CN202333899U - 一种基于dc/dc变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于DC/DC变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置，所述的电池组主动式均衡装置包括至少一个DC/DC变换器和至少一个继电器阵列，所述的DC/DC变换器包括一个DC/DC隔离变换主电路和一个DC/DC变换控制电路，所述的DC/DC隔离变换主电路的工作状态受DC/DC变换控制电路控制，所述继电器阵列连接有至少两个含有双组触点的继电器，含有双组触点的继电器用于切换单体电池正、负极与DC/DC低压端正、负极间的连接，所述的继电器阵列由继电器阵列驱动电路控制。本实用新型均衡能力明显提高、缩小安装体积、降低制造成本、能效比提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术和新能源领域的电池组均衡技术，尤其是涉及一种基于DC/DC变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置。
背景技术
目前，在电池组管理系统中使用的均衡技术，多为被动式均衡，由于被动式均衡存在均衡电流小、均衡能力低下、热耗散严重、只能在充电末阶段起到均衡作用等缺点而使其无法满足电池组管理系统的发展需要。主动式均衡技术相对于消耗能量的被动式均衡技术，以能量转移的方式来实现电池组均衡，其转移方向精确，正满足了电池组管理系统的发展需求。目前，为数不多的主动式均衡方案以基于变压器的主动式均衡最为常见，但由于其体积大、成本高、能效较低的缺点使其难以得到广泛的使用。
本实用新型为了克服上述缺陷，进行了有益的改进。
实用新型内容
为了提高均衡能力、减小安装体积、降低制造成本、提高能效比，本实用新型电池组主动式均衡技术采用DC/DC变换器和继电器阵列开关配合实现电池组和单体电池之间的能量转移。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种基于DC/DC变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置，其特殊之处在于：所述的电池组主动式均衡装置包括至少一个DC/DC变换器和至少一个继电器阵列，所述的DC/DC变换器包括一个DC/DC隔离变换主电路和一个DC/DC变换控制电路，所述的DC/DC隔离变换主电路的工作状态受DC/DC变换控制电路控制，所述继电器阵列连接有至少两个含有双组触点的继电器，含有双组触点的继电器用于切换单体电池正、负极与DC/DC低压端正、负极间的连接，所述的继电器阵列由继电器阵列驱动电路控制；
进一步地，所述DC/DC变换器为双向DC/DC变换器或者单向DC/DC变换器；
进一步地，所述双向DC/DC变换器包括一个双向DC/DC隔离变换主电路，所述双向DC/DC隔离变换主电路包括一个升压隔离变换电路和一个降压隔离变换电路，所述升压隔离变换电路采用多级升压技术；
进一步地，所述单向DC/DC变换器包括一个单向DC/DC隔离变换主电路；
进一步地，所述双向DC/DC变换器具有高压输入输出端口(双向可逆变换)、低压输入输出端口(双向可逆变换)以及工作模式控制接口，所述双向DC/DC变换器的高压输入输出端口连接电池组总正、负极，作为输入端口时为DC/DC变换电路提供电池组总电压输入，作为输出端口时为电池组提供不小于该电池组最高允许电压值的输出电压，所述双向DC/DC变换器的低压输入输出端口连接至一个继电 器阵列，作为输出端口时为由继电器阵列所选择接通的单体电池提供不小于该单体电池最高允许电压值的输出电压，作为输入端口时由继电器阵列所选择接通的单体电池将为DC/DC变换电路提供单体电压输入，所述双向DC/DC变换器的工作模式控制接口通过光耦隔离，用于选择控制升压变换、降压变换和停止变换三种工作模式；
进一步地，所述单向DC/DC变换器具有高压输入端口(仅有从高压到低压的单向变换)、低压输出端口(仅有从高压到低压的单向变换)和工作模式控制接口，所述单向DC/DC变换器的高压输入端口连接电池组总正、负极，为单向DC/DC变换电路提供电池组总电压输入，所述单向DC/DC变换器的低压输出端口连接至一个继电器阵列，为由继电器阵列所选择接通的单体电池提供不小于该单体电池最高允许电压值的输出电压，所述单向DC/DC变换器的工作模式控制接口通过光耦隔离，用于选择控制降压变换和停止变换两种工作模式；
进一步地，所述继电器阵列至少由两个具有双组常开触点的继电器构成，每个继电器分别与电池组中的一个对应单体电池相连接，继电器的其中一组触点的常开端与对应单体电池的负极相连，继电器中相应的该组触点的公共端与DC/DC变换器负极相连接，继电器另一组触点的常开端与对应单体电池的正极相连，继电器相应的该组触点的公共端与DC/DC变换器正极相连接，所述继电器阵列有一个继电器阵列驱动电路驱动控制；
