CN108110844A - 一种电池组的均衡装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池组的均衡装置，该电池组包括多个串联在一起的电池单体，该均衡装置包括电压采集模块、电流采集模块、主控模块、充电均衡电路和放电均衡电路。电压采集模块用于检测电池组多个单体电压；电流采集模块用于检测充放电电流大小及方向；主控模块用于计算电池组的平均电压，并确定电池组的充放电状态，当充电时，如果电池组中存在超过限值的单体电压则输出充电均衡信号，在放电及静态时，如果电池组中存在电压减低的单体电压则输出放电均衡信号；充电均衡电路用于根据充电均衡信号对相应电池单体进行充电均衡；放电均衡电路用于根据放电均衡信号对相应电池单体进行放电均衡。从而有效避免电池单体的一致性问题而影响其稳定性。

Description

一种电池组的均衡装置

技术领域

本申请涉及电动汽车技术领域，更具体地说，涉及一种电池组的均衡装置。

背景技术

电池装置是电动汽车的核心部件，其为电动汽车提供了驱动所用的能源，电池装置一般是利用较小的电池单体通过串并联的方式结合在一起，从而为电动汽车提供所需的电压和负荷。由于电池单体在生产过程因为原材料、工艺等原因，造成批次之间或者同批的电池单体之间不可避免地会产生差异，主要体现在电池单体之间的电压和容量，即电池单体的一致性一般会存在问题。电池装置一般由若干个电池组组成，每个电池组会包括一定数量的电池单体，这些电池单体存在的一致性问题会导致电池组的工作性能降低，进而影响电池装置的稳定性。为了保证电池装置的工作稳定性，需要电池装置能够对电池单体进行均衡处理，否则会导致其工作稳定性较差，进而危害电动汽车的安全运行。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种电池组的均衡装置，用于对电动汽车的电池装置的电池组进行均衡处理，以避免因电池单体的一致性问题而影响其工作的稳定性。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种电池组的均衡管理装置，所述电池组包括多个串联在一起的电池单体，所述均衡装置，所述均衡装置包括电压采集模块、电流采集模块、主控模块、充电均衡电路和放电均衡电路，其中：

所述电压采集模块用于检测每个电池单体的电压，得到多个单体电压；

所述电流采集模块用于检测所述电池组的电流方向；

所述主控模块用于根据所述多个单体电压计算计算所述电池组的平均电压，并根据所述电流方向确定所述电池组的充放电状态，当所述电池组处于充电状态时，如果所述电池组中存在单体电压超出所述平均电压第一预设阈值的第一单体，则输出充电均衡信号，当所述电池组出放电状态时，如果所述电池组中存在单体电压低于所述平均电压第二预设阈值的第二单体，则输出放电均衡信号；

所述充电均衡电路用于根据所述充电均衡信号对所述第一单体进行充电均衡；

所述放电均衡电路用于根据所述放电均衡信号对所述第二单体进行放电均衡。

可选的，所述第一预设阈值为50mV。

可选的，所述第二预设阈值为50mV。

可选的，所述充电均衡模块包括单体选择电路和负载接入回路，其中：

所述单体选择电路用于根据所述充电均衡信号将所述第一单体与所述负载接入回路相连接。

可选的，所述放电均衡模块包括整组充电回路和电池极性选择回路，其中：

所述电池极性选择回路用于根据所述放电均衡信号将所述第二单体与所述整组充电回路的输出端相连接。

可选的，所述整组充电回路包括宽电压隔离稳压电源，其中：

所述宽电压隔离稳压电源的输入端与所述电池组的两端相连接。

可选的，还包括总线通信模块，其中：

所述总线通信模块分别与所述主控模块相连接，用于将所述平均电压、所述电池组的最大单体电压和所述电池组的最小单体电压发送到所述电池组所在的电池装置的后台管理系统。

可选的，所述总线通信模块为CAN通信模块。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种电池组的均衡装置，该电池组包括多个串联在一起的电池单体，，该均衡装置包括电压采集模块、电流采集模块、主控模块、充电均衡电路和放电均衡电路。电压采集模块用于检测每个电池单体的电压，得到多个单体电压；电流采集模块用于检测电池组的电流方向；主控模块用于根据多个单体电压计算计算电池组的平均电压，并根据电流方向确定电池组的充放电状态，当电池组处于充电状态时，如果电池组中存在单体电压超出平均电压第一预设阈值的第一单体，则输出充电均衡信号，当电池组出放电状态时，如果电池组中存在单体电压低于平均电压第二预设阈值的第二单体，则输出放电均衡信号；充电均衡电路用于根据充电均衡信号对第一单体进行充电均衡；放电均衡电路用于根据放电均衡信号对第二单体进行放电均衡。通过对电池单体的均衡处理，能够有效避免电池单体的一致性问题而影响其工作的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电池组的均衡装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种电池单体选择回路的连接示意图；

