CN107599856A - 无线增量式电池均衡系统 - Google Patents

Abstract

一种无线增量式电池均衡系统，包括电动汽车、发射模块及充电设备。电动汽车包括电池监控模块、增量式均衡模块及电池组。增量式均衡模块包括磁芯、缠绕在磁芯上的输入线圈及多个输出线圈、第一开关以及多个第二开关。电池组包括多个电池单体。充电设备根据多个电池单体充电时的电压及电流来对电池组进行诊断，以判断电池组是否需要均衡，并在电池组需要均衡时将计算出的电池组的均衡参数传输给电池监控模块。电池监控模块根据均衡参数控制第一开关及每个第二开关的导通频率，以对电池组进行增量式均衡。上述无线增量式电池均衡系统成本较低且均衡效率高。

Description

无线增量式电池均衡系统

【技术领域】

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种无线增量式电池均衡系统。

【背景技术】

作为电动汽车的动力源的电池组通常由多个电池单体组成，以满足电动汽车的用电需求。然而，由于原料及生产工艺的波动，各个电池单体的容量、内阻、电压及自放电率均会有一定的差异。这些差异会引起各个电池单体性能的不一致，性能的不一致会造成电池单体的充放电不均衡，电池单体的充放电不均衡又会影响电池组的性能且会降低电池组的使用寿命。

为了提升电池组的性能并延长电池组的使用寿命，主动均衡技术被广泛应用于解决电池组不均衡问题。然而，现有的主动均衡存在着的成本高且均衡效率低的问题。

鉴于此，实有必要提供一种无线增量式电池均衡系统以克服以上缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种成本较低且均衡效率高的无线增量式电池均衡系统，以提高电池组的性能并延长电池组的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提供一种无线增量式电池均衡系统，所述无线增量式电池均衡系统包括电动汽车、发射模块及充电设备，所述电动汽车包括接收模块、电池监控模块、增量式均衡模块、充电模块及电池组，所述增量式均衡模块包括磁芯、缠绕在所述磁芯上的输入线圈及多个输出线圈、第一开关以及多个第二开关，所述电池组包括多个串联及/或并联的电池单体，所述输入线圈通过所述第一开关与所述接收模块相连，每个输出线圈通过相应的第二开关与相应的电池单体相连，所述电池监控模块与所述第一开关、每个第二开关及所述电池组相连，所述充电模块与所述电池监控模块、所述电池组及所述充电设备相连，所述发射模块与所述充电设备相连，所述充电设备通过所述充电模块给所述电池组充电，所述电池监控模块监控所述多个电池单体充电时的电压及电流，并将所述多个电池单体充电时的电压及电流传输给所述充电设备，所述充电设备根据接收到的所述多个电池单体充电时的电压及电流来对所述电池组进行诊断，以判断所述电池组是否需要均衡，所述充电设备还在所述电池组需要均衡时计算所述电池组的均衡参数，并将所述均衡参数传输给所述电池监控模块，且给所述发射模块供电，所述发射模块将接收到的电能以电磁波的形式传输给所述接收模块，所述接收模块将接收到的电磁波转换成电能并给所述增量式均衡模块供电，所述电池监控模块根据所述均衡参数控制所述第一开关及每个第二开关的导通频率，以利用所述接收模块输出的电能对所述电池组进行增量式均衡。

相比于现有技术，本发明通过所述充电设备根据所述电池监控模块输出的所述多个电池单体充电时的电压及电流来对所述电池组进行诊断，以判断所述电池组是否需要均衡，并在所述电池组需要均衡时计算所述电池组的均衡参数，且将所述均衡参数传输给所述电池监控模块，还给所述发射模块供电，从而使对所述电池组进行诊断及计算所述均衡参数所需进行的大规模的运算都是由所述充电设备完成的，而不需要所述电动汽车进行大规模的运算，进而减少了所述电动汽车的元器件及工作量。本发明还通过所述发射模块将接收到的电能以电磁波的形式传输给所述接收模块，所述接收模块将接收到的电磁波转换成电能并给所述增量式均衡模块供电；还通过所述电池监控模块根据所述均衡参数控制所述第一开关及每个第二开关的导通频率，以利用所述接收模块输出的电能对所述电池组中的每个电池单体进行增量式均衡，从而使所述无线增量式电池均衡系统的成本较低且均衡效率高，进而改善了所述电池组的均衡性，提高了所述电池组的性能，且延长了所述电池组的使用寿命。

