CN112060972A - 一种新型电池单体主动均衡系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型电池单体主动均衡系统，其中，电池模组中的每一电池单体对应连接在一个变压器的副边电路上，每一电池单体串联防反二极管，每个变压器的主边电路正极串联一个功率开关，所有变压器的主边电路负极短接在一起，在变压器的公共负极和接地端之间加有单片机控制的PWM波调制信号，变压器的自激源通过电荷泵来实现；所有功率开关与主动均衡通道选择电路连接，所有电池单体的正负极连接至TI采集芯片，从控电路板通过隔离CAN芯片与CAN总线连接并进行低压通信。本发明在传统电池管理系统主动均衡电路基础上加以改进，采用了基于恒功率变压器的主动均衡电路，改善电池串单体间电量的均衡效果，提高电池组的性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池均衡技术领域，具体地说，涉及一种新型电池单体主动均衡系统。
背景技术
石油危机和环境污染等问题的日益突出，使得电动汽车越来越引起社会的重视，成为了未来汽车的发展方向。目前，制约电动汽车产业发展的主要原因是纯电动汽车的续航里程相对较短。在电池能量密度没有显着突破的背景下，高效的电池管理系统对提升电动汽车的续航里程尤为重要。目前常见的电池管理系统由两部分组成。一是电池管理系统主控部分，另外一部分是若干个电池管理系统从控。每个电池管理系统从控监测除了对电池单体状态进行监测，兼有均衡功能。其功能主要是完成电池串单体电压和各个测量点温度的信号采集，并在电池串单体间差异满足一定条件时，开启均衡。均衡方法，一般分为主动均衡和被动均衡。被动均衡采用与电池单体并联的电阻将电量较高单体多余电量以发热形式耗散掉，不仅浪费能量，而且由于放电电流的限制，效率也低。主动均衡采用的是方法是给电量低的单体补电，使整个电池串单体的电量大致保持在同一水平。电池单体间的均衡有利于保持电池单体间的一致性，对提高电池组的使用寿命意义重大。相比被动均衡，主动均衡更适合于电动车辆。在均衡电路设计方面，有很多种方法可以实现，但是电路设计的优劣，直接影响到均衡效果。因此，设计合理高效稳定的均衡电路，对提高电动汽车的性能非常重要。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于在传统主动均衡电路上加以改进，提供一种采用恒功率变压器的新型电池单体主动均衡系统，以改善电池串单体间电量的均衡效果，提高电池组的性能，进而提升电动汽车的性能，以克服现有技术中的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种新型电池单体主动均衡系统，所述新型电池单体主动均衡系统包括两排电池模组和嵌在两排电池模组的中间位置的从控电路板；每排电池模组由若干电池单体串联连接而成，每两个相邻电池单体通过跨接铜排连接，从控电路板位于电池极耳之间；其中，从控电路板上平行设置由两排数量相等的电压采集焊盘和温度采集焊盘，跨接铜排通过导线分别与电压采集焊盘和温度采集焊盘连接，电压采集焊盘和温度采集焊盘通过导线与主动均衡通道选择电路输入端和TI采集芯片对应连接；电池模组中的每一电池单体对应连接在一个恒功率变压器的副边电路上，每一恒功率变压器的副边串联防反二极管以防止电路反向接通，每个恒功率变压器的主边电路正极串联一个功率开关，所述功率开关为MOSFET管，所有恒功率变压器的主边电路负极短接在一起，在恒功率变压器的公共负极和接地端之间加有单片机控制的PWM波调制信号，以使恒功率变压器的自激源通过电荷泵来实现；所有功率开关与主动均衡通道选择电路的输出端连接，以使所述片选电路通过控制功率开关的通断，继而控制恒功率变压器的开启与关闭，且每次通过所述片选电路能开启一个恒功率变压器；所有电池单体的正负极连接至TI采集芯片，TI采集芯片为行业内通用的16串IC电路；单片机和TI采集芯片布置在电池端，从控电路板通过隔离CAN芯片与CAN总线连接并进行低压通信。
