CN106100015B - 一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路及控制方法 - Google Patents

一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路及控制方法，其特征在于，该均衡控制电路包括第一电池电压电路、第二电池电压电路、MOS开关电路、放电电阻电路、光耦合开关电路；第一电池电压电路、MOS开关电路、放电电阻电路和第二电池电压电路依次连接，光耦合开关电路并联在放电电阻电路的两端。本发明采用双MOS串联的方式做开关，有效防止单MOS单点失效后将电池单体放空，同时增加均衡开启状态检测确保需要均衡时打开，无需均衡时关闭，对均衡电路执行情况进行监控，提高均衡电路的可靠性。本发明解决了电池组系统单体一致性较差的问题，提高系统的可用容量，延长了电池组的寿命，提高了车辆的续航能力。

Description

一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路及控制方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路及控制方法。
背景技术
近年来，我国环境状况越来越糟糕，雾霾更是在祖国的广袤的大地上空任意肆虐。因此，国家大力度推动能源改革，尤其是新能源纯电动车辆的大力推广。
新能源纯电动车辆的一个极其核心部件是电池包，故对电池包的管理尤为重要。由于单块电池在制造、初始容量、电压、内阻以及电池组中各单块蓄电池的环境温度等方面均不完全相同，在使用过程中，单体一致性逐渐变差，最终导致电池组中，部分电池充不满电。而在实际使用中，系统所能放出的容量取决于最低的单体的容量，从而表现出电池组的放电能力有很大下降，车辆的续航能力也大大下降。
因此，初期，有部分电池或整车厂采用手动对电池组中少数电压过高单体的电池，或单体电压过低的电池通过辅助设备进行单独放电或补电。这种方法针对性较好，但是已经在单体电池一致性较差的情况下进行，有很大的滞后性。同时，费时费力，有很大的不便性，提高了维护成本。
目前，行业中主要做法是基于能量转移型的主动均衡和基于能量耗散型的被动均衡。由于主动均衡技术不成熟，处于研究阶段，实际中并未真正使用。被动均衡方案使用者较多。
发明内容
本发明提供了一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路及控制方法，在正常的充电过程中根据单体电压状况智能判断并控制单体电池的均衡开启，解决了电池组系统单体一致性较差的问题，提高系统的可用容量，延长了电池组的寿命，提高了车辆的续航能力。
综上所述，为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路，其特征在于：该均衡控制电路包括第一电池电压电路、第二电池电压电路、MOS开关电路、放电电阻电路、光耦合开关电路；第一电池电压电路、MOS开关电路、放电电阻电路和第二电池电压电路依次连接，光耦合开关电路并联在放电电阻电路的两端；
所述MOS开关电路，MOS管Q35的漏极与MOS管Q38的源极相连，MOS管Q35的栅极和MOS管Q38的栅极连接并分别连接电阻R80一端和电阻R121的一端，电阻R80的另一端连接MOS管Q35的源极，电阻R121的另一端连接均衡信号控制端Cell_6804，MOS管Q38的漏极连接放电电阻电路，MOS管Q35的源极连接第一电池电压电路；当系统需要打开该单体均衡时，均衡信号控制端Cell_6804将MOS栅极电压相对于漏极电压置低，双MOS开关电路导通，开启均衡，即该节电池放电回路导通，进行放电；否则不导通，关闭均衡；
所述光耦合开关电路，用于检测均衡模式是否成功开启，成功开启则输出EN_Out为低电平，否则输出高电平。
进一步，所述的放电电阻电路还与均衡指示电路并联。
进一步，所述的MOS管为P沟道增强型MOS管。
一种基于车载电池管理系统的被动均衡控制电路的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：开启均衡控制模式
充电时，首先测量系统内所有单体电压，得到此时单体最高电压Vmax， Vmax与设定电压Vset做比较，若最高单体电压Vmax大于设定电压Vset，则开启均衡控制模式，开启均衡控制模式下，单体电压在系统平均电压10mv以上的单体开启均衡；若系统最高单体电压Vmax小于设定电压Vset，则检查单体历史均衡标志是否有效，有效则开启均衡控制模式，无效则关闭该单体的均衡控制模式；
步骤二：关闭均衡控制模式
在均衡控制模式下充电的过程中，当截止电压Vstop与系统最高单体电压Vmax的差值小于10mV时，则退出均衡控制模式，关闭所有均衡控制模式，目的是为防止均衡时，单体电压检测不准的风险，避免造成过充，损坏电池；
步骤三：单体均衡标志设置
当系统最高单体电压Vmax与截止电压Vstop相等时，则充电完成，根据此刻的单体电压状况进行单体均衡标志设置；
均衡标志设置如下：
（1）当截止电压Vstop与系统最低单体电压Vmin的差值小于30 mV，且系统最高单体电压Vmax的值大于设定电压Vset的值时，单体电压值与系统平均电压的差值大于10 mV的单体，其单体均衡标志置为有效，否则置为无效；
（2）当截止电压Vstop与系统最低单体电压Vmin的差值大于30 mV，或者系统最高单体电压Vmax小于设定电压Vset时，所有的单体均衡标志置为无效。
进一步，所述设定电压Vset值根据电池特性而定。
进一步，开启均衡控制模式的单体还设置有均衡关闭振荡值，对于开启均衡的单体，当该单体电压与系统平均电压的差值小于5mV时，则关闭该单体的均衡控制模式。
本发明所产生的有益效果是：
本发明提供的一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路，该被动均衡控制电路采用双MOS串联的方式做开关，防止单MOS单点失效后将电池单体放空，同时增加均衡开启状态检测确保需要均衡时打开，无需均衡时关闭，对均衡电路执行情况进行监控，提高均衡电路的可靠性。