【附图说明】

图1为本发明的实施例提供的无线增量式电池均衡系统的原理框图。

图2为图1中增量式均衡模块的电路图。

图3为图1中位置调整模块的原理框图。

图4为图1中发射模块与接收模块的位置关系的示意图。

图5为图1中发射模块的示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人士在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

当一个元件被认为与另一个元件“相连”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人士通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1及图2，本发明的实施例提供的无线增量式电池均衡系统1000包括电动汽车100、发射模块200及充电设备300。所述电动汽车100包括接收模块10、电池监控模块40、增量式均衡模块50、充电模块60及电池组80。所述增量式均衡模块50包括磁芯T1、缠绕在所述磁芯T1上的输入线圈L1及多个输出线圈L2、第一开关K1以及多个第二开关K2。所述电池组80包括多个串联及/或并联的电池单体B1。所述输入线圈L1通过所述第一开关K1与所述接收模块10相连。每个输出线圈L2通过相应的第二开关K2与相应的电池单体B1相连。所述电池监控模块40与所述第一开关K1、每个第二开关K2及所述电池组80相连。所述充电模块60与所述电池监控模块40、所述电池组80及所述充电设备300相连。所述发射模块200与所述充电设备300相连。所述充电设备300通过所述充电模块60给所述电池组80充电。所述电池监控模块40监控所述多个电池单体B1充电时的电压及电流，并将所述多个电池单体B1充电时的电压及电流传输给所述充电设备300。所述充电设备300根据接收到的所述多个电池单体B1充电时的电压及电流来对所述电池组80进行诊断，以判断所述电池组80是否需要均衡。所述充电设备300还在所述电池组80需要均衡时计算所述电池组80的均衡参数，并将所述均衡参数传输给所述电池监控模块40，且给所述发射模块200供电。所述发射模块200将接收到的电能以电磁波的形式传输给所述接收模块10。所述接收模块10将接收到的电磁波转换成电能并给所述增量式均衡模块50供电。所述电池监控模块40根据所述均衡参数控制所述第一开关K1及每个第二开关K2的导通频率，以利用所述接收模块10输出的电能对所述电池组80进行增量式均衡。

请再次参阅图1，所述电动汽车100还包括位置调整模块20。所述位置调整模块20与所述接收模块10相连，用于调整所述接收模块10的位置，以使所述接收模块10位于所述发射模块200的正上方且与所述发射模块200的距离在预设范围内，从而使所述发射模块200通过电磁波传输的电能能有效地被所述接收模块10接收到。

所述发射模块200包括第一线圈220，所述接收模块10包括第二线圈12。所述第一线圈220及所述第二线圈12为共振线圈，且所述第一线圈220的磁场与所述第二线圈12的磁场形成磁共振。

请一并参阅图3及图4，所述位置调整模块20包括感测单元21、校准单元22、测距单元23及电机26。所述校准单元22与所述感测单元21及所述测距单元23相连。所述电机26与所述校准单元22及所述接收模块10相连。所述感测单元21感测所述第一线圈220的位置，并将感测到的信息输出给所述校准单元22。所述校准单元22根据接收到的信号控制所述电机26驱动所述接收模块10移动，以使所述第二线圈12位于所述第一线圈220的正上方且所述第二线圈12的中心与所述第一线圈220的中心对准。所述校准单元22在所述第二线圈12的中心与所述第一线圈220的中心对准时，控制所述测距单元23测量所述第一线圈220与所述第二线圈12之间的距离，并判断所述测距单元23测量的距离是否在所述预设范围内。当所述测距单元23测量的距离不在所述预设范围内时，所述校准单元22控制所述电机26驱动所述接收模块10向靠近所述第一线圈220的方向运动。当所述测距单元23测量的距离在所述预设范围内时，所述校准单元22控制所述电机26停止工作。

请一并参阅图4及图5，所述发射模块200还包括设置在所述第一线圈220周围的X轴定位单元230及Y轴定位单元250。所述发射模块200设置在靠近所述充电设备300的地面500上。所述X轴定位单元230与所述Y轴定位单元250相互垂直地设置在地面500上，且分别与所述第一线圈220的边缘相切。在本实施方式中，所述接收模块10设置在所述电动汽车100的底面90并朝向地面500。

