CN204517431U - 动态平衡电池充电保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动态平衡电池充电保护装置，适用于由大量单体串、并联组成的电动汽车电池组，其根据不同工况，对单体电池进行独立均衡，对整个电池组采取主动和被动均衡控制。本实用新型通过上述技术方案防止了电池重复充、放电，保障了单体电池电量饱和，发挥了电池组的最大使用效率，有效延长了电池寿命。

Description

动态平衡电池充电保护装置

技术领域

本实用新型涉及蓄电池保护领域，特别涉及一种动态平衡电池充电保护装置。

背景技术

电动车辆的动力能源为蓄电池，单一蓄电池的能量和电压有限，需要电池成组后，才能满足车辆的能源需求。一般情况下，串并联电池组中单体电池的化学特性、工作温度以及老化过程等存在不一致性，经过多次充放电循环，电池的荷电状态将产生差异，表现为单体电池电压发散越来越大，导致电池组的性能受到极大影响。在实际过程中，当容量最小的单体电量告罄或充满时，串联电池组的放电或充电过程提前结束，在电动汽车动力电池组的使用过程中，单体电池性能不均衡是影响电池组工作的重要因素，因此对电池组进行均衡控制十分必要。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了动态平衡电池充电保护装置，其包括：电压采集模块，用于检测电池组的电池电压，所述电池组由多个电池单体串联或串并联组成；均衡控制模块，与所述电压采集模块连接，用于根据所述电压采集模块检测的电池电压计算出各个电池单体的工作状态，根据所述各个电池单体的工作状态确定待均衡控制的电池单体，并产生MOSFET驱动信号；和均衡器模块，与所述均衡控制模块和所述电池组分别连接，用于在所述MOSFET驱动信号的驱动下对所述待均衡控制的电池单体进行能量管理。

根据如上所述的动态平衡电池充电保护装置，优选，所述动态平衡电池充电保护装置还包括：脉冲信号产生电路，与所述均衡控制模块和所述均衡器模块分别连接，用于在所述MOSFET驱动信号的控制下产生脉冲信 号以使所述均衡器模块根据所述脉冲信号对所述待均衡控制的电池单体进行能量管理；所述脉冲信号产生电路具有：变压器、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻，变压器的初级绕组的MOSFET接收所述MOSFET驱动信号；变压器的次级绕组的一端依次经第一电容、第一电阻、第一二极管的负极和第一二极管的正极与电源地连接，所述变压器的次级绕组的一端还经并联的三极管和第四二极管与电源地连接，所述第四二极管的负极与所述变压器的次级绕组的一端连接，所述第四二极管的正极与所述电源地连接，所述第一二极管的负极还与第二二极管的正极和所述第二电阻的一端分别相连，所述第二二极管的负极与所述第二电容的一端、第三电阻的一端、第三二极管的正极分别连接，所述第二电容的另一端和第三电阻的另一端均与所述电源地连接，所述第三二极管的负极与第一电源连接，所述变压器的次级绕组的另一端与第二电源连接，所述第二二极管的负极作为脉冲信号检测输出端。

根据如上所述的动态平衡电池充电保护装置，优选，所述第一二极管、第二二极管和第三二极管均为稳压二极管。 

本实用新型实施例带来的有益效果如下：

均衡器模块根据均衡控制模块的指令，对每一单体电池进行智能充电管理，从而达到防止电池重复充、放电，保障单体电池电量饱和，发挥电池组的最大使用效率，有效延长电池寿命的目的)

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种动态平衡电池充电保护装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的一种归零电路原理图；

图3是采用本实用新型实施例后的电池组的正边电流波形图；

图4是采用本实用新型实施例后的电池组的正边电压波形图；

图5是采用本实用新型实施例后的电池组的反边电流波形图；

图6是采用本实用新型实施例后的电池组的反边电流波形图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

参见图1-2，本实用新型实施例提供了一种动态平衡电池充电保护装置，其包括：电压采集模块、均衡控制模块和均衡器模块。电压采集模块用于检测电池组的电池电压，电池组由多个电池单体串联或串并联组成；均衡控制模块与电压采集模块连接，用于根据电压采集模块检测的电池电压计算出各个电池单体的工作状态，根据各个电池单体的工作状态确定待均衡控制的电池单体，并产生MOSFET驱动信号；和均衡器模块，与均衡控制模块和电池组分别连接，用于在MOSFET驱动信号的驱动下对待均衡控制的电池单体进行能量管理。