通过上述技术方案，从控电路板集成在电池包内，没有外壳，安装位置位于电池极耳之间，简化了温度采集线束、均衡线束、电压采集线束，结构紧凑，节省了成本；采用恒功率变压器进行主动均衡，每个电池单体对应接在每个变压器的副边，变压器主边接选通信号及振荡电路，变压器主边正极接对应的功率开关控制主边电路通断，所有变压器主边的负极短接在一起，并连接由单片机控制的PWM波调制信号，主动均衡通道选择电路(未示出)为一个16选1的片选电路，是由两个8选1的片选芯片构成的，其输出端连接一个电压转换芯片的输入端，电压转换芯片的输入端连接到对应的MOSFET管基极，通过控制功率开关的通断，继而控制变压器的开启与关闭，每次通过片选信号只打开一个变压器，自激振荡源通过电荷泵来实现，即在地信号和变压器主边公共负极间增加PWM波调制信号，给连接在变压器副边的电池单体补充电量，以达到自动均衡的目的，可以改善电池串单体间电量的均衡效果，提高电池组的性能，进而提升电动汽车的性能；TI采集芯片采用16串IC电路，生产厂家为TI，型号为BQ76PL455A-Q1，有效保证采集精度；CAN隔离芯片的生产厂家为TexasInstruments，型号为ISO1050；主动均衡通道选择电路中采用的片选芯片的生产厂家为Texas Instruments，型号为CD74HC138。
作为对本发明所述的新型电池单体主动均衡系统的进一步说明，优选地，恒功率变压器的副边电路上与电池单体并联有一次性均衡保险丝，一次性均衡保险丝的熔断电流为1A，以保护电路。
作为对本发明所述的新型电池单体主动均衡系统的进一步说明，优选地，恒功率变压器的副边电路上与电池单体并联有瞬态抑制二级管TVS，以保护电路，防止雷击。
作为对本发明所述的新型电池单体主动均衡系统的进一步说明，优选地，所采用的隔离CAN芯片能承受最高3500V的电压，保障了高低压的隔离，有别于传统的变压器隔离方法。
作为对本发明所述的新型电池单体主动均衡系统的进一步说明，优选地，恒功率变压器的主边电路采用的电源为12V或24V。
作为对本发明所述的新型电池单体主动均衡系统的进一步说明，优选地，从控电路板的中间部分为螺丝固定孔，用于将从控电路板固定在电芯中间位置。
作为对本发明所述的新型电池单体主动均衡系统的进一步说明，优选地，从控电路板的尺寸为长600mm，宽21mm，高10mm。
本发明的有益效果如下：本发明在传统电池管理系统主动均衡电路基础上加以改进，采用了基于恒功率变压器的主动均衡电路，通过片选芯片，每次只开启其中一个变压器，变压器主边的电荷泵充当自激源，给连接在变压器副边的电池单体补充电量，就均衡电路布置而言，从控电路板集成在电池包内，没有外壳，安装位置位于电池极耳之间，简化了温度采集线束、均衡线束、电压采集线束，结构紧凑，节省了成本，通过隔离CAN芯片通信，能够承受最高3500V高压，保障高低压有效隔离，有别于传统的变压器隔离，改善电池串单体间电量的均衡效果，提高电池组的性能，进而提升电动汽车的性能。
附图说明
图1为本发明的新型电池单体主动均衡系统的电路板在电池包上的安装位置图；
图2为本发明的均衡电压器部分示意图。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
一种新型电池单体主动均衡系统，如图1-2所示，所述新型电池单体主动均衡系统包括两排电池模组1和嵌在两排电池模组1的中间位置的从控电路板2；每排电池模组1由若干电池单体串联连接而成，每两个相邻电池单体通过跨接铜排3连接，从控电路板2位于电池极耳之间；且从控电路板2通过螺丝固定孔21固定在电池模组1的中间位置，从控电路板2尺寸为长600mm，宽21mm，高10mm，其中，从控电路板2上平行设置由两排数量相等的电压采集焊盘B和温度采集焊盘T，跨接铜排3通过导线分别与电压采集焊盘B和温度采集焊盘T连接，电压采集焊盘B和温度采集焊盘T通过导线与主动均衡通道选择电路输入端和TI采集芯片6对应连接。
请参看图2，电池模组1中的每一电池单体对应连接在一个恒功率变压器8的副边电路上，每一恒功率变压器8的副边串联防反二极管9以防止电路反向接通，恒功率变压器8的主边电路采用的电源为12V或24V，每个恒功率变压器8的主边电路正极串联一个功率开关10，功率开关10为MOSFET管，所有恒功率变压器8的主边电路负极短接在一起，在恒功率变压器8的公共负极和接地端之间加有单片机11控制的PWM波调制信号，以使恒功率变压器8的自激源通过电荷泵来实现，单片机11的型号可以是LM393，PWM波就是与单片机11连接的MOSFET管的基极；所有功率开关10与主动均衡通道选择电路的输出端连接，主动均衡通道选择电路为一个16选1的片选电路，是由两个8选1的片选芯片构成的，其输出端连接一个电压转换芯片的输入端，电压转换芯片的输入端连接到对应的MOSFET管基极，以使所述片选电路通过控制功率开关10的通断，继而控制恒功率变压器8的开启与关闭，且每次通过所述片选电路能开启一个恒功率变压器8；所有电池单体的正负极连接至TI采集芯片6，TI采集芯片6为行业内都通用的16串IC电路，TI采集芯片6采集电池单体的电压，有效保证采集精度；从控电路板2通过隔离CAN芯片与CAN总线连接并进行低压通信，CAN总线的通信电压是3.5V以下，而从控板的电压必须经过转换才能到CAN芯片，又因为从控板电路跟电池电压有联系(成为高压)，那么CAN芯片的输入与输出电路是没有关系的，CAN芯片以前的是变压器隔离，现在采用的是隔离CAN芯片，因此所采用的隔离CAN芯片能承受最高3500V的电压，保障高低压的隔离，有别于传统的变压器隔离方法。恒功率变压器8的副边电路上与电池单体并联有一次性均衡保险丝13，一次性均衡保险丝13的熔断电流为1A，有效地保护了电路。恒功率变压器8的副边电路上与电池单体并联有瞬态抑制二级管TVS14，能够保护电路，防止雷击。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