一种车载电池管理系统的被动均衡控制方法，该方法使纯电动车辆在正常的使用中无须规划额外的均衡时间对电池进行人为均衡检测控制处理，只需在正常的充电过程中根据单体电压状况智能判断并控制单体电池的均衡开启与关闭，从而使电池组系统具有良好的单体一致性，进而提高系统的可用容量，既延长了电池组的寿命，又提高了车辆的续航能力。
附图说明
图1为本发明的控制方法逻辑图；
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式来进一步详细的说明本发明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
如图2所示，一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路，该均衡控制电路包括第一电池电压电路1、第二电池电压电路2、MOS开关电路3、放电电阻电路4、光耦合开关电路5；第一电池电压电路1、MOS开关电路3、放电电阻电路4和第二电池电压电路2依次连接，光耦合开关电路5并联在放电电阻电路4的两端。第一电池电压电路1为第一电池电压输入端Cell2串联电阻R115的一端，电阻R115的另一端与MOS开关电路3的MOS管Q35的源极相连，MOS开关电路3采用两个P沟道增强型MOS管串联的方式，防止单MOS管单点失效后将电池单体放空，MOS管Q35的漏极与MOS管Q38的源极相连，MOS管Q35的栅极和MOS管Q38的栅极连接并分别连接电阻R80一端和电阻R121的一端，，电阻R80的另一端连接MOS管Q35的源极，电阻R121的另一端连接均衡信号控制端Cell_6804，MOS管Q38的漏极和放电电阻电路4的节点a连接；放电电阻电路4为四个电阻并联组成，四个电阻分别为电阻R41、电阻R43、电阻R45、电阻R48，四个电阻并联后一端的节点记为a，另一端的节点记为b，节点a连接MOS开关电路3，节点b与第二电池电压电路1的电阻R117的一端相连；电阻R117的另一端连接第二电池电压输入端Cell1，电阻R117和第二电池电压输入端组成第二电池电压电路1；同时节点a与光耦合开关电路5的电阻R130的一端相连，电阻R130的另一端连接光电耦合器U24的引脚1，光电耦合器U24的四个引脚分别为发光二极管正极引脚1、发光二极管负极引脚3、光敏三极管射极引脚4和光敏三极管集电极引脚6，光电耦合器U24的引脚3连接节点b，光电耦合器U24的引脚4接地，光电耦合器U24的引脚6连接电阻R93的一端，电阻R93的另一端连接电源VREG1，同时光电耦合器U24的引脚6为均衡模式输出端EN_Out。
均衡信号控制端Cell_6804是来自LTC6804的均衡输出控制端，作用为控制均衡打开。均衡模式输出端EN_Out能够检测到单体开启均衡是否成功。
若系统需要打开该单体均衡时，均衡信号控制端Cell_6804输出相对于MOS源极置低，则MOS开关电路3导通，放电电阻电路4开始放电，成功的开启了均衡模式，同时光耦合开关电路5导通，U24的引脚6作为均衡模式输出端EN_Out。此时，均衡模式输出端EN_Out的输出电压为低电平，表示成功的开启了均衡模式；若系统需要关闭该单体均衡时，均衡信号控制端Cell_6804输出相对于MOS源极置高，则MOS开关电路3不导通，均衡模式未开启，光耦合开关电路5不导通，此时，均衡模式输出端EN_Out的输出电压为高电平，表示均衡关闭。
如图1所示，一种基于车载电池管理系统的被动均衡控制电路的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：开启均衡控制模式，充电时，首先测量系统内所有单体电压，得到目前单体最高电压Vmax， Vmax与设定电压Vset做比较，若最高单体电压Vmax大于设定电压Vset，则开启均衡控制模式，开启均衡控制模式下，单体电压在系统平均电压10mv以上的单体开启均衡；若系统最高单体电压Vmax小于设定电压Vset，则检查单体历史均衡标志是否有效，有效则开启均衡控制模式，无效则关闭该单体的均衡控制模式；
步骤二：关闭均衡控制模式，在均衡控制模式下充电的过程中，当截止电压Vstop与系统最高单体电压Vmax的差值小于10mV时，则退出均衡控制模式，关闭所有均衡控制模式，目的是为防止均衡时，单体电压检测不准的风险，避免造成过充，损坏电池；
步骤三：单体均衡标志设置，当系统最高单体电压Vmax与截止电压Vstop相等时，则充电完成，根据此刻的单体电压状况进行单体均衡标志设置。
均衡标志设置如下：
（1）当截止电压Vstop与系统最低单体电压Vmin的差值小于30 mV，且系统最高单体电压Vmax的值大于设定电压Vset的值时，单体电压值与系统平均电压的差值大于10 mV的单体，其单体均衡标志置为有效，否则置为无效。
（2）当截止电压Vstop与系统最低单体电压Vmin的差值大于30 mV，或者系统最高单体电压Vmax小于设定电压Vset时，所有的单体均衡标志置为无效。
进一步，所述设定电压Vset值根据电池特性而定。
进一步，开启均衡控制模式的单体还设置有均衡关闭振荡值，对于开启均衡的单体，当该单体电压与系统平均电压的差值小于5mV时，则关闭该单体的均衡控制模式。
实施例2
除了在实施例1中的均衡控制电路中增加了均衡指示电路外，其他部分的组成以及连接关系与实施例1相同。增加的均衡指示电路的连接关系如下：
如图2所示，在放电电阻电路4的两个节点a和b之间还并联了均衡指示电路6，节点a连接了电阻R127的一端，电阻R127的另一端连接发光二极管D10的正极，发光二极管D10的负极连接节点c。
若系统需要打开该单体均衡时，均衡信号控制端Cell_6804输出相对于MOS源极电压置低，则MOS开关电路3导通，放电电阻电路4开始放电，成功的开启了均衡模式，并且均衡指示电路6导通，其中发光二极管D10作为均衡指示灯，均衡指示灯亮；否则，均衡开启失败，均衡指示灯灭。
一种基于车载电池管理系统的被动均衡控制电路的控制方法与实施例中所述的方法相同。
要说明的是，上述实施例是对本发明技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本发明技术方案的思路和范围，均应包含在本发明所要求的权利范围之内。

