CN110311450B - 一种适用于16串电池包的主动均衡电路 - Google Patents

一种适用于16串电池包的主动均衡电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电动汽车电池管理技术领域，具体涉及一种适用于16串电池包的主动均衡电路，包括电池组、单串电压补偿模块、继电器切换控制模块、均衡串数选择模块、MCU模块以及电压检测模块；所述电压检测模块用于检测每串电池包的电压并且将电压数据传输至MCU模块；所述单串电压补偿模块通过继电器切换控制模块分别对每串电池包进行充电；所述MCU模块接收电压数据后通过均衡串数选择模块从而控制每个继电器模块的导通与断开。本发明通过设置单串电压补偿模块、继电器切换控制模块、均衡串数选择模块、MCU模块以及电压检测模块实现了对电池包的主动均衡控制，提高电池包的利用率，从而延长其循环使用寿命。

Description

一种适用于16串电池包的主动均衡电路
技术领域
本发明涉及电动汽车电池管理技术领域，具体涉及一种适用于16串电池包的主动均衡电路。
背景技术
电动汽车在制造过程中，由于工艺问题和材质不均匀，使电池极板厚度、微孔率、活性物质的活化程度等存在微小的差别，这种电池内部结构和材质上的不完全一致性，就会同一批次出厂的同一型号的电池容量、内阻和电压等参数值不可能完全一致。
另外，电池包长时间的使用会导致单体电芯不一致性积累，时间越长单体电芯的差异就越大，电池包的使用寿命受到严重影响。因此在BMS电路中涉及均衡控制是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种适用于16串电池包的主动均衡电路。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种适用于16串电池包的主动均衡电路，包括电池组、单串电压补偿模块、继电器切换控制模块、均衡串数选择模块、MCU模块以及电压检测模块；所述电池组包括16串电池包；所述继电器切换控制模块包括17个继电器模块；16串电池包与17个继电器模块对应连接；
所述电压检测模块用于检测每串电池包的电压并且将电压数据传输至MCU模块；
所述单串电压补偿模块通过继电器切换控制模块分别对每串电池包进行充电；
所述MCU模块接收电压数据后通过均衡串数选择模块从而控制每个继电器模块的导通与断开。
本发明进一步设置为，所述单串电压补偿模块包括电源电路以及H型电路；所述电源电路包括隔离降压芯片U9以及充电芯片U5；所述隔离降压芯片U9的输入端与总电源连接；所述隔离降压芯片U9的输出端与充电芯片U5的输入端连接；所述充电芯片U5的正输出端以及负输出端分别与H型电路连接。
本发明进一步设置为，所述MCU模块包括CPU_BALIN端；所述单串电压补偿模块还包括三极管T2以及MOS管Q7；所述MCU模块的CPU_BALIN端通过三极管T2以及MOS管Q7控制隔离降压芯片U9的输入端与总电源的通断。
本发明进一步设置为，所述H型电路包括继电器RL9、继电器RL10、继电器RL12以及继电器RL13、三极管T3、三极管T4、三极管T6以及三极管T23；所述继电器RL9的输入端以及继电器RL10的输入端均与充电芯片U5的正输出端连接；所述继电器RL9的输出端与继电器RL12的输入端连接；所述继电器RL9的输出端与继电器RL12的输入端之间连接有输出口OUT1；所述继电器RL10的输出端与继电器RL13的输入端连接；所述继电器RL10的输出端与继电器RL13的输入端之间连接有输出口OUT2；所述输出口OUT1以及输出口OUT2分别与继电器切换控制模块连接；所述继电器RL12的输出端以及继电器RL13的输出端均与充电芯片U5的负输出端连接；所述继电器RL9的控制端以及继电器RL13的控制端分别通过三极管T4以及三极管T23与均衡串数选择模块的同一端连接；所述继电器RL10的控制端以及继电器RL12的控制端分别通过三极管T3以及三极管T6与均衡串数选择模块的同一端连接。
本发明进一步设置为，16串电池包分为单串数电池包以及双串数电池包；17个继电器模块分为单串继电器模块以及双串数继电器模块；所述单串继电器模块以及双串数继电器模块分别与单串数电池包以及双串数电池包连接；所述单串继电器模块以及双串数继电器模块均包括选择继电器以及选择三极管；
