CN106953386A - 一种电池包的被动均衡控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种电池包的被动均衡控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电池包的被动均衡控制系统，包括电池单体、均衡电路、从板、主板，电池单体与均衡电路连接，从板中设有高压电池监视器、微控制单元，高压电池监视器的输入端与电池单体连接，高压电池监视器与微控制单元连接，微控制单元与主板连接，高压电池监视器的输出端与均衡电路连接，本发明还公开了该被动均衡控制系统的控制方法，本发明的优点是采用被动均衡策略，并完善均衡开启条件，降低了在充电末期由于电池电压剧烈变化引起的均衡误判；采用高压电池监视器，同时实现电池单体电压采集、PCB温度采集与均衡控制，减少了PCB面积、降低了硬件成本，提高了产品竞争力。

Description

一种电池包的被动均衡控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电池包的均衡控制系统及控制方法，尤其涉及电池包的被动均衡控制系统及控制方法。
背景技术
随着石油资源紧缺以及环境恶化问题的日益突出，新能源汽车已逐渐成为未来汽车行业的趋势。而电池包作为新能源汽车的主要动力来源，其性能优劣直接影响了新能源汽车的性能以及发展前景。由于电池单体的制造工艺和使用环境的不同以及电池单体本身自放电的差异等诸多不可控因素，造成电池单体性能的差异。而这种差异在充放电过程中将逐渐被扩大，造成了同一电池包内电池单体性能的不均衡，极大影响了电池包的使用性能和寿命。因此，对于电池单体间的均衡控制是BMS技术领域亟需解决的问题。
常用的均衡策略包括主动均衡和被动均衡，即主动均衡策略和被动均衡策略。目前现有的主动均衡策略复杂、硬件成本高；被动均衡控制效率低，控制策略及均衡开启条件单一，均衡开启的错误率高。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种电池包的被动均衡控制系统及控制方法，解决现有的被动均衡策略控制效率低、均衡开启的错误率高的问题。
技术方案：
一种电池包的被动均衡控制系统，包括电池单体、均衡电路、从板、主板，所述电池单体与所述均衡电路连接，所述从板中设有高压电池监视器、微控制单元，所述高压电池监视器的输入端与所述电池单体连接，所述高压电池监视器与所述微控制单元连接，所述微控制单元与所述主板连接，所述高压电池监视器的输出端与所述均衡电路连接。
具体的，所述高压电池监视器中包括电压采集模块、PCB温度采集模块、均衡控制寄存器，所述电压采集模块、所述PCB温度采集模块、所述均衡控制寄存器分别与所述微控制单元连接，所述均衡控制寄存器的输出端与所述均衡电路连接。
具体的，所述均衡控制寄存器中设有MOSFET，所述MOSFET的输出端与所述均衡电路连接。
上述电池包的被动均衡控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤S10、根据被动均衡控制信号选择进行内部单体均衡控制或外部均衡控制；
步骤S20、若选择进行内部单体均衡控制，则先进行故障单元判断，若出现故障则不进行均衡控制，均衡控制标志位为0，若没有出现故障则进行内部单体均衡控制条件判断；若当前所述电池单体不满足所有预设的内部单体均衡控制条件，则所述从板不进行均衡操作，均衡控制标志位为0；若当前所述电池单体满足所有预设的内部单体均衡控制条件，则所述从板进行均衡操作条件判断，若满足相应单体的均衡控制标志位为1，否则为0；
若选择进行外部均衡控制，则先进行故障单元判断，若出现故障则不进行均衡控制，均衡控制标志位为0，若没有出现故障则进行外部均衡控制条件判断，若满足则相应单体的均衡控制标志位为1，否则为0；