Claims (6)

1.一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路，其特征在于，该均衡控制电路包括第一电池电压电路、第二电池电压电路、MOS开关电路、放电电阻电路、光耦合开关电路；第一电池电压电路、MOS开关电路、放电电阻电路和第二电池电压电路依次连接，光耦合开关电路并联在放电电阻电路的两端；
所述MOS开关电路，MOS管Q35的漏极与MOS管Q38的源极相连，MOS管Q35的栅极和MOS管Q38的栅极连接，并分别连接电阻R80一端和电阻R121的一端，电阻R80的另一端连接MOS管Q35的源极，电阻R121的另一端连接均衡信号控制端Cell_6804；MOS管Q38的漏极连接放电电阻电路，MOS管Q35的源极连接第一电池电压电路；当系统需要打开单体均衡时，Cell_6804信号将MOS栅极电压相对于源极电压置低，双MOS开关电路导通，开启均衡，即电池放电回路导通，进行放电；否则不导通，关闭均衡；
所述光耦合开关电路，用于检测均衡模式是否成功开启，成功开启则输出EN_OUT为低电平，否则输出高电平。
2.根据权利要求1所述的一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路，其特征在于，所述的放电电阻电路还与均衡指示电路并联。
3.根据权利要求1所述的一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路，其特征在于，所述的MOS管为P沟道增强型MOS管。
4.一种基于权利要求1所述的一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：开启均衡控制模式
充电时，首先测量系统内所有单体电压，得到此时最高单体电压Vmax，Vmax与设定电压Vset做比较，若最高单体电压Vmax大于设定电压Vset，则开启均衡控制模式，开启均衡控制模式下，单体电压在系统平均电压10mv以上的单体开启均衡；若系统最高单体电压Vmax小于设定电压Vset，则检查单体历史均衡标志是否有效，有效则开启均衡控制模式，无效则关闭该单体的均衡控制模式；
步骤二：关闭均衡控制模式
在均衡控制模式下充电的过程中，当截止电压Vstop与系统最高单体电压Vmax的差值小于10mV时，则退出均衡控制模式，关闭所有均衡控制模式，目的是为防止均衡时，单体电压检测不准的风险，避免造成过充，损坏电池；
步骤三：单体均衡标志设置
当系统最高单体电压Vmax与截止电压Vstop相等时，则充电完成，根据此刻的单体电压状况进行单体均衡标志设置；
均衡标志设置如下：
（1）当截止电压Vstop与系统最低单体电压Vmin的差值小于30 mV，且系统最高单体电压Vmax的值大于设定电压Vset的值时，单体电压值与系统平均电压的差值大于10 mV的单体，其单体均衡标志置为有效，否则置为无效；
（2）当截止电压Vstop与系统最低单体电压Vmin的差值大于30 mV，或者系统最高单体电压Vmax小于设定电压Vset时，所有的单体均衡标志置为无效。
5.根据权利要求4所述的一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路的控制方法，其特征在于，所述设定电压Vset值根据电池特性而定。
6.根据权利要求4所述的一种车载电池管理系统的被动均衡控制电路的控制方法，其特征在于，所述的开启均衡控制模式的单体还设置有均衡关闭振荡值，对于开启均衡的单体，当该单体电压与系统平均电压的差值小于5mV时，则关闭该单体的均衡。
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