进一步地，所述继电器阵列驱动电路由至少一片4-16译码器集成电路或3-8译码器集成电路或2-4译码器集成电路构成，所述继 电器阵列驱动电路有一个控制端口和一个驱动输出端口，所述控制端口可受电池管理系统主控单元控制，驱动输出端口连接驱动继电器的N沟道MOSFET管或NPN三极管；同一时间只允许一个继电器吸合。
基于DC/DC变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置的关键技术在于如何实现电池组与某一个单体电池之间的能量转换。对于一组单体电池串联个数为N节的电池组来说，如果采用1个DC/DC变换器，并将DC/DC变换电路中的主变压器设计成一个初级绕组和N个次级绕组，每个次级绕组连接一个单体电池的方式，会使该变压器的体积变得很大。如果限制变压器的体积，便会使转换功率受到限制。不便于小型车辆安装使用。如果采用多个DC/DC变换器，则需要N个DC/DC变换器，这样会大大增加成本。本实用新型采用单个DC/DC来均衡多个电池，通过开关阵列来对每个电池进行分时均衡。每个DC/DC变换器只需提供一个高压输入输出端口和一个低压输入输出端口，DC/DC变压器的隔离边绕组输出连接开关阵列的公共端口。对于电池数量较多或是需要更高的均衡能力的应用场合，本实用新型实现了多个DC/DC变换器和开关阵列并用，每个DC/DC变换器和开关阵列分别负责均衡电池组中的其中一部分电池，有效提高均衡能力。本实用新型不仅可以实现电池组和每个单体电池之间的高效能量转换，而且有成本低、体积小、安装方便等优点。
基于DC/DC变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置的另一个关键技术在于如何设计开关阵列使其方便地切换各单体电池与DC/DC低压输入输出端口的连接。由于每个单体电池之间必须相互隔 离，所以不能采用一般的功率开关。本实用新型采用小体积大电流的双组触点继电器，每个继电器连接一个单体电池，在降低成本的同时，可以到达较大的电流要求。均衡工作时采用控制DC/DC输出的启动和关闭，使继电器触点的吸合和释放始终处于零电流状态的工作方式，可以有效延长继电器的使用寿命。
本实用新型主动式均衡装置的继电器阵列，有至少一块4-16译码器或3-8译码器或2-4译码器集成电路构成的驱动电路驱动控制，使继电器阵列在同一时间只有一个继电器吸合，确保电路工作安全。该驱动电路受电池管理系统主控单元控制。
本实用新型主动式均衡装置采用的DC/DC变换器的输出启动/关闭可受电池管理系统主控单元控制，双向DC/DC变换器有降压变换、升压变换和停止变换三种工作模式，单向DC/DC变换器仅降压变换和停止变换两种工作模式。在电池管理系统需要均衡时开启DC/DC工作，不需要均衡时则关闭DC/DC工作。
本实用新型的有益效果：均衡能力明显提高、缩小安装体积、降低制造成本、能效比提高。
附图说明
图1是本实用新型电池组主动式均衡装置的电路框架；
图2是本实用新型所使用的继电器阵列电路结构；
附图标记：1.电池组；2.DC/DC变换器；3.继电器阵列；4.继电器阵列驱动控制电路；5.电池管理系统主控单元；A.电池组内单体电池；B.双组触点继电器；C.单个继电器驱动电路；a.继电器连单 体电池的触点；b.继电器连DC/DC变换器的触点；c.继电器控制端。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
本实用新型的实施例参考图1所示，本实用新型基于DC/DC变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置，包括至少一个双向或单向DC/DC变换器2，每个DC/DC变换器的高压端连接至电池组1总正极(VPACK+)和总负极(VPACK-)，低压端连接一个继电器阵列3，每个继电器阵列至少接有2个双组触点的继电器B。继电器阵列由一个继电器阵列驱动控制电路4控制。DC/DC变换器2和继电器阵列驱动电路4均可受控于电池组管理主控单元5。
DC/DC变换器最多包括三种工作模式，分别为升压变换、降压变换和停止变换，这三种工作模式可由电池组管理主控单元通过DC/DC变换器的控制端口(Control)进行选择。当DC/DC变换器工作在升压变换模式时，能量可从单体电池转移到电池组；当DC/DC变换器工作在降压变换模式时，能量则可从电池组转移到单体电池；当DC/DC变换器停止工作时，不进行能量转移。
