CN202231461U

CN202231461U - 一种动力电池组充放电均衡控制系统

Info

Publication number: CN202231461U
Application number: CN2011203618474U
Authority: CN
Inventors: 黄正军
Original assignee: Jinhua Polytechnic
Current assignee: Jinhua Polytechnic
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2021-09-15

Abstract

本实用新型公开了一种动力电池组充放电均衡控制系统，属于锂离子电池充放电均衡技术领域，包括信号采集调理单元、主控单元、储能装置和执行机构。本实用新型的储能装置根据驰返式变压器原理设计，多个副线圈共用一个源线圈，副线圈同名端与单体电池正极相连，副线圈异名端通过MOS开关管与单体电池负极相连；源线圈异名端与电池组正极相连，同名端通过MOS开关管与电池组负极相连。本实用新型采用非能耗型均衡技术使得储能体工作环境温升小，装置不仅能够实现电池组内的均衡，还可以实现电池组之间的均衡，而且均衡速度快，结构简单，可扩展性好。

Description

一种动力电池组充放电均衡控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种电动汽车动力电池组充放电均衡控制系统，属于锂离子电池充放电均衡技术领域。

背景技术

在能源和环保的巨大压力下，世界各国都将发展新能源汽车作为未来汽车发展的方向。其中动力电池作为电动汽车的核心部件被公认为是制约新能源汽车产业化的最大瓶颈，主要原因之一是电池在成组使用时单体的不一致性，从而导致电池组综合性能下降和电池组被超限使用，严重影响了电池组的安全和使用寿命。所以解决电池组在使用中的不一致问题，对电池组进行均衡管理和控制，就显得尤为重要。

一个好的电池组均衡控制系统应该可以充分发挥每节电池的性能，延长电池组使用寿命。均衡分为能量耗散型均衡和能量非耗散型均衡。能量耗散型以电阻均衡法为代表，其优点是结构简单，电路可靠性高，缺点是能量损耗大、效率低，温升大，不适合大电流均衡，并且对过放电不能有所作为。非能量耗散型以电容法、电感均衡法和双向可逆DC/DC为代表。电容法均衡容量大，但均衡电流不可控，可靠性较低，控制电路复杂，器件使用量大；电感均衡控制电路简单，均衡速度快，但均衡精度较差；双向DC/DC均衡效率高、均衡容量大，但需要较多的开关器件和外加电源，成本较高。综上所述，现有均衡技术都存在各种各样的不足，设计一种电路相对简单、并且均衡效果好的均衡方法对BMS的发展及动力电池的产业化有很大的促进作用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种动力电池组的充放电均衡控制系统，以解决电池组在使用过程中任意单体的过充和过放问题，延长整个电池组的使用寿命。同时本实用新型还可以解决一个电池包中电池组与电池组之间的均衡问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的动力电池组充放电均衡控制系统包括信号采集调理单元、储能器和执行机构。所述储能器根据驰返式变压器原理设计，多个副线圈共用一个源线圈，副线圈同名端与单体电池正极相连，副线圈异名端通过MOS开关管与单体电池负极相连；源线圈异名端与电池组正极相连，同名端通过MOS开关管与电池组负极相连。所述信号调理部分三极管基极与源线圈异名端相连，发射极与限流电阻相连，限流电阻另一端与二极管正极相连，二极管负极与源线圈同名端相连，集电极与降压电阻相连，降压电阻与低通滤波器并联，低通滤波器由电阻和电容串联组成，所产生电压信号输入微处理器。所述执行机构由MOS开关管构成。所述电池单体的个数为N，则MOS开关管的个数为N+1。

进一步的，本实用新型的电池包由多组单体个数相同的电池组组成。假设电池组数量为M，每组电池单体数量为N，则整个系统拥有M个储能器、M个信号调理单元。每个储能器拥有一个源线圈、N个副线圈以及一个高压输出线圈。其中源线圈异名端通过MOS开关管与电池组正极相连，同名端通过MOS开关管与电池组负极相连；副线圈同名端与单体电池正极相连，副线圈异名端通过MOS开关管与单体电池负极相连；高压输出线圈的同名端和电池包的负极相连，异名端与二极管正极相连，二极管负极与电池包正极相连。所述信号调理部分三极管基极与源线圈异名端相连，发射极与限流电阻相连，限流电阻另一端与二极管正极相连，二极管负极与源线圈同名端相连，集电极通过降压电阻与电池包负极相连，降压电阻与低通滤波器并联，低通滤波器由电阻和电容串联组成，所产生电压信号输入微处理器。所述执行机构由MOS开关管构成。

进一步的，所述电池组数量为M，每组电池单体数量为N，则共需MOS开关管的个数为M(N+2)。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型由于采用了上述技术方案，可以实现电池组内以及电池组之间的均衡，有效解决电池包中任意单体的过充和过放问题，并且均衡速度快，损耗低，大大提高了均衡的效果；无损耗均衡使得电池单元的工作环境温升小；并且结构简单，可扩展性好。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1是本实用新型实施例一的电路原理图；

