CN108899970A - 一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统 - Google Patents

一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统 Download PDF

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王浩
郑益
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Abstract

本发明涉及电动汽车充放电技术领域，一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统，包括启动电源电路，所述启动电源电路上设有铅酸电池，且连接有供电电压监测单元和均衡控制单元；均衡选通电路，所述均衡选通电路上设有单体电池；均衡板，所述均衡板包括互为感应线路的原边线路与副边线路；其中，原边线路与启动电源电路相连，副边线路与均衡选通电路相连；所述供电电压监测单元，用于对启动电源电压监测；当出现电压过低情况时，能够向均衡控制单元输出使能；所述均衡控制单元，能够控制均衡板的原边线路和副边线路通断和电流方向。该双向主动均衡管理系统可保障启动电源不会存在亏电情况，使电动汽车正常运行。

Description

一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统
技术领域
本发明涉及电动汽车充放电技术领域，尤其涉及一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统。
背景技术
锂离子电池具有高能量密度、高内阻、高电压、高循环次数和低自放电率等特性，但是其对保护电路的要求很高，过充、放电都会引起电池寿命的下降甚至导致电池损坏、发生事故。目前，锂离子电池已广泛应用于电动汽车上，如何保障电池组一致性，延长电池使用寿命及令电动车更安全，是亟需解决的问题。
目前大部分BMS均采用均衡技术来保障锂离子电池组的一致性，少部分具有更高效的双向主动均衡技术，其理论是对锂离子电池能量进行转移。由于电池组内电池数量众多以及硬件成本考虑，采用储能器件进行能量中转是最常见的技术。在电动汽车领域，该储能器件为启动电源(即铅酸蓄电池)，当启动电源亏电时，一般由车载DC/DC电源对其补充电，但当车载DC/DC电源出现问题的情况时，启动电源亏电情况得不到改善，导致电动汽车无法启动。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统，该双向主动均衡管理系统可保障启动电源不会存在亏电情况，使电动汽车正常运行，理论上还可去除车载DC/DC电源降低成本。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统，其特征在于：包括
启动电源电路，所述启动电源电路包括一启动电源，且连接供电电压监测单元和均衡控制单元；
均衡选通电路，所述均衡选通电路与单体电池连接；
均衡板，所述均衡板包括互为感应线路的原边线路与副边线路；其中，原边线路与启动电源电路相连，副边线路与均衡选通电路相连；需要说明的是：此处所指的原边线路与副边线路互为感应线路，即指原边线路或副边线路产生交流电时，会在对方电路上产生感应电流，实际可理解为变压器；
所述供电电压监测单元，用于对启动电源电压监测；当出现电压过低情况时，能够向均衡控制单元输出使能；
所述均衡控制单元，能够控制均衡板的原边线路和副边线路通断和电流方向，以及控制均衡选通电路的开启和关闭。
作为优选，所述均衡板的原边线路上设有原边MOS管，均衡板的副边线路上设有副边MOS管；所述均衡控制单元控制原边MOS管和副边MOS管的开关频率。
作为优选，所述的均衡选通电路包括多条并联支路，每条并联支路上均通过选通MOS管与单体电池相连，均衡控制单元控制选通MOS管开启与关闭。
作为优选，所述均衡板设有多组，多组均衡板的原边线路并联在启动电源电路上，且设有多组均衡选通电路分别与多组均衡板的副边线路连接。
作为优选，所述均衡板的副边线路上设有均衡电流采集功能模块，均衡电流采集功能模块对于主动均衡电流实时采集；并在过流时，向均衡控制单元输出使能。
作为优选，所述均衡选通电路的上设有电压采集模块，电压采集模块用于采集单体电池电压，并将其反馈给均衡控制单元。
一种保护启动电源的双向主动均衡管理方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)，对启动电源不同电压等级设置相应的回差保护值与充电功率；
2)通过供电电压监测单元判断启动电源当前所处于的电压等级区间，并向均衡控制单元反馈充电功率；
