CN109638913A - 一种动力电池系统的均衡装置、方法和电动汽车 - Google Patents

一种动力电池系统的均衡装置、方法和电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明实施方式公开了一种动力电池系统的均衡装置、方法和电动汽车。均衡装置包括：均衡支路，与正极继电器并联；两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极，包括相互串联的均衡电阻和均衡继电器；高压控制单元，包含第一电压采集端、第二电压采集端、第三电压采集端、第一控制信号端、第二控制信号端和第三控制信号端；第一电压采集端与均衡支路和正极继电器的第一结合点相连接，第二电压采集端与均衡支路和正极继电器的第二结合点相连接，第三电压采集端布置在第一电池组的负极与负极继电器之间，第一控制信号端与正极继电器的控制线圈连接，第二控制信号端与负极继电器的控制线圈连接，第三控制信号端与均衡继电器的控制线圈连接。

Description

一种动力电池系统的均衡装置、方法和电动汽车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，更具体地，涉及一种动力电池系统的均衡装置、方法和电动汽车。
背景技术
能源短缺、石油危机和环境污染愈演愈烈，给人们的生活带来巨大影响，直接关系到国家经济和社会的可持续发展。世界各国都在积极开发新能源技术。电动汽车作为一种降低石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车，被认为是解决能源危机和环境恶化的重要途径。混合动力汽车同时兼顾纯电动汽车和传统内燃机汽车的优势，在满足汽车动力性要求和续驶里程要求的前提下，有效地提高了燃油经济性，降低了排放，被认为是当前节能和减排的有效路径之一。
电动汽车主要由动力电池系统、电机系统和电控系统等部分组成。动力电池系统内部，除了包含作为能量载体的动力电池之外，通常还包括电池管理系统(BMS)、电压传感器、电流传感器、温度传感器、热管理系统、高低压线束、连接器、开关器件、安装组件、壳体、辅助组件(密封圈、橡胶垫、密封胶、卡扣、扎带)等。
大容量动力电池系统的并联成组过程中，可能会遇到电压差较大的情形。如果直接并联电池组可能会形成事故，造成人身伤害。
发明内容
本发明的目的是提出一种动力电池系统的均衡装置、方法和电动汽车，从而提高安全性。
本发明实施方式的技术方案如下：
一种动力电池系统的均衡装置，所述动力电池系统包括：第一电池组；第二电池组，与所述第一电池组并联；正极继电器，两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极；负极继电器，两端分别连接到第一电池组的负极和第二电池组的负极；所述均衡装置包括：
均衡支路，与所述正极继电器并联；其中所述均衡支路的两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极，所述均衡支路包括相互串联的均衡电阻和均衡继电器；
高压控制单元，包含第一电压采集端、第二电压采集端、第三电压采集端、第一控制信号端、第二控制信号端和第三控制信号端；其中第一电压采集端与均衡支路和正极继电器的第一结合点相连接，第二电压采集端与均衡支路和正极继电器的第二结合点相连接，第三电压采集端布置在第一电池组的负极与负极继电器之间，第一控制信号端与正极继电器的控制线圈连接，第二控制信号端与负极继电器的控制线圈连接，第三控制信号端与均衡继电器的控制线圈连接。
在一个实施方式中，还包括：
分流器；其中所述分流器的第一端与第一电池组的负极连接，所述分流器的第二端与所述第二结合点连接；
其中所述高压控制单元，还包含与所述分流器连接的电流采集端。
在一个实施方式中，还包括：
第一电池采样单元，与第一电池组连接，用于检测所述第一电池组的单体电池电压值和单体电池温度值；
第二电池采样单元，与第二电池组连接，用于检测所述第二电池组的单体电池电压值和单体电池温度值；
其中所述高压控制单元，还包含与所述第一电池采样单元连接的第一信号采集端，以及与所述第二电池采样单元连接的第二信号采集端。
在一个实施方式中，还包括：
第一保险丝，串联在第一电池组的正极和所述第一结合点之间；
第二保险丝，串联在第二电池组的正极和所述第二结合点之间。
一种动力电池系统的均衡方法，所述动力电池系统包括：第一电池组；第二电池组，与所述第一电池组并联；正极继电器，两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极；负极继电器，两端分别连接到第一电池组的负极和第二电池组的负极；所述方法包括：