在单串继电器模块中，选择继电器的输入端与输出口OUT1连接，选择继电器的输出端与单串数电池包连接，选择继电器的控制端通过选择三极管与均衡串数选择模块连接；
在双串继电器模块中，选择继电器的输入端与输出口OUT2连接，选择继电器的输出端与双串数电池包连接，选择继电器的控制端通过选择三极管与均衡串数选择模块连接。
本发明进一步设置为，所述均衡串数选择模包括多路与门芯片U2、三极管Q1以及三极管Q2；所述MCU模块包括CPU_LIN1端以及CPU_LIN2端；所述CPU_LIN1端与多路与门芯片U2的1A输入端连接；所述CPU_LIN2端通过三极管Q1与多路与门芯片U2的1B输入端连接；所述多路与门芯片U2的1Y输出端分别与继电器RL9的控制端以及继电器RL13的控制端连接；
所述CPU_LIN1端通过三极管Q2与多路与门芯片U2的3A输入端连接；所述CPU_LIN2端与多路与门芯片U2的3B输入端连接；所述多路与门芯片U2的3Y输出端分别与继电器RL10的控制端以及继电器RL12的控制端连接。
本发明进一步设置为，所述均衡串数选择模块包括译码器U11、译码器U12、译码器U14以及译码器U16；所述MCU模块包括CPU_S0端、CPU_S1端以及CPU_S2端；所述CPU_S0端、CPU_S1端以及CPU_S2端分别与译码器U11、译码器U12、译码器U14以及译码器U16的A0、A1以及A3端连接；
所述CPU_LIN1端以及CPU_LIN2端分别与译码器U11以及译码器U14的E3、E2端连接；所述CPU_LIN1端以及CPU_LIN2端分别与译码器U12以及译码器U16的E2、E3端连接；所述译码器U11、译码器U12、译码器U14以及译码器U16的输出端分别与继电器模块连接。
本发明的有益效果：本发明通过设置单串电压补偿模块、继电器切换控制模块、均衡串数选择模块、MCU模块以及电压检测模块实现了对每串电池包的主动均衡控制，提高电池包的利用率，从而延长其循环使用寿命。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的原理图；
图2是本发明电源电路的电路图；
图3是本发明H型电路的电路图；
图4是本发明多路与门芯片U2的电路图；
图5是本发明单串继电器模块的电路图；
图6是本发明双串继电器模块的电路图；
图7是本发明译码器的电路图；
图8是本发明译码器的功能表。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
由图1至图8可知；本实施例所述的一种适用于16串电池包的主动均衡电路，包括电池组、单串电压补偿模块、继电器切换控制模块、均衡串数选择模块、MCU模块以及电压检测模块；所述电池组包括16串电池B1-B16；所述继电器切换控制模块包括17个继电器模块；16串电池包与17个继电器模块对应连接；其中16串电池包的总电量连接成总电池包，17个继电器模块中的其中一个控制总电池包的开关，总电池包能够对单串电压补偿模块供电；
所述电压检测模块用于检测每串电池包的电压并且将电压数据传输至MCU模块；
所述单串电压补偿模块通过继电器切换控制模块分别对每串电池包进行充电；
所述MCU模块接收电压数据后通过均衡串数选择模块从而控制每个继电器模块的导通与断开。其中，MCU模块可以为单片机，电压检测模块为电压采集芯片，电压采集芯片以及单片机均为现有的模块，故不再图中画出。
具体地，本实施例所述的适用于16串电池包的主动均衡电路，当前端的电压检测模块检测到某串电池包的电压与其他电压差值大于设定的阈值时，则发送通知至MCU模块，MCU模块控制均衡串数选择模块打开对此串电池包对应的继电器模块的导通，从而实现均衡控制；当电压检测模块检测到某串电池包的电压与其他电压差值小于设定的阈值时，则发送通知至MCU模块，MCU模块控制均衡串数选择模块关闭对此串电池包对应的继电器模块，从而关闭均衡控制。当所有单体之间的压差小于设定的阈值时，MCU模块关闭单串电压补偿模块的电源输入端，让单串电压补偿模块不工作，提高电池包的利用率，从而延长其循环使用寿命。
本实施例所述的一种适用于16串电池包的主动均衡电路，所述单串电压补偿模块包括电源电路以及H型电路；所述电源电路包括隔离降压芯片U9以及充电芯片U5；所述隔离降压芯片U9的输入端与总电源连接；所述隔离降压芯片U9的输出端与充电芯片U5的输入端连接；所述充电芯片U5的正输出端以及负输出端分别与H型电路连接。
