CN105226747A - 一种光伏发电的电动汽车电池主动均衡系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏发电的电动汽车电池主动均衡系统，该系统包括光伏发电模块、电池组件、电池管理系统、主控模块和执行模块，所述的电池管理系统通过CAN通信协议与主控模块相连，主控模块分别连接光伏发电模块和执行模块，执行模块分别连接光伏发电模块和电池组件，电池组件还与电池管理系统相连。本发明既能对电池单体充电，又能对12V辅助电池充电，而且不消耗电池组电量，能够消除能量转移中的损失，大大提高均衡效果，节约了能源，能够同时对多个电池单体同时均衡，大大提高了均衡效率。

Description

一种光伏发电的电动汽车电池主动均衡系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，具体是涉及一种光伏发电的电动汽车电池主动均衡系统。

背景技术

近年空气质量的持续恶化，全球气温不断上升，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向。电动汽车作为新一代的交通工具，在节能减排、减少人类对传统化石能源的依赖方面具备传统汽车不可比拟的优势。动力电池作为电动汽车的动力源,直接影响到电动汽车的续驶里程和工作效率，是电动汽车的核心技术，同时也是制约电动车发展的主要因素之一。在现有的动力电池技术水平下,纯电动汽车必须由数十节或者上百节动力电池来提供能量，但是由于电池组的一致性问题，各单体电池在电压、内阻、容量等方面存在较大的差异，使电池组的实际使用情况比单体电池要复杂的多，这也严重影响了其在纯电动汽车领域的应用。电池组的一致性问题作为电池成组使用的核心问题，已经成为动力电池成组应用的一个瓶颈。因此，电池均衡技术在电池管理系统中占有重要位置。

电池均衡分为主动均衡和被动均衡两种。主动均衡需要外部电源，研究较少。被动均衡又分为耗散型与非耗散型，其中非耗散型研究较多。非耗散型采用“削峰填谷”的形式进行均衡，均衡效率有限，不能达到均衡的最佳效果。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够利用光伏发电对电动汽车电池组进行实时均衡，延长电池使用寿命的电动汽车电池主动均衡系统。由于本发明是光伏发电，既能对电池单体充电，又能对12V辅助电池充电，而且不消耗电池组电量，能够消除能量转移中的损失，大大提高均衡效果，节约了能源。同时，与“削峰填谷”的均衡方法相比，只有“填谷”过程，无需“削峰”过程，而且能够同时对多个电池单体同时均衡，大大提高了均衡效率。另外，本方案操控方便，并能在一定程度上提高电动汽车续驶里程。

本发明采用的技术方案为：一种光伏发电的电动汽车电池主动均衡系统，包括光伏发电模块和电池组件，还包括：

电池管理系统，对电池单体进行实时电压、电流、温度等数据采集，并进行电池单体SOC计算；

主控模块，对光伏发电模块的控制，数据的分析处理，制定均衡策略，发出恒定电流充电控制信号、恒压充电控制信号及均衡电路控制信号；

执行模块，实现对电池单体的分阶段充电；

所述的电池管理系统通过CAN通信协议与主控模块相连，主控模块分别连接光伏发电模块和执行模块，执行模块分别连接光伏发电模块和电池组件，电池组件还与电池管理系统相连。

进一步，所述的光伏发电模块由太阳能光伏阵列、光照度传感器和DC/DC变换电路组成，所述的DC/DC转换电路将太阳能光伏阵列产生的不稳定直流电以稳定的电压输出；

进一步，所述的DC/DC变换电路采用Buck/Boost变换电路。

进一步，所述的主控模块包括DSP处理器、外围电路和硬件接口，

进一步，所述的执行模块由恒压充电电路、恒流充电电路和均衡电路组成，恒压充电电路与恒流充电电路先并联再与均衡电路相串联。

进一步，所述的电池组件包括N-1块电池组和一块12V辅助电池。

进一步，所述的均衡电路包括2（N+1）个可控开关，N为电池个数；每两个电池单体之间并联两个可控开关。

进一步，将两个并联的可控开关中任选一个放入K组，另一个放入S组，K组与S组各自在组内根据编号分为奇数组与偶数组，K组内奇数组连接恒流充电电路一极，偶数组连接恒流充电电路另一极；S组内奇数组连接恒压充电电路一极，偶数组连接恒压充电电路另一极。

本发明产生的有益效果是：

1、本发明采用光伏发电的主动均衡策略，比“削峰填谷”式均衡策略更加直接，省时省心，提高均衡效率。

2、本发明不仅能够对电池单体进行均衡，还能对12V辅助电源进行充电，实现了节能减排，提高了电动汽车续驶里程。

3、本发明在均衡中无需对高能量电池放电，减少了对蓄电池的伤害，更能保持电池的一致性，延长电池使用寿命。

4、本发明只要有阳光就能够随时随地进行均衡，实时性好，更加灵活。

附图说明

图1是本发明的系统框图；

图2是本发明结构示意图；

图3是本发明均衡电路示意图；

图4是本发明同时为编号为1、3的电池单体充电电路示意图；

图5是本发明同时为编号为1的恒流充电、编号为3的恒压充电电路示意图。

具体实施方式

本发明提供了能够利用光伏发电对电动汽车电池组进行实时均衡，延长电池使用寿命的电动汽车电池主动均衡系统。如图1所示，包括：光伏发电模块、主控模块、电池管理系统、执行模块和电池组件。

其中光伏发电模块由太阳能光伏阵列、光照度传感器和DC/DC变换电路组成，太阳能光伏阵列通过光生伏打效应将太阳能转化为直流电能，光照度传感器判断光照强度，DC/DC变换电路将不稳定的直流电以稳定的电压输出。