布置与所述正极继电器并联的均衡支路，所述均衡支路的两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极，所述均衡支路包括相互串联的均衡电阻和均衡继电器；
布置包含第一电压采集端、第二电压采集端、第三电压采集端、第一控制信号端、第二控制信号端和第三控制信号端的高压控制单元；其中第一电压采集端与均衡支路和正极继电器的第一结合点相连接，第二电压采集端与均衡支路和正极继电器的第二结合点相连接，第三电压采集端布置在第一电池组的负极与负极继电器之间，第一控制信号端与正极继电器的控制线圈连接，第二控制信号端与负极继电器的控制线圈连接，第三控制信号端与均衡继电器的控制线圈连接；
使能高压控制单元断开正极继电器、负极继电器和均衡继电器；
使能高压控制单元闭合负极继电器和均衡继电器；
计算第一电压采集端与第三电压采集端之间的第一电压值，计算第二电压采集端与第三电压采集端之间的第二电压值，当第一电压值与第二电压值之间的差值小于预定的差值门限值时，使能高压控制单元闭合正极继电器；
使能高压控制单元断开所述均衡继电器。
在一个实施方式中，该方法还包括：
布置分流器，其中所述分流器的第一端与第一电池组的负极连接，所述分流器的第二端与所述第二结合点连接；
所述高压控制单元经由与所述分流器连接的电流采集端，采集分流器的电流值；
当所述分流器的电流值超过预定的电流门限值时，使能所述高压控制单元发财报警信号。
在一个实施方式中，该方法还包括：
布置与第一电池组连接的第一电池采样单元，使能所述第一电池采样单元检测所述第一电池组的单体电池电压值和单体电池温度值；
所述高压控制单元经由与所述第一电池采样单元连接的第一信号采集端，获取所述第一电池组的单体电池电压值和单体电池温度值。
在一个实施方式中，该方法还包括：
布置与第二电池组连接的第二电池采样单元，使能所述第二电池采样单元检测所述第二电池组的单体电池电压值和单体电池温度值；
所述高压控制单元经由与所述第二电池采样单元连接的第二信号采集端，获取所述第二电池组的单体电池电压值和单体电池温度值。
一种电动汽车，包括如上所述的动力电池系统的均衡装置。
一种计算机存储介质，其上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现如上任一项所述的方法步骤。
从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式中，均衡装置包括：均衡支路，与正极继电器并联；两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极，包括相互串联的均衡电阻和均衡继电器；高压控制单元，包含第一电压采集端、第二电压采集端、第三电压采集端、第一控制信号端、第二控制信号端和第三控制信号端；第一电压采集端与均衡支路和正极继电器的第一结合点相连接，第二电压采集端与均衡支路和正极继电器的第二结合点相连接，第三电压采集端布置在第一电池组的负极与负极继电器之间，第一控制信号端与正极继电器的控制线圈连接，第二控制信号端与负极继电器的控制线圈连接，第三控制信号端与均衡继电器的控制线圈连接。由此可见，本发明布置有与正极继电器并联的均衡支路，针对动力电池系统实现了电压均衡，提高了安全性。
而且，本发明针对正极继电器、负极继电器和均衡继电器的集中控制，还提高了控制效率。
附图说明
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1为根据本发明的动力电池系统的均衡装置的示范性电路图。
图2为根据本发明的动力电池系统的均衡方法的示范性流程图。
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。
为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。
本发明实施方式提出一种电池系统成组时的电压均衡方案，避免电池组并联时的大电流放电危险。
在本发明实施方式中，提出动力电池系统的均衡装置。动力电池系统包括：第一电池组；第二电池组，与第一电池组并联；正极继电器，两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极；负极继电器，两端分别连接到第一电池组的负极和第二电池组的负极；
具体的，均衡装置包括：
均衡支路，与正极继电器并联；其中均衡支路的两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极，均衡支路包括相互串联的均衡电阻和均衡继电器；