3)均衡控制单元基于步骤2)中的电压等级区间和充电功率，能够控制均衡板的原边线路和副边线路通断和电流方向，构建均衡回路；所述均衡控制单元所构建的均衡回路中，均衡放电的单体电池数量减去均衡充电的单体电池数量等于启动电源的充电功率计算需均衡放电的单体电池数量。
作为优选，优先选择电池组内高电量电池进行均衡放电。
本发明采用上述技术方案，该技术方案涉及一种双向主动均衡管理系统，该双向主动均衡管理系统中的供电电压监测单元用于对启动电源电压监测，均衡控制单元则可用于控制切换单个均衡板充放电方向和控制选通MOS管开启与关闭；因此采用该双向主动均衡管理系统即可根据预设条件和监测反馈条件，系统自动控制均衡板充放电方向以及接入的单体电池(锂电池)数量，可以将能量转移至启动电源，可避免启动电源亏电，使系统正常工作，理论上还可去除车载DC/DC电源降低成本。
附图说明
图1为双向主动均衡管理系统处于两节电池均衡放电状态示意图。
图2为双向主动均衡管理系统处于一均衡充电一均衡放电状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的优选实施方案作进一步详细的说明。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
本实施例如图1～2所示的一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统，包括启动电源电路a、均衡选通电路b和均衡板。所述均衡板包括与启动电源电路 a相连的原边线路c，以及与均衡选通电路b相连的副边线路d，原边线路c与副边线路d互为感应线路，启动电源电路a上包括一启动电源，即铅酸电池8；均衡选通电路b与单体电池连接。需要说明的是：此处所指的原边线路c与副边线路d互为感应线路，即指原边线路c或副边线路d产生交流电时，会在对方电路上产生感应电流，实际可理解为变压器1。在其中一种实施方式中，所述均衡板设有多组，多组均衡板的原边线路c并联在启动电源电路a上，且设有多组均衡选通电路b分别与多组均衡板的副边线路d连接。
所述的启动电源电路a上还连接有供电电压监测单元6和均衡控制单元7。所述供电电压监测单元6，用于对启动电源电压监测，当出现电压过低时，能够向均衡控制单元7输出使能。所述均衡控制单元7，能够控制均衡板的原边线路 c和副边线路d通断和电流方向。具体来说，所述的均衡板的原边线路c上设有原边MOS管2，均衡板的副边线路d上设有副边MOS管3和均衡电流采集功能模块9。所述均衡选通电路b上设有电压采集模块10，所述电压采集模块10 用于采集同一均衡板所连接的单体电池4电压，并将其反馈给均衡控制单元7。在进一步地方案中，每组的均衡选通电路b可包括多条并联支路，每条并联支路上均通过选通MOS管5与单体电池4相连。所述均衡控制单元7控制原边 MOS管2和副边MOS管3的开关频率，上述方案中的铅酸电池和单体电池4 都是直流电压，此主动均衡设计是通过变压器1进行电量转移交换，原边MOS 管2和副边MOS管3主要有两个功能，第一：把直流电转变为交流电，提供磁场转换变化进行电量转移。第二：通过控制原边MOS管2和副边MOS管3开关频率不同，实现均衡充电、放电方向控制，可实现均衡安全自动切换和关断。另外，所述均衡控制单元7控制选通MOS管5，从而控制每条并联支路的通断，即可相应的选择性均衡某一节单体电池4。实际运用中，每个均衡板一般可连接六节单体电池4。所述均衡电流采集功能模块9对于主动均衡电流实时采集；并在过流时，向均衡控制单元7输出使能；均衡控制单元7能够快速切断均衡电路，实现过流保护。所述的电压采集模块10用于采集单体电池4电压，并将其反馈给均衡控制单元7。进一步地，上述均衡控制单元7的硬件构成均衡回路构建、电量监测反馈。对电量计算判断、下发出充放电均衡控制策略，具体是采集单体电池4电压值和单体电池4充放电记录进行计算维持能量平衡；且均衡控制单元7所构建的均衡回路中，当启动电源亏电时，可控制均衡将能量转移至启动电源。
实施例2：
本实施例涉及一种保护启动电源的双向主动均衡管理方法，该双向主动均衡管理方法采用如实施例1中的双向主动均衡管理系统，并包括如下步骤：
1)，对启动电源不同电压等级设置相应的回差保护值与充电功率；
2)通过供电电压监测单元判断启动电源当前所处于的电压等级区间，并向均衡控制单元反馈充电功率；
3)，均衡控制单元基于步骤2)中的电压等级区间和充电功率，能够控制均衡板的原边线路和副边线路通断和电流方向，构建均衡回路；所述均衡控制单元所构建的均衡回路中，均衡放电的单体电池数量N1，减去均衡充电的单体电池数量N2，等于启动电源的充电功率计算需均衡放电的单体电池数量N3。并且，均衡控制单元在构建均衡回路中，优先选择各均衡板内高电量电池进行均衡放电。
以下是基于上述双向主动均衡管理方法进行的举例说明，该方案中为均衡控制单元7构建均衡回路，且针对启动电源设置两级电压等级的方案：
以启动电源为12V50Ah铅酸蓄电池、单体电池输出功率P＝3W为例。
1、设定电压等级设置相应的回差保护值与充电功率；
2、车载启动电源电压V；
