CN110932356A - 一种主动式电池组均衡充电系统及充电方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种主动式电池组均衡充电系统及充电方法，旨在解决现有技术中均衡电路采用被动均衡或主动均衡来均衡电池组电压，无法同时兼顾浪费电能和降低制作成本的问题。主动式电池组均衡充电系统，包括均衡控制器、控制器、驱动开关组件和变压器。均衡充电方法包括以下步骤：均衡控制器采集电池组中各电池模块的电压信息；控制器根据采集的电压信息，判断得出需要均衡充电的电池模块；控制器向驱动开关组件发送指令，驱动开关组件导通电源和变压器；电源通过变压器向需要均衡充电的电池模块充电。采用主动均衡比较节约电能，充电系统独立于放电电路之外，结构简化，降低了制作成本。

Description

一种主动式电池组均衡充电系统及充电方法

技术领域

本公开属于电动汽车技术领域，具体涉及一种主动式电池组均衡充电系统及充电方法。

背景技术

随着新能源产业的不断发展，整个电动汽车行业里对电池的使用量也越来越大，对电池的要求也越来越高；由于电池组在使用过程中，由于单个电池的电压不一致，会降低电池的使用寿命，因此，电池均衡在延长电池组的使用寿命非常重要。

目前的电池均衡主要分为两种：一种是被动均衡，另一种是主动均衡。被动均衡是通过电阻功耗来消耗电池的电量，将电池组中各电池模块的电压调整至均衡，这种方式比较浪费电能。主动均衡是采用高电压的电池模块为低电压的电池模块充电，从而将电池组中各电池模块的电压调整至均衡，比较节能；但是目前的主动均衡充电和放电是一体设置的，结构复杂，设计成本高且设计难度大，所以市面上主要是采用被动均衡。

发明内容

本公开提供了一种主动式电池组均衡充电系统及充电方法，旨在解决现有技术中均衡电路采用被动均衡或主动均衡来均衡电池组电压，无法同时兼顾浪费电能和降低制作成本的问题。

为了解决上述技术问题，本公开所采用的技术方案为：

一方面，本公开提供了一种主动式电池组均衡充电系统，包括：均衡控制器，用于采集电池组中各电池模块的电压信息，并将采集的电压信息发送至控制器；控制器，接收均衡控制器所采集的电压信息，得到需要均衡充电的电池模块，并向驱动开关组件发送开关指令；驱动开关组件，接收控制器的开关指令，并驱动放电接头与变压器原边接通和断开；变压器，原边通过驱动开关组件与放电接头接通和断开，副边与电池模块相连。

进一步改进的方案：主动式电池组均衡充电系统，还包括电容E和电容F；所述电容E的一端与放电接头相连，另一端与变压器原边的1脚相连；所述电容F的一端与放电接头相连，另一端与变压器原边的1脚相连；所述驱动开关组件包括PMOS管C和NMOS管D；PMOS管C的G极和NMOS管D的G极均与控制器相连，所述PMOS管C的S极与放电接头相连，所述NMOS管D的S极接地，所述PMOS管C的D极和NMOS管D的D极均与变压器原边的2脚相连。

进一步改进的方案：所述控制器包括主控制器MCU和辅助控制器MCU1；主控制器MCU，用于接收均衡控制器所采集的电压信息，得到需要均衡充电的电池模块，并向辅助控制器MCU1发送充电指令；辅助控制器MCU1，接收主控制器MCU发送的充电指令，并向驱动开关组件发送开关指令。

进一步改进的方案：辅助控制器MCU1和驱动开关组件之间依次设有高速MOS驱动、电平转换器B和高效MOS。

进一步改进的方案：高效MOS和辅助控制器MCU1之间依次设有电流采样电路和高精度运算放大器。

进一步改进的方案：所述驱动开关组件与控制器之间还设有多路复用开关，多路复用开关连接有若干路变压器，变压器与电池模块一一对应。

多路复用开关可以控制多路变压器，极大提高均衡的效率；变压器与电池模块一一对应，变压器作为单体存在，可以根据客户的需求的均衡电池数量来调节数量能有效控制成本。

进一步改进的方案：所述变压器为PCB平面变压器。可以节省空间。

进一步改进的方案：均衡控制器还采集有电池组中各电池模块的温度信息。

另一方面，本公开提供了一种主动式电池组均衡充电方法，包括以下步骤：

S1、均衡控制器采集电池组中各电池模块的电压信息；

S2、控制器根据采集的电压信息，判断得出需要均衡充电的电池模块；

S3、控制器向驱动开关组件发送指令，驱动开关组件导通电源和变压器；

S4、电源通过变压器向需要均衡充电的电池模块充电。

进一步改进的方案：在步骤S3中，控制器向驱动开关组件发送指令的步骤为：

S301、控制器向PMOS管和NMOS管分别发送两个PWM波形信号A1和A2；

S302、A1和A2经过电平转换器B转换为可以驱动PMOS管和NMOS管的信号B1和B2；且通过配置信号B1和B2，使MOS管C和MOS管D不同时导通，对电容E和F不停的充电和放电，在变压器的原边上形成交流电。