其中总电源为16串电池包的总电量，通过将16串电池包的总电量经过隔离降压芯片U9以及充电芯片U5后降至可以对单串电池包进行补电的电压。
本实施例所述的一种适用于16串电池包的主动均衡电路，所述MCU模块包括CPU_BALIN端；所述单串电压补偿模块还包括三极管T2以及MOS管Q7；所述MCU模块的CPU_BALIN端通过三极管T2以及MOS管Q7控制隔离降压芯片U9的输入端与总电源的通断。通过上述设置，使得当所有单体之间的压差小于设定的阈值时，MCU模块能够通过三极管T2以及MOS管Q7关闭单串电压补偿模块的电源输入端，让单串电压补偿模块不工作，提高电池包的利用率，从而延长其循环使用寿命。
本实施例所述的一种适用于16串电池包的主动均衡电路，所述H型电路包括继电器RL9、继电器RL10、继电器RL12以及继电器RL13、三极管T3、三极管T4、三极管T6以及三极管T23；所述继电器RL9的输入端以及继电器RL10的输入端均与充电芯片U5的正输出端连接；所述继电器RL9的输出端与继电器RL12的输入端连接；所述继电器RL9的输出端与继电器RL12的输入端之间连接有输出口OUT1；所述继电器RL10的输出端与继电器RL13的输入端连接；所述继电器RL10的输出端与继电器RL13的输入端之间连接有输出口OUT2；所述输出口OUT1以及输出口OUT2分别与继电器切换控制模块连接；所述继电器RL12的输出端以及继电器RL13的输出端均与充电芯片U5的负输出端连接；所述继电器RL9的控制端以及继电器RL13的控制端分别通过三极管T4以及三极管T23与均衡串数选择模块的同一端连接；所述继电器RL10的控制端以及继电器RL12的控制端分别通过三极管T3以及三极管T6与均衡串数选择模块的同一端连接。
由于继电器RL9、继电器RL13受IN1_IN控制脚控制，继电器RL10、继电器RL12受IN2_IN控制脚控制，故两组继电器只能打开其中一组，这样就可以控制均衡电流的流向：VO_5V+→继电器RL9→输出口OUT1→输出口OUT2→继电器RL13→VOUT5V-或者VO_5V+→继电器RL10→输出口OUT2→输出口OUT1→继电器RL12 →VOUT5V-。
本实施例所述的一种适用于16串电池包的主动均衡电路，16串电池包分为单串数电池包以及双串数电池包；17个继电器模块分为单串继电器模块以及双串数继电器模块；所述单串继电器模块以及双串数继电器模块分别与单串数电池包以及双串数电池包连接；所述单串继电器模块以及双串数继电器模块均包括选择继电器以及选择三极管；
在单串继电器模块中，选择继电器的输入端与输出口OUT1连接，选择继电器的输出端与单串数电池包连接，选择继电器的控制端通过选择三极管与均衡串数选择模块连接；
在双串继电器模块中，选择继电器的输入端与输出口OUT2连接，选择继电器的输出端与双串数电池包连接，选择继电器的控制端通过选择三极管与均衡串数选择模块连接。
具体地，继电器切换控制模块由均衡串数选择模块控制选择三极管从而驱动选择继电器的导通来决定输出口OUT1或者输出口OUT2与相应的电池包端导通与否。该模块主要分为17个通道从BAT0到BAT16，其中BAT0接总电源，其中双串继电器模块接输出口OUT2,单串继电器模块接输出口OUT1。其中双串继电器模块以及单串继电器模块均通过保险丝与电池包端相连，双串继电器模块以及单串继电器模块的驱动脚一端与选择三极管集电极相连，另一端与地相连，PNP三极管的发射极与5V驱动电源相连，基极与串数选择模块端BAL0~BAL16相连，当选择三极管基极为低电平的时候，选择三极管集电极与发射极极饱和导通，从而让选择继电器驱动端线圈得电，继电器输入输出端导通。
本实施例所述的一种适用于16串电池包的主动均衡电路，所述均衡串数选择模包括多路与门芯片U2、三极管Q1以及三极管Q2；所述MCU模块包括CPU_LIN1端以及CPU_LIN2端；所述CPU_LIN1端与多路与门芯片U2的1A输入端连接；所述CPU_LIN2端通过三极管Q1与多路与门芯片U2的1B输入端连接；所述多路与门芯片U2的1Y输出端分别与继电器RL9的控制端以及继电器RL13的控制端连接；
所述CPU_LIN1端通过三极管Q2与多路与门芯片U2的3A输入端连接；所述CPU_LIN2端与多路与门芯片U2的3B输入端连接；所述多路与门芯片U2的3Y输出端分别与继电器RL10的控制端以及继电器RL12的控制端连接。