图3为本申请实施例提供的一种负载电阻的连接示意图；

图4为本申请实施例提供的一种整组充电回路的连接示意图；

图5为本申请实施例提供的一种电池极性选择回路的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例

图1为本申请实施例提供的一种电池组的均衡装置的结构示意图。

如图1所示，本实施例中电池组100构成电池装置的基本单元，即多个电池组通过串并联的方式构成电池装置。由于单个电池组的电压和容量有限，因此通过串联方式提高输出电压，通过并联方式提高容量。本实施例的电池组包括多个串联的电池单体，该均衡装置用于对电池组的电池单体进行均衡处理，。

该均衡装置包括分别与电池组相连接的电压采集模块10、电流采集模块20、充电均衡电路30、放电均衡电路40；还包括主控模块50，该主控模块分别与电压采集模块、电流采集模块、充电均衡电路、放电均衡电路相连接。本申请中的电池组包含串联在一起的12个电池单体。

电压采集模块用于实时监测电池组的每个电池单体的电压，从而得到多个单体电压，单体电压的数量与电池单体数量相匹配。

电压检测模块采用凌特LTC6804电池组监控芯片实现，该芯片可测量多达12个串联电池电压，并具有5路通用模拟输入接口，将多个LTC6804器件串联起来，可测量一长串电池组中每节电池电压。此方案以整组12串电池单体为例，通过LTC6804芯片的电压检测端口(C0-C12)检测单体电压，并以SPI通信方式上传主控模块，由主控模块计算Vmin，Vmax，Vavr值。

电流采样模块用于检测电池组的电流方向，如果设定放电时的电流为正向，则放电时的电流方向为负向，以此逆推，设充放电电流值为I，当I>0时为充电状态，当I≤0时电池组则为放电或静止状态。

电流采样模块选用300A/75mV分流器采集充放电电流，电流信号经LT1636运算放大器后接入LTC6804的模拟输入接口GPIO1，并以SPI通信方式上传主控模块。

主控模块用于根据多个单体电压计算最大单体电压Vmax、最小单体电压Vmin，同时计算整组总电压及平均电压Vavr。并根据电池组的电流方向判断当前电池组的充放电状态。当电池组处于充电状态时，计算每个电池单体的电压与平均电压之间的差值，如果有某个或某些电池单体的单体电压超过平均电压的幅值达到或超过第一预设阈值时，输出充电均衡信号；当电池组处于放电状态或静止时，同样对每个电池单体的单体电压与平均电压进行比较，如果存在一个或多个电池单体的单体电压低于平均电压的幅值达到或超过第二预设阈值时，则输出放电均衡信号。这里的静止是指不充电也不放电的状态。

本申请中的第一预设阈值优选50mV,第二预设阈值同样优选50mV。

当主控模块输出充电均衡信号时，充电均衡模块对电池组中的单体电压超出平均电压第一预设阈值的电池单体进行充电均衡处理。主控模块采用飞思卡尔S9S12G128F0MLH控制器，主控模块用于数据采集、计算或与外部通信等；所述DC/DC电源模块为24V转5V隔离电路，用于将外部24V电源转换为5V电源供给主控芯片及相应电路；所述充电管理芯片采用凌特LT1511充电管理芯片，用于对电池单体的充电过程。

充电均衡模块包括电池单体选择回路及负载电阻接入回路，电池单体选择回路采用如图2所示，用于实现将电池单体接入母线，选择主控模块的IO1端口及LTC6804芯片平衡输出接口(S1-S12)作为主控模块的输出。上述13个出口依次控制J0-J12共13个AB47S光耦继电器，实现电池的隔离选通。如主控模块判断电池单体2电压高出平均电压50mV，则输出充电均衡信号使S2、S3管脚输出高电平，其余管脚输出低电平，继电器J1、J2导通，其余闭合，则电池单体2的负极接入Bx，正极接入By。负载电阻接入回路由主控模块的IO2端口控制开关通断实现负载电阻接入与切出母线，负载电阻的连接结构如图3所示。

如电池单体2满足充电均衡条件，主控模块通过IO2管脚闭合J20开关，电池单体2通过母线与负载电阻R20形成回路，开始进行充电均衡。例中电阻R20选取0603封装的100K阻值，其均衡电流可达300mA以上，相较于被动均衡其均衡效果提升很大。

放电均衡模块采用DC-DC电源模块加充电管理芯片、如凌特LT1511充电管理芯片的组合方式。模块包括整组充电回路和电池极性选择回路。整组充电回路如图4所示，具体采用宽压输入隔离稳压电源进行电压转换，电源输入范围18-75V，输出端DC12V；