步骤S30、将所述均衡控制标志位写入所述均衡控制寄存器，开启其内部的所述MOSFET以控制所述均衡电路开启。
其中，步骤S10中，所述被动均衡控制信号由所述主板发送至所述从板，若所述主板中电池单体的参数满足主板预设条件，则被动均衡控制信号为1，进入外部单体均衡模式，否则被动均衡控制信号为0，进入内部单体均衡模式。
其中，所述主板预设条件包括：
(1)所有所述从板中最小的平均电压大于开启外部均衡电压；
(2)当前所述从板平均电压有效；
(3)当前所述从板平均电压值大于最小平均电压值且压差超过开启外部均衡压差。
其中，步骤S20中，所述故障单元判断的具体内容包括：
(1)电池单体的电压采集线发生断线故障，此故障利用所述高压电池监视器检测；
(2)预设的14个温度采样点的温度超出预设温度；
(3)所述从板的3处PCB温度超出预设温度；
(4)所述高压电池监视器通讯故障。
其中，步骤S20中，所述内部单体均衡控制条件具体为：
(1)所述从板均衡控制使能位为1，该使能位用以控制是否进行所述从板均衡操作；
(2)充电后电池单体的静置时间，当静置时间超过一定值后认为电池单体在充电后进入了稳定状态；
(3)当前所述从板的最大单体电压小于预设的保护电压V1,当前所述从板的最小单体电压大于预设的保护电压V2，此处的两个保护电压为了确保电池单体在出现过压及低压故障时不进行均衡操作。
其中，步骤S20中，所述均衡操作条件判断具体包括：
步骤S21、若当前所述从板的最小单体电压大于预设电压V3，则进行如下判断，否则执行步骤S22；若当前电池单体电压大于所述从板的最小电池电压且压差超过V5，则当前电池单体的均衡控制标志位为1，否则为0；
步骤S22、若当前所述从板的最大单体电压大于预设电压V4，则进行如下判断；若当前电池单体电压大于预设电压V4，则当前电池单体的均衡控制标志位为1，否则为0。
其中，步骤S20中，外部均衡控制条件判断具体为：若当前所述从板的最大单体电压小于预设的保护电压V1,当前所述从板的最小单体电压大于预设的保护电压V2，且当前电池单体电压大于V6，则当前电池单体相应的均衡控制标志位为1，否则为0。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是采用被动均衡策略，并完善均衡开启条件，降低了在充电末期由于电池电压剧烈变化引起的均衡误判；采用高压电池监视器，同时实现电池单体电压采集、PCB温度采集与均衡控制，减少了PCB面积、降低了硬件成本，提高了产品竞争力。
附图说明
图1为本发明控制系统的模块结构图；
图2为本发明控制方法的主流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，一种电池包的被动均衡控制系统，包括电池单体1、均衡电路2、从板3、主板4，电池单体1与均衡电路2连接，从板3中设有高压电池监视器5、微控制单元6，其中高压电池监视器5采用LTC6803，高压电池监视器5中包括电压采集模块7、PCB温度采集模块8、均衡控制寄存器9，高压电池监视器5中的电压采集模块7的输入端与电池单体1连接，电压采集模块7、PCB温度采集模块8、均衡控制寄存器9分别与微控制单元6连接，微控制单元6与主板4连接，均衡控制寄存器9的输出端与均衡电路2连接。均衡控制寄存器9中设有MOSFET，MOSFET的输出端与均衡电路2连接。高压电池监视器5负责电池单体电压采集、PCB温度采集，相关参数通过微控制单元6传输至主板4，主板4计算所有从板3的相关参数，得到均衡控制标志位传输至微控制单元6，微控制单元6将均衡控制标志位写入均衡控制寄存器9，均衡控制寄存器9中的MOSFET负责控制均衡电路3的开启。
上述电池包的被动均衡控制系统的控制方法的主流程框图如图2所示，具体步骤如下：
步骤S10、判断被动均衡控制信号是否为0，是则执行步骤S20以进行内部单体均衡模式，否则执行步骤S30以进行外部均衡模式。
其中被动均衡控制信号由主板发送至从板，若主板中电池单体相关参数满足主板预设条件，则被动均衡控制信号为1，否则为0。
其中主板预设条件包括：
(1)系统所有从板中最小的平均电压大于开启外部均衡电压；
(2)当前从板平均电压有效；
(3)当前从板平均电压值大于系统最小平均电压值且压差超过开启外部均衡压差。
步骤S20、进入内部单体均衡模式，则先进行故障单元判断，若出现故障则不进行均衡控制，均衡控制标志位为0，若没有出现故障则进行内部单体均衡控制条件判断，故障单元判断的具体内容如下：
(1)电池单体的电压采集线断线故障，此故障利用LTC6803检测；
(2)预设的14个温度采样点的温度超出预设温度；
(3)从板的3处PCB温度超出预设温度；
(4)LTC6803通讯故障。
其中，内部单体均衡控制条件如下：
(1)从板均衡控制使能位为1，该使能位用以控制是否进行从板均衡操作；
(2)充电后电池单体的静置时间，当静置时间超过一定值后认为电池单体在充电后进入了稳定状态；
(3)当前从板的最大单体电压小于预设的保护电压V1,当前从板的最小单体电压大于预设的保护电压V2，此处的两个保护电压为了确保电池单体在出现过压及低压故障时不进行均衡操作。
若当前从板的单体电池不满足所有预设的内部单体均衡控制条件，则从板不进行均衡操作，均衡控制标志位为0；若当前从板的单体电池满足所有预设的内部单体均衡控制条件，则从板进行均衡操作条件判断，若满足相应单体的均衡控制标志位为1，否则为0；
当前单体的均衡操作条件判断，具体判断步骤如下：
步骤S21：若当前从板的最小单体电压大于预设电压V3，则进行如下判断，否则执行步骤S22；若当前电池单体电压大于从板的最小电池电压且压差超过V5，则当前电池单体的均衡控制标志位为1，否则为0。
步骤S22：若当前从板的最大单体电压大于预设电压V4，则进行如下判断；若当前电池单体电压大于预设电压V4，则当前电池单体的均衡控制标志位为1，否则为0。
若选择进行外部均衡控制，则先进行故障单元判断，故障单元判断的具体内容和步骤S20中的故障单元判断的内容一致，若出现故障则不进行均衡控制，均衡控制标志位为0，若没有出现故障则进行外部均衡控制条件判断，具体为：
若当前从板的最大单体电压小于预设的保护电压V1,当前从板的最小单体电压大于预设的保护电压V2，且当前电池单体电压大于V6，则当前电池单体相应的均衡控制标志位为1，否则为0；若满足则相应单体的均衡控制标志位为1，否则为0。
步骤S30、将均衡控制标志位写入均衡控制寄存器，开启其内部的MOSFET以控制均衡电路开启。
本发明公开了一种电池包的被动均衡控制系统及其控制方法，系统采用简单的被动均衡策略，成本较低，控制效率高，适用范围广，优化完善了均衡控制策略，完善了均衡开启条件，明显降低均衡开启错误，降低了在充电末期由于电池电压剧烈变化引起的均衡误判。

Claims (10)

1.一种电池包的被动均衡控制系统，其特征在于：包括电池单体(1)、均衡电路(2)、从板(3)、主板(4)，所述电池单体(1)与所述均衡电路(2)连接，所述从板(3)中设有高压电池监视器(5)、微控制单元(6)，所述高压电池监视器(5)的输入端与所述电池单体(1)连接，所述高压电池监视器(5)与所述微控制单元(6)连接，所述微控制单元(6)与所述主板(4)连接，所述高压电池监视器(5)的输出端与所述均衡电路(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种电池包的被动均衡控制系统，其特征在于：所述高压电池监视器(5)中包括电压采集模块(7)、PCB温度采集模块(8)、均衡控制寄存器(9)，所述电压采集模块(7)、所述PCB温度采集模块(8)、所述均衡控制寄存器(9)分别与所述微控制单元(6)连接，所述均衡控制寄存器(9)的输出端与所述均衡电路(2)连接。
3.根据权利要求1所述的一种电池包的被动均衡控制系统，其特征在于：所述均衡控制寄存器(9)中设有MOSFET，所述MOSFET的输出端与所述均衡电路(2)连接。
4.一种权利要求1所述的电池包的被动均衡控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤S10、根据被动均衡控制信号选择进行内部单体均衡控制或外部均衡控制；
步骤S20、若选择进行内部单体均衡控制，则先进行故障单元判断，若出现故障则不进行均衡控制，均衡控制标志位为0，若没有出现故障则进行内部单体均衡控制条件判断；若所述电池单体不满足所有预设的内部单体均衡控制条件，则所述从板不进行均衡操作，均衡控制标志位为0；若所述电池单体满足所有预设的内部单体均衡控制条件，则所述从板进行均衡操作条件判断，若满足相应单体的均衡控制标志位为1，否则为0；
若选择进行外部均衡控制，则先进行故障单元判断，若出现故障则不进行均衡控制，均衡控制标志位为0，若没有出现故障则进行外部均衡控制条件判断，若满足则相应单体的均衡控制标志位为1，否则为0；
步骤S30、将所述均衡控制标志位写入所述均衡控制寄存器，开启其内部的所述MOSFET以控制所述均衡电路开启。
5.根据权利要求4所述的一种电池包的被动均衡控制方法，其特征在于：步骤S10中，所述被动均衡控制信号由所述主板发送至所述从板，若所述主板中电池单体的参数满足主板预设条件，则被动均衡控制信号为1，进入外部单体均衡模式，否则被动均衡控制信号为0，进入内部单体均衡模式。
6.根据权利要求5所述的一种电池包的被动均衡控制方法，其特征在于所述主板预设条件包括：
(1)所有所述从板中最小的平均电压大于开启外部均衡电压；
(2)当前所述从板平均电压有效；
(3)当前所述从板平均电压值大于最小平均电压值且压差超过开启外部均衡压差。
7.根据权利要求4所述的一种电池包的被动均衡控制方法，其特征在于步骤S20中，所述故障单元判断的具体内容包括：
(1)电池单体的电压采集线发生断线故障，此故障利用所述高压电池监视器检测；
(2)预设的14个温度采样点的温度超出预设温度；
(3)所述从板的3处PCB温度超出预设温度；
(4)所述高压电池监视器通讯故障。
8.根据权利要求4所述的一种电池包的被动均衡控制方法，其特征在于步骤S20中，所述内部单体均衡控制条件具体为：
(1)所述从板均衡控制使能位为1，该使能位用以控制是否进行所述从板均衡操作；
(2)充电后电池单体的静置时间，当静置时间超过一定值后认为电池单体在充电后进入了稳定状态；
(3)当前所述从板的最大单体电压小于预设的保护电压V1,当前所述从板的最小单体电压大于预设的保护电压V2，此处的两个保护电压为了确保电池单体在出现过压及低压故障时不进行均衡操作。
9.根据权利要求4所述的一种电池包的被动均衡控制方法，其特征在于步骤S20中，所述均衡操作条件判断具体包括：
步骤S21、若当前所述从板的最小单体电压大于预设电压V3，则进行如下判断，否则执行步骤S22；若当前电池单体电压大于所述从板的最小电池电压且压差超过V5，则当前电池单体的均衡控制标志位为1，否则为0；
步骤S22、若当前所述从板的最大单体电压大于预设电压V4，则进行如下判断；若当前电池单体电压大于预设电压V4，则当前电池单体的均衡控制标志位为1，否则为0。
10.根据权利要求4所述的一种电池包的被动均衡控制方法，其特征在于步骤S20中，外部均衡控制条件判断具体为：若当前所述从板的最大单体电压小于预设的保护电压V1,当前所述从板的最小单体电压大于预设的保护电压V2，且当前电池单体电压大于V6，则当前电池单体相应的均衡控制标志位为1，否则为0。
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