本实施例所述的一种适用于16串电池包的主动均衡电路，所述均衡串数选择模块包括译码器U11、译码器U12、译码器U14以及译码器U16；所述MCU模块包括CPU_S0端、CPU_S1端以及CPU_S2端；所述CPU_S0端、CPU_S1端以及CPU_S2端分别与译码器U11、译码器U12、译码器U14以及译码器U16的A0、A1以及A3端连接；
所述CPU_LIN1端以及CPU_LIN2端分别与译码器U11以及译码器U14的E3、E2端连接；所述CPU_LIN1端以及CPU_LIN2端分别与译码器U12以及译码器U16的E2、E3端连接；所述译码器U11、译码器U12、译码器U14以及译码器U16的输出端分别与继电器模块连接。
具体地，假设MCU模块的CPU_S0端, CPU_S1端, CPU_S2端都为L（即A0,A1,A2为L），CPU_LIN1端为H，CPU_LIN2端为L时（即译码器U11, 译码器U14的E2为L，E3为H。而译码器U12, 译码器U16的E2为H，E3为L）,译码器U11以及译码器U14的Y0输出低，而译码器U12以及译码器U16由输入端特性E3为L时（Y0~Y7）都为高输出。此时BAL0，BAL1脚由于译码器U11,译码器U14的Y0输出低从而也会被拉低与此同时继电器切换控制模块的三极管Q24, 三极管Q25均会导通，使得继电器RL19与继电器RL20导通，使得BAT1与输出口OUT1导通，BAT0与输出口OUT2导通。由于前面假设了CPU_LIN1端为H，CPU_LIN2端为L ，相应的多路与门芯片U2的1A为H，1B为H(CPU_LIN2端经过三极管Q1组成的反相电路后由L变H进入到1B) 同理多路与门芯片U2的3A为L,3B为L ，从而导致1Y(IN1_IN端) 为H,3Y(IN2_IN端)为L，进一步的此两输出端分别控制由继电器组成的H型电路，此时三极管T4, 三极管T23导通从而驱动继电器RL9, 继电器RL13导通，从而让单体补电模块的正极VO_5V+与输出口OUT1导通，负极VOUT5V-与输出口OUT2导通，即单体补电模块对第一节电芯开始补电。同理假设MCU模块的CPU_S0端, CPU_S1端, CPU_S2端任意设置为L或者H时(A0,A1,A2随机变为L或者H)，其输出端(Y0~Y7)中的一个脚会跟随选择变为L 。从而选择第1/3/5/7/9/11/13/15串的均衡控制。
假设MCU模块的CPU_S0端, CPU_S1端, CPU_S2端都为L（即A0,A1,A2为L），CPU_LIN1端为L，CPU_LIN2端为H时（即译码器U11, 译码器U14的E2为H，E3为L。而译码器U12, 译码器U16的E2为L，E3为H），译码器U12以及译码器U16的Y0输出低，而译码器U11以及译码器U14由输入端特性E3为L时（Y0~Y7）都为高输出。此时BAL1，BAL2脚由于译码器U12, 译码器U16的Y0输出低从而也会被拉低与此同时继电器切换控制模块的三极管Q21以及三极管Q24均会导通使得继电器RL19与及继电器RL16导通→，从而BAT1与输出口OUT1导通，BAT2与输出口OUT2导通。由于前面假设了CPU_LIN1端为L，CPU_LIN2端为H ，相应可知多路与门芯片U2的1A为L，1B为L(CPU_LIN2端经过三极管Q1组成的反相电路后进入到1B) 同时多路与门芯片U2的3A为H,3B为H从而导致1Y(IN1_IN端) 为L,3Y(IN2_IN端)为H。进一步的此两输出端分别控制由继电器组成的H型电路，此时三极管T3, 三极管T6导通驱动继电器RL10, 继电器RL12导通从而让单体补电模块的VO_5V+与OUT2导通，负极VOUT5V-与OUT1导通，即单体补电模块对第二节电芯开始补电。同理假设MCU的CPU_S0端, CPU_S1端, CPU_S2端任意设置为L或者H时(A0,A1,A2随机变为L或者H) ，其输出端(Y0 ~Y7)中的一个脚会跟随选择变为L 。从而选择第2/4/6/8/10/12/14/16串的均衡控制。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种适用于16串电池包的主动均衡电路，其特征在于：包括电池组、单串电压补偿模块、继电器切换控制模块、均衡串数选择模块、MCU模块以及电压检测模块；所述电池组包括16串电池包；所述继电器切换控制模块包括17个继电器模块；16串电池包与17个继电器模块对应连接；