高压控制单元，包含第一电压采集端、第二电压采集端、第三电压采集端、第一控制信号端、第二控制信号端和第三控制信号端；其中第一电压采集端与均衡支路和正极继电器的第一结合点相连接，第二电压采集端与均衡支路和正极继电器的第二结合点相连接，第三电压采集端布置在第一电池组的负极与负极继电器之间，第一控制信号端与正极继电器的触点连接，第二控制信号端与负极继电器的触点连接，第三控制信号端与均衡继电器的触点连接。
图1为根据本发明的动力电池系统的均衡装置的示范性电路图。
由图1可见，动力电池系统包括第一电池组101和第二电池组102。第二电池组102与第一电池组101并联。正极继电器的两端分别连接到第一电池组101的正极和第二电池组102的正极。负极继电器的两端分别连接到第一电池组101的负极和第二电池组102的负极。
包含相互串联的均衡电阻104和均衡继电器103的均衡支路与正极继电器并联。可见，均衡支路的两端分别连接到第一电池组101的正极和第二电池组102的正极。即，均衡电阻104的一端与第一电池组101的正极连接，均衡电阻104的另一端与均衡继电器103的一端连接，均衡继电器103的另一端与第二电池组102的正极连接。
高压控制单元，包含第一电压采集端、第二电压采集端、第三电压采集端、第一控制信号端、第二控制信号端和第三控制信号端；其中第一电压采集端与均衡支路和正极继电器的第一结合点(即图1中的A点)相连接，第二电压采集端与均衡支路和正极继电器的第二结合点(即图1中的B点)相连接，第三电压采集端布置在第一电池组的负极与负极继电器之间(即图1中的C点)，第一控制信号端与正极继电器的控制线圈连接，第二控制信号端与负极继电器的控制线圈连接，第三控制信号端与均衡继电器的控制线圈连接。
其中，第一结合点即为正极继电器与第一电池组101的正极的连接点，第二结合点即为正极继电器与第二电池组101的正极的连接点，第三结合点即为负极继电器与第一电池组101的负极的连接点。
在图1中，还可以包括分流器。分流器的第一端与第一电池组101的负极连接，分流器的第二端与第二结合点连接；高压控制单元，还包含与分流器连接的电流采集端。
在图1中，还包括电池采样单元(BSU1)，与第一电池组101连接，用于检测第一电池组101的单体电池电压值和单体电池温度值；BSU2，与第二电池组102连接，用于检测第二电池组的单体电池电压值和单体电池温度值。而且，高压控制单元，还包含与BSU1连接的第一信号采集端，以及与BSU2连接的第二信号采集端。高压控制单元经由第一信号采集端，从BSU1获取第一电池组101的单体电池电压值和单体电池温度值。高压控制单元经由第二信号采集端，从BSU2获取第二电池组102的单体电池电压值和单体电池温度值。
在图1中，还包括：第一保险丝，串联在第一电池组101的正极和所述第一结合点之间；第二保险丝，串联在第二电池组102的正极和第二结合点之间。
在图1所示电路中，初始时候，所有继电器(包括正极继电器、负极继电器和均衡继电器)处于断开状态。高压控制单元持续检测第一结合点与第三结合点之间的电压值(即UAC)以及第二结合点与第三结合点之间的电压值(即UBC)，BUS1和BSU2分别实时检测各自连接到的电池组的单体电压和温度。然后，高压控制单元闭合负极继电器，并闭合均衡继电器。高压控制单元实时检测UAC和UBC)，同时检测分流器电流(避免出现意外短路)。当UAC和UBC之间的压差小于预定门限值时(比如10毫伏)，高压控制单元闭合正极继电器，并且断开均衡继电器，从而结束均衡过程。上述均衡过程中，一旦高压控制单元检测到分流器的电流大于预定门限值时，则发出报警信息。
基于图1所示电路，本发明实施方式还提出了一种动力电池系统的均衡方法。动力电池系统包括：第一电池组；第二电池组，与第一电池组并联；正极继电器，两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极；负极继电器，两端分别连接到第一电池组的负极和第二电池组的负极。该方法优选适用于包含动力电池系统的电动汽车应用场景。
图2为根据本发明的动力电池系统的均衡方法的示范性流程图。
如图2所示，该方法包括：
步骤201：布置与所述正极继电器并联的均衡支路，所述均衡支路的两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极，所述均衡支路包括相互串联的均衡电阻和均衡继电器。
步骤202：布置包含第一电压采集端、第二电压采集端、第三电压采集端、第一控制信号端、第二控制信号端和第三控制信号端的高压控制单元；其中第一电压采集端与均衡支路和正极继电器的第一结合点相连接，第二电压采集端与均衡支路和正极继电器的第二结合点相连接，第三电压采集端布置在第一电池组的负极与负极继电器之间，第一控制信号端与正极继电器的控制线圈连接，第二控制信号端与负极继电器的控制线圈连接，第三控制信号端与均衡继电器的控制线圈连接。