所述校准单元22包括相互垂直的X轴及Y轴。所述感测单元21感测所述第一线圈220，并将感测结果输出给所述校准单元22。当所述感测单元21没感测到所述第一线圈220时，所述校准单元22控制所述电机26驱动所述接收模块10移动。当所述感测单元21感测到所述第一线圈220时，表明所述第二线圈12位于所述第一线圈220的正上方，所述校准单元22控制所述感测单元21感测所述X轴定位单元230。当所述感测单元21没有感测到所述X轴定位单元230时，所述校准单元22控制所述电机26驱动所述接收模块10沿所述X轴方向移动。当所述感测单元21感测到所述X轴定位单元230时，表明所述X轴与所述X轴定位单元230对准，所述校准单元22控制所述感测单元21感测所述Y轴定位单元250。当所述感测单元21没有感测到所述Y轴定位单元250时，所述校准单元22控制所述电机26驱动所述接收模块10沿所述Y轴方向移动，当所述感测单元21感测到所述Y轴定位单元250时，表明所述第二线圈12的中心与所述第一线圈220的中心对准。

请再次参阅图1及图2，所述电动汽车100还包括交直流转换模块30。所述输入线圈L1通过所述第一开关K1及所述交直流转换模块30与所述接收模块10相连。所述接收模块10将接收到的电磁波转换成交流电，所述交直流转换模块30将所述接收模块10输出的交流电转换成直流电，并将所述直流电通过所述第一开关K1传输给所述输入线圈L1。

在本实施方式中，所述第一开关K1为三极管或MOSEFT(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。每个第二开关K2为三极管或MOSEFT或IGBT。所述均衡参数包括均衡电流的大小及需要进行均衡的电池单体B1的位置信息。所述充电设备300为充电站或充电桩或便携式充电器。所述交直流转换模块30输出的直流电的电压为48伏特。在其它实施方式中，所述交直流转换模块30输出的直流电的电压可根据实际情况进行相应调整。

下面将对本发明无线增量式电池均衡系统1000的工作原理进行说明。

当所述电动汽车100停靠在所述充电设备300旁边的停车区域准备充电时，所述电动汽车100的充电枪(图未示)与所述充电设备300相连，所述电动汽车100与所述充电设备300进行通讯。所述发射模块200设置在所述停车区域的地面500上，由于停车位置会存在偏差，所述第二线圈12不一定会位于所述第一线圈220的正上方且所述第二线圈12的中心不一定与所述第一线圈220的中心对准，所以需要所述位置调整模块20对所述接收模块10的位置进行调整。

所述位置调整模块20对所述接收模块10的位置进行调整时，所述校准单元22控制所述感测单元21感测所述第一线圈220。当所述感测单元21没感测到所述第一线圈220时，所述校准单元22控制所述电机26驱动所述接收模块10移动。当所述感测单元21感测到所述第一线圈220时，表明所述第二线圈12位于所述第一线圈220的正上方，所述校准单元22控制所述感测单元21感测所述X轴定位单元230。当所述感测单元21没有感测到所述X轴定位单元230时，所述校准单元22控制所述电机26驱动所述接收模块10沿所述X轴方向移动。当所述感测单元21感测到所述X轴定位单元230时，表明所述X轴与所述X轴定位单元230对准，所述校准单元22控制所述感测单元21感测所述Y轴定位单元250。当所述感测单元21没有感测到所述Y轴定位单元250时，所述校准单元22控制所述电机26驱动所述接收模块10沿所述Y轴方向移动，当所述感测单元21感测到所述Y轴定位单元250时，表明所述第二线圈12的中心与所述第一线圈220的中心对准。

所述校准单元22在所述第二线圈12的中心与所述第一线圈220的中心对准时，控制所述测距单元23测量所述第一线圈220与所述第二线圈12之间的距离，并判断所述测距单元23测量的距离是否在所述预设范围内。当所述测距单元23测量的距离不在所述预设范围内时，所述校准单元22控制所述电机26驱动所述接收模块10向靠近所述第一线圈220的方向运动。当所述测距单元23测量的距离在所述预设范围内时，所述校准单元22控制所述电机26停止工作。此时，所述接收模块10位于所述发射模块200的正上方，所述接收模块10的中心与所述发射模块200的中心对准，且所述接收模块10与所述发射模块200的距离在预设范围内，从而使所述发射模块200通过电磁波传输的电能能有效地被所述接收模块10接收到，进而提高了均衡的效率。