所述电压检测模块用于检测每串电池包的电压并且将电压数据传输至MCU模块；
所述单串电压补偿模块通过继电器切换控制模块分别对每串电池包进行充电；
所述MCU模块接收电压数据后通过均衡串数选择模块从而控制每个继电器模块的导通与断开；
所述单串电压补偿模块包括电源电路以及H型电路；所述电源电路包括隔离降压芯片U9以及充电芯片U5；所述隔离降压芯片U9的输入端与总电源连接；所述隔离降压芯片U9的输出端与充电芯片U5的输入端连接；所述充电芯片U5的正输出端以及负输出端分别与H型电路连接；
所述MCU模块包括CPU_BALIN端；所述单串电压补偿模块还包括三极管T2以及MOS管Q7；所述MCU模块的CPU_BALIN端通过三极管T2以及MOS管Q7控制隔离降压芯片U9的输入端与总电源的通断；
所述H型电路包括继电器RL9、继电器RL10、继电器RL12以及继电器RL13、三极管T3、三极管T4、三极管T6以及三极管T23；所述继电器RL9的输入端以及继电器RL10的输入端均与充电芯片U5的正输出端连接；所述继电器RL9的输出端与继电器RL12的输入端连接；所述继电器RL9的输出端与继电器RL12的输入端之间连接有输出口OUT1；所述继电器RL10的输出端与继电器RL13的输入端连接；所述继电器RL10的输出端与继电器RL13的输入端之间连接有输出口OUT2；所述输出口OUT1以及输出口OUT2分别与继电器切换控制模块连接；所述继电器RL12的输出端以及继电器RL13的输出端均与充电芯片U5的负输出端连接；所述继电器RL9的控制端以及继电器RL13的控制端分别通过三极管T4以及三极管T23与均衡串数选择模块的同一端连接；所述继电器RL10的控制端以及继电器RL12的控制端分别通过三极管T3以及三极管T6与均衡串数选择模块的同一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于16串电池包的主动均衡电路，其特征在于：16串电池包分为单串数电池包以及双串数电池包；17个继电器模块分为单串继电器模块以及双串数继电器模块；所述单串继电器模块以及双串数继电器模块分别与单串数电池包以及双串数电池包连接；所述单串继电器模块以及双串数继电器模块均包括选择继电器以及选择三极管；
在单串继电器模块中，选择继电器的输入端与输出口OUT1连接，选择继电器的输出端与单串数电池包连接，选择继电器的控制端通过选择三极管与均衡串数选择模块连接；
在双串继电器模块中，选择继电器的输入端与输出口OUT2连接，选择继电器的输出端与双串数电池包连接，选择继电器的控制端通过选择三极管与均衡串数选择模块连接。
3.根据权利要求1所述的一种适用于16串电池包的主动均衡电路，其特征在于：所述均衡串数选择模包括多路与门芯片U2、三极管Q1以及三极管Q2；所述MCU模块包括CPU_LIN1端以及CPU_LIN2端；所述CPU_LIN1端与多路与门芯片U2的1A输入端连接；所述CPU_LIN2端通过三极管Q1与多路与门芯片U2的1B输入端连接；所述多路与门芯片U2的1Y输出端分别与继电器RL9的控制端以及继电器RL13的控制端连接；
所述CPU_LIN1端通过三极管Q2与多路与门芯片U2的3A输入端连接；所述CPU_LIN2端与多路与门芯片U2的3B输入端连接；所述多路与门芯片U2的3Y输出端分别与继电器RL10的控制端以及继电器RL12的控制端连接。
4.根据权利要求3所述的一种适用于16串电池包的主动均衡电路，其特征在于：所述均衡串数选择模块包括译码器U11、译码器U12、译码器U14以及译码器U16；所述MCU模块包括CPU_S0端、CPU_S1端以及CPU_S2端；所述CPU_S0端、CPU_S1端以及CPU_S2端分别与译码器U11、译码器U12、译码器U14以及译码器U16的A0、A1以及A3端连接；
所述CPU_LIN1端以及CPU_LIN2端分别与译码器U11以及译码器U14的E3、E2端连接；所述CPU_LIN1端以及CPU_LIN2端分别与译码器U12以及译码器U16的E2、E3端连接；所述译码器U11、译码器U12、译码器U14以及译码器U16的输出端分别与继电器模块连接。
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