步骤203：使能高压控制单元断开正极继电器、负极继电器和均衡继电器。
步骤204：使能高压控制单元闭合负极继电器和均衡继电器。
步骤205：计算第一电压采集端与第三电压采集端之间的第一电压值，计算第二电压采集端与第三电压采集端之间的第二电压值，当第一电压值与第二电压值之间的差值小于预定的差值门限值时，使能高压控制单元闭合正极继电器。
步骤206：使能高压控制单元断开所述均衡继电器。
在一个实施方式中，该方法还包括：
布置分流器，其中所述分流器的第一端与第一电池组的负极连接，所述分流器的第二端与所述第二结合点连接；
所述高压控制单元经由与所述分流器连接的电流采集端，采集分流器的电流值；
当所述分流器的电流值超过预定的电流门限值时，使能所述高压控制单元发财报警信号。
在一个实施方式中，该方法还包括：
布置与第一电池组连接的第一电池采样单元，使能所述第一电池采样单元检测所述第一电池组的单体电池电压值和单体电池温度值；
所述高压控制单元经由与所述第一电池采样单元连接的第一信号采集端，获取所述第一电池组的单体电池电压值和单体电池温度值。
在一个实施方式中，该方法还包括：
布置与第二电池组连接的第二电池采样单元，使能所述第二电池采样单元检测所述第二电池组的单体电池电压值和单体电池温度值；
所述高压控制单元经由与所述第二电池采样单元连接的第二信号采集端，获取所述第二电池组的单体电池电压值和单体电池温度值。
可以将本发明实施方式提出的电动汽车动力电池系统的均衡方法应用到各种类型的电动汽车中，比如纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(HEV)、燃料电池汽车(FCEV)等等。
综上所述，在本发明实施方式中，均衡装置包括：均衡支路，与正极继电器并联；两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极，包括相互串联的均衡电阻和均衡继电器；高压控制单元，包含第一电压采集端、第二电压采集端、第三电压采集端、第一控制信号端、第二控制信号端和第三控制信号端；第一电压采集端与均衡支路和正极继电器的第一结合点相连接，第二电压采集端与均衡支路和正极继电器的第二结合点相连接，第三电压采集端布置在第一电池组的负极与负极继电器之间，第一控制信号端与正极继电器的控制线圈连接，第二控制信号端与负极继电器的控制线圈连接，第三控制信号端与均衡继电器的控制线圈连接。由此可见，本发明布置与正极继电器并联的均衡支路，针对动力电池系统实现了电压均衡，提高了安全性。
而且，本发明针对正极继电器、负极继电器和均衡继电器的集中控制，还提高了控制效率。
各实施方式中的硬件模块可以以机械方式或电子方式实现。例如，一个硬件模块可以包括专门设计的永久性电路或逻辑器件(如专用处理器，如FPGA或ASIC)用于完成特定的操作。硬件模块也可以包括由软件临时配置的可编程逻辑器件或电路(如包括通用处理器或其它可编程处理器)用于执行特定操作。至于具体采用机械方式，或是采用专用的永久性电路，或是采用临时配置的电路(如由软件进行配置)来实现硬件模块，可以根据成本和时间上的考虑来决定。
本发明还提供了一种机器可读的存储介质，存储用于使一机器执行如本文所述方法的指令。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施方式的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。此外，还可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作。还可以将从存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施方式中任一实施方式的功能。
用于提供程序代码的存储介质实施方式包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机或云上下载程序代码。优选的，程序代码的存储介质也可以为微控制器的内部存储空间。
需要说明的是，上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力电池系统的均衡装置，其特征在于，所述动力电池系统包括：第一电池组；第二电池组，与所述第一电池组并联；正极继电器，两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极；负极继电器，两端分别连接到第一电池组的负极和第二电池组的负极；所述均衡装置包括：