电源模块输入端接收从串联电池组输送过来的电压信号，输出端与凌特LT1511充电管理芯片的电源输入端相连；电池极性选择回路将选出的需进行均衡的电池单体正负两端准确的与LT1511充电芯片输出端相连，以此实现整组电池对电池单体的充电过程。可实现最大3A的充电电流，充电效率90％以上。

电池极性选择电路用于将接入母线的电池电压正负极与充电芯片的输出端正确相连。首先、放电均衡模块复用电池单体选择回路，在放电均衡模式下，开关J20断开，将负载电阻R20切出母线回路，同时将Vmin对应电池单体选入母线，如主控模块判断电池单体2电压较低，则输出放电均衡信号使S2、S3管脚输出高电平，其余管脚输出低电平，继电器J1、J2导通，其余闭合，则电池单体2的负极接入Bx，正极接入By。

为了将电池2正负极准确与充电芯片相连，可采用如图5所示电路，图中IO3、IO4为均衡启动控制端口，此时默认高电平，OP1导通、OP2关断，J13、J14导通，By与BAT+导通、Bx与与GND导通；反之，如正极为Bx，负极为By，则Bx接入BAT+,By接入GND，实现了选定电池模块的正极接入BAT+、负极接入GND。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种电池组的均衡装置，该电池组包括多个串联的电池单体，该均衡装置包括电压采集模块、电流采集模块、主控模块、充电均衡电路和放电均衡电路。电压采集模块用于检测每个电池单体的电压，得到多个单体电压；电流采集模块用于检测电池组的电流方向；主控模块用于根据多个单体电压计算计算电池组的平均电压，并根据电流方向确定电池组的充放电状态，当电池组处于充电状态时，如果电池组中存在单体电压超出平均电压第一预设阈值的第一单体，则输出充电均衡信号，当电池组出放电状态时，如果电池组中存在单体电压低于平均电压第二预设阈值的第二单体，则输出放电均衡信号；充电均衡电路用于根据充电均衡信号对第一单体进行充电均衡；放电均衡电路用于根据放电均衡信号对第二单体进行放电均衡。通过对电池单体的均衡处理，能够有效避免电池单体的一致性问题而影响其工作的稳定性。

另外，本实施例中的均衡装置还包括总线通信模块，用于将主控模块的多个参数上传到电池组所处的电池装置的后台系统管理系统。该总线通信模块优选CAN通信模块。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (8)

1.一种电池组的均衡装置，所述电池组包括多个串联的电池单体，其特征在于，所述均衡装置包括电压采集模块、电流采集模块、主控模块、充电均衡电路和放电均衡电路，其中：

所述电压采集模块用于检测每个电池单体的电压，得到多个单体电压；

所述电流采集模块用于检测所述电池组的电流方向；

所述主控模块用于根据所述多个单体电压计算计算所述电池组的平均电压，并根据所述电流方向确定所述电池组的充放电状态，当所述电池组处于充电状态时，如果所述电池组中存在单体电压超出所述平均电压第一预设阈值的第一单体，则输出充电均衡信号，当所述电池组出放电状态及静止时，如果所述电池组中存在单体电压低于所述平均电压第二预设阈值的第二单体，则输出放电均衡信号；

所述充电均衡电路用于根据所述充电均衡信号对所述第一单体进行充电均衡；

所述放电均衡电路用于根据所述放电均衡信号对所述第二单体进行放电均衡。

2.如权利要求1所述的均衡装置，其特征在于，所述第一预设阈值为50mV。

3.如权利要求1所述的均衡装置，其特征在于，所述第二预设阈值为50mV。

4.如权利要求1所述的均衡装置，其特征在于，所述充电均衡模块包括单体选择电路和负载接入回路，其中：

所述单体选择电路用于根据所述充电均衡信号将所述第一单体与所述负载接入回路相连接。

5.如权利要求1所述的均衡装置，其特征在于，所述放电均衡模块包括整组充电回路和电池极性选择回路，其中：

所述电池极性选择回路用于根据所述放电均衡信号将所述第二单体与所述整组充电回路的输出端相连接。

6.如权利要求5所述的均衡装置，其特征在于，所述整组充电回路包括宽电压隔离稳压电源，其中：

所述宽电压隔离稳压电源的输入端与所述电池组的两端相连接。

7.如权利要求1所述的均衡装置，其特征在于，还包括总线通信模块，其中：

所述总线通信模块分别与所述主控模块相连接，用于将所述平均电压、所述电池组的最大单体电压和所述电池组的最小单体电压发送到所述电池组所在的电池装置的后台管理系统。

8.如权利要求7所述的均衡装置，其特征在于，所述总线通信模块为CAN通信模块。