3、构建均衡回路；
3.1、当V2+d1≤V<V1(V1＝13V，V2＝12.5V，d1＝0.1V)时，进入一级维护状态，调整均衡策略，均衡控制单元反馈功率P1(P1＝12W)。应使当前均衡放电的单体电池数量设为N1节，均衡充电的单体电池数量设为N2节，基于上述V 所处的电压等级区间，需对启动电源充电的单体电池数量设为N3节；则N＝P1/P，且需要保证N1-N2＝N。经计算上述电压等级区间内，N＝P1/P＝4节，需4节单体电池均衡放电给启动电源充电；
3.2、当V>V1+d2(d2＝0.5V)，均衡控制单元反馈功率P2＝0，使N3＝0，即此状态无需对启动电源充电；
3.3、当V<V2时，进入二级维护状态，调整均衡策略，均衡控制单元反馈功率P3(P3＝15W)，需对启动电源充电的单体电池数量设为M节，M＝P3/P＝5 节，即应使当前均衡放电的单体电池数量减去均衡充电的单体电池数量等与5 节；
若对启动电源充电过程中，若发现V>V2+d2，应使M＝N3。
综述：
基于上述实施例1所涉及的一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统，以及实施例2所涉及的一种保护启动电源的双向主动均衡管理方法；该双向主动均衡管理系统中的供电电压监测单元用于对启动电源电压监测，均衡控制单元则可用于控制切换单个均衡板充放电方向和控制选通MOS管开启与关闭；因此采用该双向主动均衡管理系统即可根据预设条件和监测反馈条件，系统自动控制均衡板充放电方向以及接入的单体电池(锂电池)数量，可以将能量转移至启动电源，可避免启动电源亏电，使系统正常工作，理论上还可去除车载DC/DC 电源降低成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统，其特征在于：包括
启动电源电路，所述启动电源电路包括一启动电源，且连接供电电压监测单元和均衡控制单元；
均衡选通电路，所述均衡选通电路与单体电池连接；
均衡板，所述均衡板包括互为感应线路的原边线路与副边线路；其中，原边线路与启动电源电路相连，副边线路与均衡选通电路相连；需要说明的是：此处所指的原边线路与副边线路互为感应线路，即指原边线路或副边线路产生交流电时，会在对方电路上产生感应电流，实际可理解为变压器；
所述供电电压监测单元，用于对启动电源电压监测；当出现电压过低情况时，能够向均衡控制单元输出使能；
所述均衡控制单元，能够控制均衡板的原边线路和副边线路通断和电流方向，以及控制均衡选通电路的开启和关闭。
2.根据权利要求1所述的一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统，其特征在于：所述均衡板的原边线路上设有原边MOS管，均衡板的副边线路上设有副边MOS管；所述均衡控制单元控制原边MOS管和副边MOS管的开关频率。
3.根据权利要求1所述的一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统，其特征在于：所述的均衡选通电路包括多条并联支路，每条并联支路上均通过选通MOS管与单体电池相连，均衡控制单元控制选通MOS管开启与关闭。
4.根据权利要求1所述的一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统，其特征在于：所述均衡板设有多组，多组均衡板的原边线路并联在启动电源电路上，且设有多组均衡选通电路分别与多组均衡板的副边线路连接。
5.根据权利要求1所述的一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统，其特征在于：所述均衡板的副边线路上设有均衡电流采集功能模块，均衡电流采集功能模块对于主动均衡电流实时采集；并在过流时，向均衡控制单元输出使能。
6.根据权利要求1所述的一种保护启动电源的双向主动均衡管理系统，其特征在于：所述均衡选通电路的上设有电压采集模块，电压采集模块用于采集单体电池电压，并将其反馈给均衡控制单元。
7.一种保护启动电源的双向主动均衡管理方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)，对启动电源不同电压等级设置相应的回差保护值与充电功率；
2)通过供电电压监测单元判断启动电源当前所处于的电压等级区间，并向均衡控制单元反馈充电功率；
3)均衡控制单元基于步骤2)中的电压等级区间和充电功率，能够控制均衡板的原边线路和副边线路通断和电流方向，构建均衡回路；所述均衡控制单元所构建的均衡回路中，均衡放电的单体电池数量减去均衡充电的单体电池数量等于启动电源的充电功率计算需均衡放电的单体电池数量。
8.根据权利要求7所述的一种保护启动电源的双向主动均衡管理方法，其特征在于：优先选择电池组内高电量电池进行均衡放电。
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