本公开的有益效果为：

本公开中主动式电池组均衡充电系统包括均衡控制器、控制器、驱动开关组件和变压器。一方面，放电接头用于连接到放电电路上，采用高电压的电池模块为低电压的电池模块充电，采用主动均衡比较节约电能；另一方面，充电系统独立于放电电路之外，结构简化，降低了制作成本。解决了现有技术中均衡电路采用被动均衡或主动均衡来均衡电池组电压，无法同时兼顾浪费电能和降低制作成本的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关附图。

图1是本公开中主动式电池组均衡充电系统的结构示意图。

图2是本公开中变压器的工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本公开，并不用于限定本公开。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开的保护范围。

参阅图1，一种主动式电池组均衡充电系统，包括：

均衡控制器，用于采集电池组中各电池模块的电压信息，并将采集的电压信息发送至控制器。本实施例中均衡控制器的型号可以为MC33772，但不局限于此，只要可以实现该功能的均衡控制器均可。

控制器，接收均衡控制器所采集的电压信息，得到需要均衡充电的电池模块，并向驱动开关组件发送开关指令；

驱动开关组件，接收控制器的开关指令，并驱动放电接头与变压器原边接通和断开。其中放电接头是用于与放电电路相连的电路，放电电路为连接在高压电池两端的放电电路，放电电路本身属于现有技术且不属于本公开的保护范围之内，这里不再赘述。

变压器，原边通过驱动开关组件与放电接头接通和断开，副边与电池模块相连。

参阅图2，在上述方案的基础上，主动式电池组均衡充电系统，还包括电容E和电容F；所述电容E的一端与放电接头(图2中POWER处)相连，另一端与变压器原边的1脚相连；所述电容F的一端与放电接头相连，另一端与变压器原边的1脚相连。所述驱动开关组件包括PMOS管C和NMOS管D；PMOS管C的G极和NMOS管D的G极均与控制器相连，所述PMOS管C的S极与放电接头相连，所述NMOS管D的S极接地，所述PMOS管C的D极和NMOS管D的D极均与变压器原边的2脚相连。

控制器向PMOS管C和NMOS管D分别发送两个PWM波形信号A1和A2；A1和A2经过电平转换器B转换为可以驱动PMOS管和NMOS管的信号B1和B2；且通过配置信号B1和B2，使MOS管C和MOS管D不同时导通，对电容E和F不停的充电和放电，在变压器的原边上形成交流电。

在上述任一方案的基础上，所述控制器包括主控制器MCU和辅助控制器MCU1；主控制器MCU，用于接收均衡控制器所采集的电压信息，得到需要均衡充电的电池模块，并向辅助控制器MCU1发送充电指令；辅助控制器MCU1，接收主控制器MCU发送的充电指令，并向驱动开关组件发送开关指令；具体的：辅助控制器MCU1向PMOS管C和NMOS管D分别发送两个PWM波形信号A1和A2。

本实施例中主控制器MCU的型号可以为S32K144，辅助控制器MCU1的型号为S9S12HY64，但不局限于此，只要可以实现该功能的控制器均可。

在上述任一方案的基础上，辅助控制器MCU1和驱动开关组件之间依次设有高速MOS驱动、电平转换器B(图1中未画出)和高效MOS。因为调节的频率高，高效MOS用于快速变换PWM波形。

在上述任一方案的基础上，高效MOS和辅助控制器MCU1之间依次设有电流采样电路和高精度运算放大器。当检测到电流过流，则直接断开电源。

在上述任一方案的基础上，所述驱动开关组件与控制器之间还设有多路复用开关，多路复用开关连接有若干路变压器，变压器与电池模块一一对应。本实施例中多路复用开关优选型号为HEF4052的双4通道模拟选择器。但不局限于此，只要可以实现该功能的双4通道模拟选择器均可。采用双4通道模拟选择器，可以同时让4路PCB平面变压器提供交流波形，即让4路PCB平面变压器同时工作，且有16路PCB平面变压器可供切换，提高了均衡充电的效率。