所述充电设备300在接收到充电信号时通过所述充电模块60对所述电池组80进行充电。所述电池监控模块40监控所述多个电池单体B1充电时的电压及电流，并将所述多个电池单体B1充电时的电压及电流传输给所述充电设备300。所述充电设备300根据接收到的所述多个电池单体B1充电时的电压及电流来对所述电池组80进行诊断，以判断所述电池组80是否需要均衡。所述充电设备300还在所述电池组80需要均衡时计算所述电池组80的均衡参数，并将所述均衡参数传输给所述电池监控模块40，且在所述位置调整模块20已经完成对所述接收模块10位置的调整时给所述发射模块200供电。所述发射模块200输出特定频率的电流及电压信号给所述第一线圈220，以使所述第一线圈220产生非辐射磁场，从而在所述第一线圈220与所述第二线圈12之间形成一种能量通道。所述接收模块10的固定频率与所述发射模块200的频率形同，从而形成共振，进而使所述接收端能够产生更多的交流电。

在本实施方式中，所述发射模块200和所述接收模块10的最大功率可达1000瓦；当所述接收模块10的固定频率与所述发射模块200的频率为13.56兆赫兹时，所述发射模块200与所述接收模块10的电能转换效率高达95％。由此可知，在本实施方式中，所述发射模块200与所述接收模块10之间电能的传输及转换效率较高。

在本实施方式中，对所述电池组80进行诊断及计算所述均衡参数所需进行的大规模的运算都是由所述充电设备300完成的，从而不需要所述电动汽车100进行大规模的运算，进而减少了所述电动汽车100的元器件及工作量。在其它实施方式中，对所述电池组80进行诊断，以判断所述电池组80是否需要均衡，并在所述电池组80需要均衡时计算所述电池组80的均衡参数的功能可以由所述电动汽车100来执行。

所述接收模块10将产生的交流电输出给所述交直流转换模块30。所述交直流转换模块30将接收到的交流电转换成直流电，并将所述直流电输出给所述增量式均衡模块50。所述电池监控模块40根据所述充电设备300输出的均衡参数控制所述第一开关K1及每个第二开关K2的导通频率，以利用所述交直流转换模块30输出的直流电对所述电池组80进行增量式均衡，从而改善了所述电池组80的均衡性，提高了所述电池组80的性能，且延长了所述电池组80的使用寿命。在本实施方式中，由于所述电池监控模块40可以通过控制每个第二开关K2的导通频率来精准地控制每个电池单体B1的均衡电流，从而使均衡的准确性更高，进而进一步提高了均衡的效率。

本发明通过所述充电设备300根据所述电池监控模块40输出的所述多个电池单体B1充电时的电压及电流来对所述电池组80进行诊断，以判断所述电池组80是否需要均衡，并在所述电池组80需要均衡时计算所述电池组80的均衡参数，且将所述均衡参数传输给所述电池监控模块40，还给所述发射模块200供电，从而使对所述电池组80进行诊断及计算所述均衡参数所需进行的大规模的运算都是由所述充电设备300完成的，而不需要所述电动汽车100进行大规模的运算，进而减少了所述电动汽车100的元器件及工作量。本发明还通过所述发射模块200将接收到的电能以电磁波的形式传输给所述接收模块10，所述接收模块10将接收到的电磁波转换成电能并给所述增量式均衡模块50供电；还通过所述电池监控模块40根据所述均衡参数控制所述第一开关K1及每个第二开关K2的导通频率，以利用所述接收模块10输出的电能对所述电池组80中的每个电池单体B1进行增量式均衡，从而使所述无线增量式电池均衡系统1000的成本较低且均衡效率高，进而改善了所述电池组80的均衡性，提高了所述电池组80的性能，且延长了所述电池组80的使用寿命。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人士而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.一种无线增量式电池均衡系统，其特征在于：所述无线增量式电池均衡系统包括电动汽车、发射模块及充电设备，所述电动汽车包括接收模块、电池监控模块、增量式均衡模块、充电模块及电池组，所述增量式均衡模块包括磁芯、缠绕在所述磁芯上的输入线圈及多个输出线圈、第一开关以及多个第二开关，所述电池组包括多个串联及/或并联的电池单体，所述输入线圈通过所述第一开关与所述接收模块相连，每个输出线圈通过相应的第二开关与相应的电池单体相连，所述电池监控模块与所述第一开关、每个第二开关及所述电池组相连，所述充电模块与所述电池监控模块、所述电池组及所述充电设备相连，所述发射模块与所述充电设备相连，所述充电设备通过所述充电模块给所述电池组充电，所述电池监控模块监控所述多个电池单体充电时的电压及电流，并将所述多个电池单体充电时的电压及电流传输给所述充电设备，所述充电设备根据接收到的所述多个电池单体充电时的电压及电流来对所述电池组进行诊断，以判断所述电池组是否需要均衡，所述充电设备还在所述电池组需要均衡时计算所述电池组的均衡参数，并将所述均衡参数传输给所述电池监控模块，且给所述发射模块供电，所述发射模块将接收到的电能以电磁波的形式传输给所述接收模块，所述接收模块将接收到的电磁波转换成电能并给所述增量式均衡模块供电，所述电池监控模块根据所述均衡参数控制所述第一开关及每个第二开关的导通频率，以利用所述接收模块输出的电能对所述电池组进行增量式均衡。