均衡支路，与所述正极继电器并联；其中所述均衡支路的两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极，所述均衡支路包括相互串联的均衡电阻和均衡继电器；
高压控制单元，包含第一电压采集端、第二电压采集端、第三电压采集端、第一控制信号端、第二控制信号端和第三控制信号端；其中第一电压采集端与均衡支路和正极继电器的第一结合点相连接，第二电压采集端与均衡支路和正极继电器的第二结合点相连接，第三电压采集端布置在第一电池组的负极与负极继电器之间，第一控制信号端与正极继电器的控制线圈连接，第二控制信号端与负极继电器的控制线圈连接，第三控制信号端与均衡继电器的控制线圈连接。
2.根据权利要求1所述的动力电池系统的均衡装置，其特征在于，还包括：
分流器；其中所述分流器的第一端与第一电池组的负极连接，所述分流器的第二端与所述第二结合点连接；
其中所述高压控制单元，还包含与所述分流器连接的电流采集端。
3.根据权利要求1所述的动力电池系统的均衡装置，其特征在于，还包括：
第一电池采样单元，与第一电池组连接，用于检测所述第一电池组的单体电池电压值和单体电池温度值；
第二电池采样单元，与第二电池组连接，用于检测所述第二电池组的单体电池电压值和单体电池温度值；
其中所述高压控制单元，还包含与所述第一电池采样单元连接的第一信号采集端，以及与所述第二电池采样单元连接的第二信号采集端。
4.根据权利要求1所述的动力电池系统的均衡装置，其特征在于，还包括：
第一保险丝，串联在第一电池组的正极和所述第一结合点之间；
第二保险丝，串联在第二电池组的正极和所述第二结合点之间。
5.一种动力电池系统的均衡方法，其特征在于，所述动力电池系统包括：第一电池组；第二电池组，与所述第一电池组并联；正极继电器，两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极；负极继电器，两端分别连接到第一电池组的负极和第二电池组的负极；所述方法包括：
布置与所述正极继电器并联的均衡支路，所述均衡支路的两端分别连接到第一电池组的正极和第二电池组的正极，所述均衡支路包括相互串联的均衡电阻和均衡继电器；
布置包含第一电压采集端、第二电压采集端、第三电压采集端、第一控制信号端、第二控制信号端和第三控制信号端的高压控制单元；其中第一电压采集端与均衡支路和正极继电器的第一结合点相连接，第二电压采集端与均衡支路和正极继电器的第二结合点相连接，第三电压采集端布置在第一电池组的负极与负极继电器之间，第一控制信号端与正极继电器的控制线圈连接，第二控制信号端与负极继电器的控制线圈连接，第三控制信号端与均衡继电器的控制线圈连接；
使能高压控制单元断开正极继电器、负极继电器和均衡继电器；
使能高压控制单元闭合负极继电器和均衡继电器；
计算第一电压采集端与第三电压采集端之间的第一电压值，计算第二电压采集端与第三电压采集端之间的第二电压值，当第一电压值与第二电压值之间的差值小于预定的差值门限值时，使能高压控制单元闭合正极继电器；
使能高压控制单元断开所述均衡继电器。
6.根据权利要求5所述的动力电池系统的均衡方法，其特征在于，该方法还包括：
布置分流器，其中所述分流器的第一端与第一电池组的负极连接，所述分流器的第二端与所述第二结合点连接；
所述高压控制单元经由与所述分流器连接的电流采集端，采集分流器的电流值；
当所述分流器的电流值超过预定的电流门限值时，使能所述高压控制单元发财报警信号。
7.根据权利要求5所述的动力电池系统的均衡方法，其特征在于，该方法还包括：
布置与第一电池组连接的第一电池采样单元，使能所述第一电池采样单元检测所述第一电池组的单体电池电压值和单体电池温度值；
所述高压控制单元经由与所述第一电池采样单元连接的第一信号采集端，获取所述第一电池组的单体电池电压值和单体电池温度值。
8.根据权利要求5所述的动力电池系统的均衡方法，其特征在于，该方法还包括：
布置与第二电池组连接的第二电池采样单元，使能所述第二电池采样单元检测所述第二电池组的单体电池电压值和单体电池温度值；
所述高压控制单元经由与所述第二电池采样单元连接的第二信号采集端，获取所述第二电池组的单体电池电压值和单体电池温度值。
9.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1所述的动力电池系统的均衡装置。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现权利要求5-8任一项所述的方法步骤。
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