电池管理系统为电动汽车自带的管理系统，主要进行对电池单体进行实时电压、电流、温度等数据采集，并进行电池单体SOC计算，并将数据传递给主控模块。

主控模块包括DSP处理器、外围电路、硬件接口以及相关总线接口，该主控模块通过光照度传感器监测光照强度，判断光伏发电模块能否正常工作，并对光伏发电模块进行控制，主要功能包括对光伏发电模块的控制，数据的分析处理，制定均衡策略，发出恒流充电控制信号、恒压充电控制信号及均衡电路控制信号。

执行模块包括恒流充电电路、恒压充电电路、均衡电路。恒流充电电路与恒流充电电路先并联再与均衡电路相串联，以实现对电池单体的分阶段充电。

电池组件包括N-1块电池单体及一块块12V辅助电池，共计N块电池。

如图2所示，太阳能光伏阵列与DC/DC变换电路相连，DC/DC变换电路与充电电路相连，恒压充电电路与恒流充电电路并联后与均衡电路串联，均衡电路与电池组相连。主控模块通过CAN通讯协议与电池管理系统通信，并由信号线分别与恒压充电电路、恒流充电电路、均衡电路和光伏阵列相连。

均衡电路如图3所示，C1、C2……Cn代表N个电池单体，其中Cn代表12V辅助电池，S1、S2……Sn+1表示S组N+1个可控开关，K1、K2……Kn+1表示K组N+1个可控开关，将开关根据编号分为奇数组与偶数组，K组内奇数组连接恒流充电电路一极，偶数组连接恒流充电电路另一极；S组内奇数组连接恒压充电电路一极，偶数组连接恒压充电电路另一极。

图4是本发明编号为1、3的电池单体充电电路示意图。当太阳能光伏发电功率能同时为两块电池单体同时充电，且满足充电条件的电池单体数大于2时的充电情形。主控模块发出恒流充电信号和均衡电路控制信号，开启恒流充电方式，均衡电路可控开关S1、S2、S3、S4闭合，编号为1、3的电池单体进行恒流充电。

图5是在图4的基础上监测到电池C1充电电压接近预期值时由恒流充电改为恒压充电。主控模块发出恒压充电信号和均衡电路控制信号，开启恒压充电方式，均衡电路可控开关S1、S2断开，可控开关K1、K2闭合。

本发明的工作原理为：利用太阳能电池板发电对电动汽车电池组进行主动均衡，并在电池组均衡完毕时对12V辅助电池进行充电。首先，主控模块监测太阳能电池板的工作状态，如果阳光不充足，则继续监测；如果阳光充足，太阳能电池正常工作，电池管理系统采集电池数据，并通过CAN通讯传递给主控模块，主控模块计算编号为1~N-1的电池单体间的容量差。如果电池单体间容量差大于预设值，计算满足条件的电池单体个数，结合光伏发电的功率计算一次可充电的电池单体数，确定进行充电的电池单体编号，制定均衡策略，发出恒流充电电路控制信号和均衡电路控制信号，对相应编号的电池单体进行充电，电池管理系统对正在进行充电的电池单体电压进行实时采集，并传递给主控模块，主控模块计算此电压与预期电压之差，当电压差小于预设值时，发出控制信号，将恒流充电改为恒压充电，再恒压充电某一设定时间后，停止充电；如果电池单体间容量差小于预设值，则采用相同的方法对12V辅助电源充电。

Claims (8)

1.一种光伏发电的电动汽车电池主动均衡系统，包括光伏发电模块和电池组件，其特征在于，还包括：

电池管理系统，对电池单体进行实时电压、电流、温度等数据采集，并进行电池单体SOC计算；

主控模块，对光伏发电模块的控制，数据的分析处理，制定均衡策略，发出恒定电流充电控制信号、恒压充电控制信号及均衡电路控制信号；

执行模块，实现对电池单体的分阶段充电；

所述的电池管理系统通过CAN通信协议与主控模块相连，主控模块分别连接光伏发电模块和执行模块，执行模块分别连接光伏发电模块和电池组件，电池组件还与电池管理系统相连。

2.根据权利要求1所述的一种光伏发电的电动汽车电池主动均衡系统，其特征在于：所述的光伏发电模块由太阳能光伏阵列、光照度传感器和DC/DC变换电路组成，所述的DC/DC转换电路将太阳能光伏阵列产生的不稳定直流电以稳定的电压输出。

3.根据权利要求2所述的一种光伏发电的电动汽车电池主动均衡系统，其特征在于：所述的DC/DC变换电路采用Buck/Boost变换电路。

4.根据权利要求1所述的一种光伏发电的电动汽车电池主动均衡系统，其特征在于：所述的主控模块包括包括DSP处理器、外围电路和硬件接口。

5.根据权利要求1所述的一种光伏发电的电动汽车电池主动均衡系统，其特征在于：所述的执行模块由恒压充电电路、恒流充电电路和均衡电路组成，恒压充电电路与恒流充电电路先并联再与均衡电路相串联。

6.根据权利要求1所述的一种光伏发电的电动汽车电池主动均衡系统，其特征在于：所述的电池组件包括N-1块电池组和一块12V辅助电池。

7.根据权利要求5所述的一种光伏发电的电动汽车电池主动均衡系统，其特征在于：所述的均衡电路包括2（N+1）个可控开关，N为电池个数；每两个电池单体之间并联两个可控开关。

8.根据权利要求7所述的一种光伏发电的电动汽车电池主动均衡系统，其特征在于：将两个并联的可控开关中任选一个放入K组，另一个放入S组，K组与S组各自在组内根据编号分为奇数组与偶数组，K组内奇数组连接恒流充电电路一极，偶数组连接恒流充电电路另一极；S组内奇数组连接恒压充电电路一极，偶数组连接恒压充电电路另一极。