Claims (7)
1.一种新型电池单体主动均衡系统，其特征在于，所述新型电池单体主动均衡系统包括两排电池模组(1)和嵌在两排电池模组(1)的中间位置的从控电路板(2)；
每排电池模组(1)由若干电池单体串联连接而成，每两个相邻电池单体通过跨接铜排(3)连接，从控电路板(2)位于电池极耳之间；其中，
从控电路板(2)上平行设置由两排数量相等的电压采集焊盘(B)和温度采集焊盘(T)，跨接铜排(3)通过导线分别与电压采集焊盘(B)和温度采集焊盘(T)连接，电压采集焊盘(B)和温度采集焊盘(T)通过导线与主动均衡通道选择电路输入端和TI采集芯片(6)对应连接；
电池模组(1)中的每一电池单体对应连接在一个恒功率变压器(8)的副边电路上，每一恒功率变压器(8)的副边串联防反二极管(9)以防止电路反向接通，每个恒功率变压器(8)的主边电路正极串联一个功率开关(10)，所有恒功率变压器(8)的主边电路负极短接在一起，在恒功率变压器(8)的公共负极和接地端之间加有单片机(11)控制的PWM波调制信号，以使恒功率变压器(8)的自激源通过电荷泵来实现；
所有功率开关(10)与主动均衡通道选择电路的输出端连接，以使所述片选电路通过控制功率开关(10)的通断，继而控制恒功率变压器(8)的开启与关闭，且每次通过所述片选电路能开启一个恒功率变压器(8)；
所有电池单体的正负极连接至TI采集芯片(6)以采集电池单体的电压，单片机(11)和TI采集芯片(6)布置在电池端，从控电路板(2)通过隔离CAN芯片与CAN总线连接并进行低压通信。
2.如权利要求1所述的新型电池单体主动均衡系统，其特征在于，恒功率变压器(8)的副边电路上与电池单体并联有一次性均衡保险丝(13)，一次性均衡保险丝(13)的熔断电流为1A，以保护电路。
3.如权利要求1所述的新型电池单体主动均衡系统，其特征在于，恒功率变压器(8)的副边电路上与电池单体并联有瞬态抑制二级管TVS(14)，以保护电路，防止雷击。
4.如权利要求1所述的新型电池单体主动均衡系统，其特征在于，所采用的隔离CAN芯片能承受最高3500V的电压，保障高低压的隔离，有别于传统的变压器隔离方法。
5.如权利要求1所述的新型电池单体主动均衡系统，其特征在于，恒功率变压器(8)的主边电路采用的电源为12V或24V。
6.如权利要求1所述的新型电池单体主动均衡系统，其特征在于，从控电路板(2)的中间部分为螺丝固定孔(21)，用于将从控电路板(2)固定在电芯中间位置。
7.如权利要求1所述的新型电池单体主动均衡系统，其特征在于，从控电路板(2)的尺寸为长600mm，宽21mm，高10mm。
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Effective date of registration: 20210622 Address after: 100081 No. 5 South Main Street, Haidian District, Beijing, Zhongguancun Applicant after: BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY Address before: 100081 No. 5 South Main Street, Haidian District, Beijing, Zhongguancun Applicant before: BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY Applicant before: Nan Jinrui Applicant before: Luo Hongxu |
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| GR01 | Patent grant | ||
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