后，所述控制单元控制所述主边MOS管关断，并控制该电池单体对应的次边MOS管导通以使储存到所述变压器的主边的能量转换到该电池单体对应的变压器的次边，以给该电池单体充电。
5.根据权利要求4所述的电动汽车的动力电池主动均衡系统，其特征在于，当多个电池单体中的任意一个电池单体处于过压状态时，所述控制单元控制该电池单体对应的次边MOS管导通，并在该电池单体中的能量储存到该电池单体对应的变压器的次边后，所述控制单元控制该电池单体对应的次边MOS管关断，并控制所述主边MOS管导通以使储存到该电池单体对应的变压器的次边的能量转换到所述变压器的主边，以充入到所述均衡电源单元。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的电动汽车的动力电池主动均衡系统，其特征在于，所述均衡电源单元由蓄电池组构成。
7.根据权利要求3所述的电动汽车的动力电池主动均衡系统，其特征在于，所述主控制器还通过CAN总线将所述每个电池单体的信息上传到所述电动汽车的CAN网络。
8.一种电动汽车，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任一项所述的电动汽车的动力电池主动均衡系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151223 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |