CN106998089A - 一种动力电池主动均衡控制电路及系统 - Google Patents

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程帅旗
黄勇
孟令锋
肖宇
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    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
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Abstract

本发明涉及动力电池的均衡控制技术，其公开了一种动力电池主动均衡控制电路及系统，解决传统主动均衡电路设计复杂、稳定性不高的问题。该控制电路，包括：电压采样模块，用于检测单体电池的电压；控制器MCU，用于根据各个单体电池的电压检测信号进行比对，并输出相应控制信息；译码器模块，具有将n个输入变为2n个输出的译码功能，其输入端与控制器MCU的输出端一一相连，输出端与模拟开关模块的控制端一一相连；均衡电源模块，为直流电流源，用于为电池充电，其正负极通过与单体电池个数对应的模拟开关模块与单体电池的正负极相连；模拟开关模块，用于在控制器MCU的控制信号下选通或切断均衡电源模块与单体电池之间的充电回路。本发明适用于动力电池。

Description

一种动力电池主动均衡控制电路及系统
技术领域
本发明涉及动力电池的均衡控制技术，具体涉及一种动力电池主动均衡控制电路及系统。
背景技术
动力电池作为电动汽车的核心，直接影响到电动汽车的安全与续航能力，由于动力电池的存储容量及放电特性已达瓶颈，因此实际使用中通常将动力电池的单体电池串联起来使用。单体电池因制造工艺有限造成电池容量、电压特性及内阻不完全一致，使用过程中会出现某些单体电池的过充与过放现象，会导致单体电池间的电压差异越来越大，严重时会导致个别单体电池提前老化，影响电池组的整体寿命，甚至烧毁爆炸等严重危及生命与财产安全。
为了减小甚至消除单体电池之间的差异性，常用的处理方式是对电池进行均衡。电池均衡一般分为两种：主动均衡和被动均衡，被动均衡属于能量消耗型，当单体电池电压高于某一限定电压是就对该单体电池进行额外放电从而保证单体电池的一致性。这种耗能型均衡方式结构简单、控制电路简便、运行稳定性强，目前得到了广泛应用。
对于现在发展的大容量、高电压的动力电池组系统，被动均衡的能耗就显得过大，因而主动均衡的方式优势更明显。主动均衡是采用“注水”的方式，对低于平均值或某一限定值的单体电池进行额外充电，在任意状态下都能进行控制，并且主动均衡理论上能耗较低，因而是当前大容量动力电池组系统均衡发展的一个方向。但目前的主动均衡方案大多设计复杂，稳定性不高，实际应用中多不被采用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种动力电池主动均衡控制电路及系统，解决传统主动均衡电路设计复杂、稳定性不高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种动力电池主动均衡控制电路，包括：
电压采样模块，与动力电池组中的各个单体电池一一对应，用于检测单体电池的电压，并将检测信号传输给控制器MCU；
控制器MCU，用于根据各个单体电池的电压检测信号进行比对，并输出相应控制信息；
译码器模块，具有将n个输入变为2n个输出的译码功能，其输入端与控制器MCU的输出端一一相连，输出端与模拟开关模块的控制端一一相连；
均衡电源模块，为直流电流源，用于为电池充电，其正负极通过与单体电池个数对应的模拟开关模块与单体电池的正负极相连；
模拟开关模块，用于在控制器MCU的控制信号下选通或切断均衡电源模块与单体电池之间的充电回路。
作为进一步优化，所述控制器MCU根据各个单体电池的电压检测信号进行比对，并输出相应控制信息的方法包括：控制器MCU比较各个单体电池当前电压，获得最大电压和最小电压，若最大电压大于或等于某一设定的均衡启动电压，且与最小电压之间的差值大于或等于某一设定的阈值启动电压时，输出对该最小电压对应的单体电池的充电控制指令；
直到该单体电池的电压与当前各单体电池中的新的电压最大值之差小于阈值停止电压时，输出对该单体电池的停止充电控制指令。
作为进一步优化，所述译码器模块，用于在收到控制器MCU的对某单体电池的充电控制指令时，选中该单体电池对应的模拟开关使其导通，从而接通该单体电池的正负极与均衡电源模块的正负极；在收到控制器MCU的对某单体电池的停止充电控制指令时，选中该单体电池对应的模拟开关使其断开，从而断开该单体电池的正负极与均衡电源模块的正负极。
作为进一步优化，所述模拟开关模块为继电器或MOS管或三极管。
在实际使用时，可以将动力电池划分为多个动力电池组，每一个动力电池组都设置一个上述动力电池主动均衡控制电路。
基于此，本发明还提供了一种动力电池主动均衡控制系统，其包括动力电池，动力电池包括多个动力电池组，每一个动力电池组配置上述主动均衡控制电路。
本发明的有益效果是：
相比现有主动均衡技术方案，本发明结构简单、占用MCU的I/O口资源较少、体积较小并易于实现，能有效减小电路板体积，减少能量损耗，实现延长电池组工作寿命、适宜大规模应用。
附图说明
图1是实施例中主动均衡控制电路示意图。
具体实施方式
本发明旨在提出一种动力电池主动均衡控制电路及系统，解决传统主动均衡电路设计复杂、稳定性不高的问题。
下面结合附图及实施例对本发明的方案作进一步的描述：
如图1所示，本实施例中的主动均衡控制电路，包括：
电压采样模块(图中未示意)、主控MCU、译码器、模拟开关和均衡充电模块；
其中，电压采样模块与动力电池组中的各个单体电池一一对应，用于采样各个单体电池当前电压；本发明中的“动力电池组”由多个单体电池串联而成，图1中由CELL1、CELL2……CELL2 N等2N个串联的单体电池构成；那么电压采样模块也对应有2N个；
主控MCU，用于根据各个单体电池的电压检测信号进行比对，并输出相应控制信息；在具体实现时，可以采用各种嵌入式MCU；
译码器，具有将n个输入变为2n个输出的译码功能，其输入端与控制器MCU的输出端一一相连，输出端与模拟开关模块的控制端一一相连；本发明中采用译码器则只需要采用MCU的n个接口即可实现对2n个单体电池的控制，因而能够节约MCU的I/O口资源；
均衡充电模块，为直流电流源，用于为电池充电，其正负极通过2n个模拟开关模块与单体电池的正负极相连；
模拟开关模块，用于在控制器MCU的控制信号下选通或切断均衡电源模块与单体电池之间的充电回路。
上述控制电路的工作原理是：当电池组处于充电状态时，主控MCU通过电压采样模块时刻检测电池组中的各个单体电池的电压并进行比较，通过比较，发现当前所有单体电池的电压中的最大电压(例如为CELL2 N这个单体电池的当前电压)和最小电压(例如为CELL2这个单体单体的当前电压)，若最大电压与大于或等于某一设定的均衡启动电压VQ，并且最大电压与最小电压的差值大于或等于某一设定的阈值启动电压VY时，开始对最小电压对应的单体电池(即CELL2)进行充电均衡，直到均衡完成为止，具体过程如下：；
主控MCU输出控制信息选中译码器，译码器输出端Q2输出为高，模拟开关K2闭合，连接于CELL2两端的均衡充电模块导通，开始对CELL2进行充电均衡；
当主控MCU检测到电池CELL2的电压与当前最新的最大电压(此时最大电压不一定为CELL2 N的电压值，要根据最新的电压检测情况来判断)小于某一设定的阈值停止电压VS时，即停止对CELL2充电，主控输出控制信息禁止译码器，译码器输出端Q2输出为低，模拟开关断开，均衡充电模块端开与CELL2的正负极连接；
当CELL2均衡完毕，主控MCU继续通过电压采样模块检测符合均衡条件的电池电压，循环执行上述过程。
在实际使用时，可以将动力电池划分为多个动力电池组，每一个动力电池组都设置一个上述动力电池主动均衡控制电路。
基于此，本发明还提供了一种动力电池主动均衡控制系统，其包括动力电池，动力电池包括多个动力电池组，每一个动力电池组配置上述主动均衡控制电路。

Claims (5)

1.一种动力电池主动均衡控制电路，其特征在于，包括：
电压采样模块，与动力电池组中的各个单体电池一一对应，用于检测单体电池的电压，并将检测信号传输给控制器MCU；
控制器MCU，用于根据各个单体电池的电压检测信号进行比对，并输出相应控制信息；
译码器模块，具有将n个输入变为2n个输出的译码功能，其输入端与控制器MCU的输出端一一相连，输出端与模拟开关模块的控制端一一相连；
均衡电源模块，为直流电流源，用于为电池充电，其正负极通过与单体电池个数对应的模拟开关模块与单体电池的正负极相连；
模拟开关模块，用于在控制器MCU的控制信号下选通或切断均衡电源模块与单体电池之间的充电回路。
2.如权利要求1所述的一种动力电池主动均衡控制电路，其特征在于，所述控制器MCU根据各个单体电池的电压检测信号进行比对，并输出相应控制信息的方法包括：控制器MCU比较各个单体电池当前电压，获得最大电压和最小电压，若最大电压大于或等于某一设定的均衡启动电压，且与最小电压之间的差值大于或等于某一设定的阈值启动电压时，输出对该最小电压对应的单体电池的充电控制指令；
直到该单体电池的电压与当前各单体电池中的新的电压最大值之差小于阈值停止电压时，输出对该单体电池的停止充电控制指令。
3.如权利要求2所述的一种动力电池主动均衡控制电路，其特征在于，所述译码器模块，用于在收到控制器MCU的对某单体电池的充电控制指令时，选中该单体电池对应的模拟开关使其导通，从而接通该单体电池的正负极与均衡电源模块的正负极；在收到控制器MCU的对某单体电池的停止充电控制指令时，选中该单体电池对应的模拟开关使其断开，从而断开该单体电池的正负极与均衡电源模块的正负极。
4.如权利要求1所述的一种动力电池主动均衡控制电路，其特征在于，所述模拟开关模块为继电器或MOS管或三极管。
5.一种动力电池主动均衡控制系统，包括动力电池，动力电池包括多个动力电池组，其特征在于，每一个动力电池组配置如权利要求1-4任意一项所述的主动均衡控制电路。
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