图2是实施例一电池过充电均衡的电压电流信号图；

图3是实施例一电池过放电均衡的电压电流信号图；

图4是本实用新型实施例二的电路原理图。

具体实施方式

实施例一：

本实用新型的动力电池组充放电均衡控制系统以4个单体电池C1、C2、C3、C4串联的电池组为例，来实现电池组内部的充放电均衡，如图1所示。储能器原边线圈的两个端子定义为原边同名端a点和原边异名端b点；储能器副边线圈的端子定义为副边同名端c、e、g、k和副边异名端d、f、h、l，每组各对应一个电池单体；原边异名端连接电池组的正极，原边同名端通过MOS管M0与电池组的负极相连；副边同名端c、e、g、k分别与单体电池C1、C2、C3、C4的正极相连，副边异名端d、f、h、l通过MOS管M1、M2、M3、M4分别与单体电池C1、C2、C3、C4的负极相连；原边同名端a同时与二极管ZD1的负极相连，ZD1的正极与电阻R3相连，R3的另一端则连接三极管T1的发射极，T1的基极连接电池组正极，T1集电极连接电阻R2，R2另一端则与电池组负极相连，低通滤波器R1C1与电阻R2并联，过滤后的电压信号接入微控制器。本实用新型中单体电池有4个，则储能器拥有1个原线圈，4个副线圈，MOS管的个数为5个。

本实用新型具体工作原理如下：

假设单体电池C2的电压过高，也即C2过充电，则需要从C2向整个电池组转移能量。首先闭合C2所对应的MOS管M2，C2给副线圈充电，储存能量，然后M2断开，M0闭合，则储存的能量通过原线圈转移到整个电池组中。此过程中M0、M2的控制电压和电流如图2所示。

另假设单体电池C2的电压过低，也即C2过放电，则需要从整个电池组向C2转移能量。首先闭合主MOS管M0，原线圈通电，电池组的能量储存在原线圈中，然后M0断开，M2闭合，则储存的能量通过副线圈转移到电池C2中。此过程中M0、M2的控制电压和电流如图3所示。

实施例二：

本实用新型的动力电池包由两个电池组组成，每个电池组有4节串联电池，分别为C1、C2、C3、C4及C5、C6、C7、C8，如图4所示。每个电池组各支配一个储能器，每个储能器拥有1个原线圈、4个副线圈，以及一个额外的高压输出线圈。以电池组1为例，储能器原边线圈的两个端子定义为原边同名端a点和原边异名端b点；储能器副边线圈的端子定义为副边同名端c、e、g、k和副边异名端d、f、h、l，每组各对应一个电池单体；高压输出线圈的两个端子定义为同名端m和异名端n；原边异名端通过MOS管M5连接电池组的正极，原边同名端通过MOS管M0与电池组的负极相连；副边同名端c、e、g、k分别与单体电池C1、C2、C3、C4的正极相连，副边异名端d、f、h、l通过MOS管M1、M2、M3、M4分别与单体电池C1、C2、C3、C4的负极相连；高压输出线圈的同名端m连接电池包的负极，高压输出线圈的异名端n连接二极管D1的正极，二极管负极连接电池包的正极。电池组2的连接方式等同于电池组1。本实用新型电池组个数为2，每组电池单体个数为4，则系统总共需要MOS管2*(4+2)＝12个。本实用新型中MOS管M0在默认状态下为断开状态，M5在默认状态下为闭合状态。本实用新型可以实现任一电池组向电池包的能量转移，从而实现整个电池包的电压均衡。

本实用新型具体工作原理如下：

假设单体电池C2的电压过高，也即C2过充电，则需要从C2向整个电池包转移能量。首先闭合C2所对应的MOS管M2，C2给副线圈充电，储存能量，此时M0、M5的开关状态为M0断开，M5闭合；然后M2断开，同时M5断开，由于感应电流不能流向电池组，变压器电压不断升高，直至D1导通，从而给整个电池包充电，以此完成了从电池组1单体C2向整个电池包的能量转移。

Claims

1.一种动力电池组充放电均衡控制系统，主要由电池单元、信号采集调理单元、ECU主控单元、储能器以及执行机构构成，其特征在于：所述储能器根据驰返式变压器原理设计，多个副线圈共用一个源线圈，副线圈同名端与单体电池正极相连，副线圈异名端通过MOS开关管与单体电池负极相连；源线圈异名端与电池组正极相连，同名端通过MOS开关管与电池组负极相连，所述信号调理部分三极管基极与源线圈异名端相连，发射极与限流电阻相连，限流电阻另一端与二极管正极相连，二极管负极与源线圈同名端相连，集电极与降压电阻相连，降压电阻与低通滤波器并联，低通滤波器由电阻和电容串联组成，所产生电压信号输入微处理器，所述执行机构由MOS开关管构成。

2.根据权利要求1所述的动力电池组充放电均衡控制系统，其特征在于：所述电池单体的个数为N，则MOS开关管的个数为N+1。

3.一种动力电池组充放电均衡控制系统，其特征在于：电池包由多组单体个数相同的电池组组成，假设电池组数量为M，每组电池单体数量为N，则整个系统拥有M个储能器、M个信号调理单元，每个储能器拥有一个源线圈、N个副线圈以及一个高压输出线圈，其中源线圈异名端通过MOS开关管与电池组正极相连，同名端通过MOS开关管与电池组负极相连；副线圈同名端与单体电池正极相连，副线圈异名端通过MOS开关管与单体电池负极相连；高压输出线圈的同名端和电池包的负极相连，异名端与二极管正极相连，二极管负极与电池包正极相连，所述信号调理部分三极管基极与源线圈异名端相连，发射极与限流电阻相连，限流电阻另一端与二极管正极相连，二极管负极与源线圈同名端相连，集电极通过降压电阻与电池包负极相连，降压电阻与低通滤波器并联，低通滤波器由电阻和电容串联组成，所产生电压信号输入微处理器，所述执行机构由MOS开关管构成。

4.根据权利要求3所述的动力电池组充放电均衡控制系统，其特征在于：所述电池组数量为M，每组电池单体数量为N，则共需MOS开关管的个数为M(N+2)。