本实用新型的实施例参考图2所示，对于一组单体电池数量为N的电池组，继电器阵列共需要N个双组触点的继电器，并设N+1条均衡线连接至电池组内对应的单体电池。继电器阵列中的每个继电器拥有两组触点，其中一组触点连至电池组内对应单体电池的正极，另一组触点则连至该单体电池的负极。连接对应单体电池负极的那组触点中的另一触点与其他继电器连接至对应单体电池负极的那组触 点中的另一触点一起连接至DC/DC低压输入输出端负极(VCELL-)；连接对应单体电池正极的那组触点中的另一触点与其他继电器连接至对应单体电池正极的那组触点中的另一触点一起连接至DC/DC低压输入输出端正极(VCELL+)。
本实用新型的实施例参考图2所示，每个继电器均有一个单个继电器驱动电路驱动。所有的单个继电器驱动电路都由继电器阵列驱动控制电路4控制。
以上所述实施方式仅表达了本实用新型的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于DC/DC变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置，其特征在于：所述的电池组主动式均衡装置包括至少一个DC/DC变换器和至少一个继电器阵列，所述的DC/DC变换器包括一个DC/DC隔离变换主电路和一个DC/DC变换控制电路，所述的DC/DC隔离变换主电路的工作状态受DC/DC变换控制电路控制，所述继电器阵列连接有至少两个含有双组触点的继电器，含有双组触点的继电器用于切换单体电池正、负极与DC/DC低压端正、负极间的连接，所述的继电器阵列由继电器阵列驱动电路控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于DC/DC变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置，其特征在于：所述DC/DC变换器为双向DC/DC变换器或者单向DC/DC变换器。
3.根据权利要求2所述的一种基于DC/DC变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置，其特征在于：所述双向DC/DC变换器包括一个双向DC/DC隔离变换主电路，所述双向DC/DC隔离变换主电路包括一个升压隔离变换电路和一个降压隔离变换电路。
4.根据权利要求2所述的一种基于DC/DC变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置，其特征在于：所述单向DC/DC变换器包括一个单向DC/DC隔离变换主电路。
5.根据权利要求3所述的一种基于DC/DC变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置，其特征在于：所述双向DC/DC变换器具有高压输入输出端口、低压输入输出端口以及工作模式控制接口，所述双向DC/DC变换器的高压输入输出端口连接电池组总正、负极，所述双向DC/DC变换器的低压输入输出端口连接至一个继电器阵列，所述双向DC/DC变换器的工作模式控制接口通过光耦隔离，用于选择控制升压变换、降压变换和停止变换三种工作模式。
6.根据权利要求1所述的一种基于DC/DC变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置，其特征在于：所述单向向DC/DC变换器具有高压输入端口、低压输出端口和工作模式控制接口，所述单向DC/DC变换器的高压输入端口连接电池组总正负极，所述单向DC/DC变换器的低压输出端口连接至一个继电器阵列，所述单向DC/DC变换器的工作模式控制接口通过光耦隔离，用于选择控制降压变换和停止变换两种工作模式。
7.根据权利要求5或6所述的一种基于DC/DC变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置，其特征在于：所述继电器阵列至少由两个具有双组常开触点的继电器构成，每个继电器分别与电池组中的一个对应单体电池相连接，继电器的其中一组触点的常开端与对应单体电池的负极相连，继电器中相应的该组触点的公共端与DC/DC变换器负极相连接，继电器另一组触点的常开端与对应单体电池的正极相连，继电器相应的该组触点的公共端与DC/DC变换器正极相连接，所述继电器阵列有一个继电器阵列驱动电路驱动控制。
8.根据权利要求1所述的一种基于DC/DC变换和继电器阵列的电池组主动式均衡装置，其特征在于：所述继电器阵列驱动电路由至少一片4-16译码器集成电路或3-8译码器集成电路或2-4译码器集成电路构成。所述继电器阵列驱动电路有一个控制端口和一个驱动输出端口，所述控制端口可受电池管理系统主控单元控制，驱动输出端口连接驱动继电器的N沟道MOSFET管或NPN三极管。
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