2.如权利要求1所述的无线增量式电池均衡系统，其特征在于：所述电动汽车还包括位置调整模块，所述位置调整模块与所述接收模块相连，用于调整所述接收模块的位置，以使所述接收模块位于所述发射模块的正上方且与所述发射模块的距离在预设范围内。

3.如权利要求2所述的无线增量式电池均衡系统，其特征在于：所述发射模块包括第一线圈，所述接收模块包括第二线圈，所述第一线圈及所述第二线圈为共振线圈，且所述第一线圈的磁场与所述第二线圈的磁场形成磁共振。

4.如权利要求3所述的无线增量式电池均衡系统，其特征在于：所述位置调整模块包括感测单元、校准单元、测距单元及电机，所述校准单元与所述感测单元及所述测距单元相连，所述电机与所述校准单元及所述接收模块相连，所述感测单元感测所述第一线圈的位置，并将感测到的信息输出给所述校准单元，所述校准单元根据接收到的信号控制所述电机驱动所述接收模块移动，以使所述第二线圈位于所述第一线圈的正上方且所述第二线圈的中心与所述第一线圈的中心对准，所述校准单元在所述第二线圈的中心与所述第一线圈的中心对准时，控制所述测距单元测量所述第一线圈与所述第二线圈之间的距离，并判断所述测距单元测量的距离是否在所述预设范围内，当所述测距单元测量的距离不在所述预设范围内时，所述校准单元控制所述电机驱动所述接收模块向靠近所述第一线圈的方向运动，当所述测距单元测量的距离在所述预设范围内时，所述校准单元控制所述电机停止工作。

5.如权利要求4所述的无线增量式电池均衡系统，其特征在于：所述发射模块还包括设置在所述第一线圈周围的X轴定位单元及Y轴定位单元，所述发射模块设置在靠近所述充电设备的地面上，所述X轴定位单元与所述Y轴定位单元相互垂直地设置在地面上，且分别与所述第一线圈的边缘相切。

6.如权利要求5所述的无线增量式电池均衡系统，其特征在于：所述校准单元包括相互垂直的X轴及Y轴，所述感测单元感测所述第一线圈，并将感测结果输出给所述校准单元，当所述感测单元没感测到所述第一线圈时，所述校准单元控制所述电机驱动所述接收模块移动，当所述感测单元感测到所述第一线圈时，表明所述第二线圈位于所述第一线圈的正上方，所述校准单元控制所述感测单元感测所述X轴定位单元，当所述感测单元没有感测到所述X轴定位单元时，所述校准单元控制所述电机驱动所述接收模块沿所述X轴方向移动，当所述感测单元感测到所述X轴定位单元时，表明所述X轴与所述X轴定位单元对准，所述校准单元控制所述感测单元感测所述Y轴定位单元，当所述感测单元没有感测到所述Y轴定位单元时，所述校准单元控制所述电机驱动所述接收模块沿所述Y轴方向移动，当所述感测单元感测到所述Y轴定位单元时，表明所述第二线圈的中心与所述第一线圈的中心对准。

7.如权利要求1所述的无线增量式电池均衡系统，其特征在于：所述电动汽车还包括交直流转换模块，所述输入线圈通过所述第一开关及所述交直流转换模块与所述接收模块相连，所述接收模块将接收到的电磁波转换成交流电，所述交直流转换模块将所述接收模块输出的交流电转换成直流电，并将所述直流电通过所述第一开关传输给所述输入线圈。

8.如权利要求1所述的无线增量式电池均衡系统，其特征在于：所述第一开关为三极管或金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管，每个第二开关为三极管或金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。

9.如权利要求1所述的无线增量式电池均衡系统，其特征在于：所述均衡参数包括均衡电流的大小及需要进行均衡的电池单体的位置信息。

10.如权利要求1所述的无线增量式电池均衡系统，其特征在于：所述充电设备为充电站或充电桩或便携式充电器。