在上述任一方案的基础上，所述变压器为PCB平面变压器。采用PCB平面变压器极大程度上节约了空间。

在上述任一方案的基础上，均衡控制器还采集有电池组中各电池模块的温度信息。由于在均衡体系中温度对电池的性能有较大的影响，因此，需要对温度的处理实时监测。

实施例二：

一种主动式电池组均衡充电方法，包括以下步骤：

S1、均衡控制器采集电池组中各电池模块的电压信息；

S2、控制器根据采集的电压信息，判断得出需要均衡充电的电池模块；

S3、控制器向驱动开关组件发送指令，驱动开关组件导通电源和变压器；

S4、电源通过变压器向需要均衡充电的电池模块充电。

当主动式电池组均衡充电方法采用图2所示的主动式电池组均衡充电系统时；在步骤S3中，控制器向驱动开关组件发送指令的步骤为：

S301、控制器向PMOS管和NMOS管分别发送两个PWM波形信号A1和A2；

S302、A1和A2经过电平转换器B转换为可以驱动PMOS管和NMOS管的信号B1和B2；且通过配置信号B1和B2，使MOS管C和MOS管D不同时导通，对电容E和F不停的充电和放电，在变压器的原边上形成交流电。

本公开不局限于上述可选实施方式，任何人在本公开的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本公开权利要求界定范围内的技术方案，均落在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种主动式电池组均衡充电系统，其特征在于，包括：

均衡控制器，用于采集电池组中各电池模块的电压信息，并将采集的电压信息发送至控制器；

控制器，接收均衡控制器所采集的电压信息，得到需要均衡充电的电池模块，并向驱动开关组件发送开关指令；

驱动开关组件，接收控制器的开关指令，并驱动放电接头与变压器原边接通和断开；

变压器，原边通过驱动开关组件与放电接头接通和断开，副边与电池模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种主动式电池组均衡充电系统，其特征在于，还包括电容E和电容F；所述电容E的一端与放电接头相连，另一端与变压器原边的1脚相连；所述电容F的一端与放电接头相连，另一端与变压器原边的1脚相连；

所述驱动开关组件包括PMOS管C和NMOS管D；PMOS管C的G极和NMOS管D的G极均与控制器相连，所述PMOS管C的S极与放电接头相连，所述NMOS管D的S极接地，所述PMOS管C的D极和NMOS管D的D极均与变压器原边的2脚相连。

3.根据权利要求2所述的一种主动式电池组均衡充电系统，其特征在于，所述控制器包括主控制器MCU和辅助控制器MCU1；

主控制器MCU，用于接收均衡控制器所采集的电压信息，得到需要均衡充电的电池模块，并向辅助控制器MCU1发送充电指令；

辅助控制器MCU1，接收主控制器MCU发送的充电指令，并向驱动开关组件发送开关指令。

4.根据权利要求3所述的一种主动式电池组均衡充电系统，其特征在于，辅助控制器MCU1和驱动开关组件之间依次设有高速MOS驱动、电平转换器B和高效MOS。

5.根据权利要求4所述的一种主动式电池组均衡充电系统，其特征在于，高效MOS和辅助控制器MCU1之间依次设有电流采样电路和高精度运算放大器。

6.根据权利要求1所述的一种主动式电池组均衡充电系统，其特征在于，所述驱动开关组件与控制器之间还设有多路复用开关，多路复用开关连接有若干路变压器，变压器与电池模块一一对应。

7.根据权利要求1所述的一种主动式电池组均衡充电系统，其特征在于，所述变压器为PCB平面变压器。

8.根据权利要求1所述的一种主动式电池组均衡充电系统，其特征在于，均衡控制器还采集有电池组中各电池模块的温度信息。

9.一种主动式电池组均衡充电方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、均衡控制器采集电池组中各电池模块的电压信息；

S2、控制器根据采集的电压信息，判断得出需要均衡充电的电池模块；

S3、控制器向驱动开关组件发送指令，驱动开关组件导通电源和变压器；

S4、电源通过变压器向需要均衡充电的电池模块充电。

10.根据权利要求9所述的一种主动式电池组均衡充电方法，其特征在于，当主动式电池组均衡充电方法采用权利要求2所述主动式电池组均衡充电系统时，

在步骤S3中，控制器向驱动开关组件发送指令的步骤为：

S301、控制器向PMOS管和NMOS管分别发送两个PWM波形信号A1和A2；

S302、A1和A2经过电平转换器B转换为可以驱动PMOS管和NMOS管的信号B1和B2；且通过配置信号B1和B2，使MOS管C和MOS管D不同时导通，对电容E和F不停的充电和放电，在变压器的原边上形成交流电。

Images