CN107696885A - 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。电动汽车包括接收模块、位置调整模块、交直流转换模块、电池管理系统、充电模块及电池组。位置调整模块调整接收模块的位置，以使接收模块位于发射模块的正上方且与发射模块的距离在预设范围内。充电设备在接收到充电信号时给发射模块供电，并通过充电模块对电池组进行充电。发射模块将接收到的电能以电磁波的形式传输给接收模块，接收模块将接收到的电磁波转换成交流电。交直流转换模块将接收模块输出的交流电转换成直流电，并将直流电输出给电池管理系统。电池管理系统利用接收到的直流电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、位置调整模块、交直流转换模块、电池管理系统、充电模块及电池组，所述发射模块设置在靠近所述充电设备的地面上，并与所述充电设备相连，所述接收模块设置在所述电动汽车的底面并朝向地面，且与所述位置调整模块相连，还通过所述交直流转换模块与所述电池管理系统相连，所述电池组与所述电池管理系统相连，并通过所述充电模块与所述充电设备相连，所述位置调整模块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，所述充电设备在接收到充电信号时给所述发射模块供电，并通过所述充电模块对所述电池组进行充电，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，并将所述直流电输出给所述电池管理系统，所述电池管理系统利用接收到的直流电对所述电池组进行增量式均衡。

相比于现有技术，本发明通过所述位置调整模块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，从而使所述发射模块与所述接收模块之间电能的传输及转换效率较高；本发明还通过所述充电设备在接收到充电信号时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交流电，所述交直流模块将所述接收模块输出的交流电转换成直流电，并将所述直流电输出给所述电池管理系统，所述电池管理系统利用接收到的直流电对所述电池组进行增量式均衡，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中发射模块与接收模块的位置关系的示意图。

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、位置调整模块20、交直流转换模块30、电池管理系统50、充电模块60及电池组80。所述发射模块200设置在靠近所述充电设备300的地面500上，并与所述充电设备300相连。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，且与所述位置调整模块20相连，还通过所述交直流转换模块30与所述电池管理系统50相连。所述电池组80与所述电池管理系统50相连，并通过所述充电模块60与所述充电设备300相连。所述位置调整模块20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。所述充电设备300在接收到充电信号时给所述发射模块200供电，并通过所述充电模块60对所述电池组80进行充电。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，并将所述直流电输出给所述电池管理系统50。所述电池管理系统50利用接收到的直流电对所述电池组80进行增量式均衡。

所述电池管理系统50包括电池监控单元52及增量式均衡单元56。所述电池监控单元52与所述增量式均衡单元56及所述电池组80相连，并通过所述充电模块60与所述充电设备300相连。所述增量式均衡单元56与所述交直流转换模块30及所述电池组80相连。所述电池组80包括多个并联及/或串联的电池单体(图未示)。所述电池监控单元52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通过所述充电模块60传输给所述充电设备300，且根据所述充电设备300输出的均衡参数控制所述增量式均衡单元56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。

所述充电设备300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，且将所述均衡参数通过所述充电模块60传输给所述电池监控单元52。由此可知，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。

请参阅图3，图3为本发明的实施例提供的所述位置调整模块20的原理框图。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(如图2所示)。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。

请参阅图4，图4为本发明的实施例提供的所述发射模块200的示意图。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X轴定位单元230及所述Y轴定位单元250均包括金属片。

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Y轴与所述Y轴定位单元230对准且所述第二线圈12的中心与所述第一线圈220的中心对准(如图2所示)。

在本实施方式中，所述充电设备300为充电站或充电桩或便携式充电器。

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，从而使的所述发射模块200通过电磁波发送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，并在需要对所述电池组80进行充电均衡且所述位置调整模块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。

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单元56。所述电池监控单元52根据所述充电设备300输出的均衡参数控制所述增量式均衡单元56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。

本发明通过所述位置调整模块20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与所述接收模块10之间电能的传输及转换效率较高；本发明还通过所述充电设备300在接收到充电信号时给所述发射模块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，并将所述直流电输出给所述电池管理系统50，所述电池管理系统50利用接收到的直流电对所述电池组80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 (9)

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、位置调整模块、交直流转换模块、电池管理系统、充电模块及电池组，所述发射模块设置在靠近所述充电设备的地面上，并与所述充电设备相连，所述接收模块设置在所述电动汽车的底面并朝向地面，且与所述位置调整模块相连，还通过所述交直流转换模块与所述电池管理系统相连，所述电池组与所述电池管理系统相连，并通过所述充电模块与所述充电设备相连，所述位置调整模块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，所述充电设备在接收到充电信号时给所述发射模块供电，并通过所述充电模块对所述电池组进行充电，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，并将所述直流电输出给所述电池管理系统，所述电池管理系统利用接收到的直流电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。

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。

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。

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。

6.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：所述电池管理系统包括电池监控单元及增量式均衡单元，所述电池监控单元与所述增量式均衡单元及所述电池组相连，并通过所述充电模块与所述充电设备相连，所述增量式均衡单元与所述交直流转换模块及所述电池组相连，所述电池组包括多个并联及/或串联的电池单体，所述电池监控单元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通过所述充电模块传输给所述充电设备，且根据所述充电设备输出的均衡参数控制所述增量式均衡单元利用所述交直流转换模块输出的直流电对所述电池组进行增量式均衡。

7.如权利要求6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，并在所述电池组需要均衡时计算所述电池组的均衡参数，且将所述均衡参数通过所述充电模块传输给所述电池监控单元。

8.如权利要求7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。

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：所述充电设备为充电站或充电桩或便携式充电器。