动态平衡电池充电保护装置还包括：脉冲信号产生电路，与均衡控制模块和均衡器模块分别连接，用于在MOSFET驱动信号的控制下产生脉冲信号以使均衡器模块根据脉冲信号对待均衡控制的电池单体进行能量管理；脉冲信号产生电路具有：变压器T、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、变压器T的初级绕组的MOSFET接收MOS驱动信号；变压器的次级绕组的一端依次经第一电容C1、第一电阻R1、第一二极管D1的负极和第一二极管D1的正极与电源地连接，变压器的次级绕组的一端还经并联的三极管Q和第四二极管D4与电源地连接，第四二极管D4的负极与变压器的次级绕组的一端连接，第四二极管D4的正极与电源地连接，第一二极管D1的负极还与第二二极管D2的正极和第二电阻R2的一端分别相连，第二二极管D2的负极与第二电容C2的一端、第三电阻R3的一端、第三二极管D3的正极分别连接，第二电容C2的另一端和第三电阻R3的另一端均与电源地连接，第三二极管D3的负极与第一电源VCC连接，变压器T的次级绕组的另一端与第二电源V+连接，第二二极管D2的负极作为脉冲信号检测输出端DEGAUSS。优选，第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3均为稳压二极管。

下面对动态平衡电池充电保护装置的使用过程进行详细介绍：

该装置通过电压采集模块持续检测电池电压，并将电压信号通过MultiCAN实时传输到控制模块，控制模块的MCU根据测量电压值和相关测量数据，通过动态规划法和人工神经网络数学模型，计算出每个电池的 工作状态，确定均衡对象、启动及持续时间，然后产生MOSFET驱动信号驱动均衡器模块对动力电池组(即由多个电池单体串联或串并联形成的电池组)进行能量管理。均衡器能量管理旨在建立一种归零电路，对已经饱和的单体电池，使绕组电压和能量归零，以保障电池充电效率、延长电池寿命。如图2所示。在变压器初级绕组的MOSFET断开之后，初级电流不断减少，同时初级绕组非同名端的电压迅速上升，此时第一电容C1和第二电容C2通过电阻R1、R2、R3快速充电，电容两端的电压也不断增加，由于存在箝位电路，第二电容C2的电压只能上升至5V，并保持一段时间，直到第二电容C2的充电过程结束，开始通过电阻R3放电进入到放电阶段，之后第二电容C2的电压持续降低至0V，因此该电路可以在变压器初级绕组的能量归零时，在DEGAUSS检测输出端口产生一个5V脉冲电压信号，因此该电路也成为脉冲信号产生电路，当检测到脉冲信号后，均衡器模块根据均衡控制模块的指令，对每一单体电池进行智能充电管理，从而达到防止电池重复充、放电，保障单体电池电量饱和，发挥电池组的最大使用效率，有效延长电池寿命的目的。

图3-6为采用本实用新型实施例后电池组的实验结果(图中为实测)与理论值(图中为仿真)的波形图，分别为正边(即原边)电流波形图、正边(即原边)电压波形图、反边(即副边)电流波形图、反边(即副边)电压波形图。

实际应用时，电压采集模块可基于LTC6802芯片设计，基于此可在13ms内就可以完成电池组的电压检测，整体测量误差不超过0.25％。均衡控制模块采用的是英飞凌XC2238N高性能微处理器。

综上所述，本实用新型实施例带来的有益效果如下：

均衡器模块根据均衡控制模块的指令，对每一单体电池进行智能充电管理，从而防止电池重复充、放电，保障单体电池电量饱和，发挥电池组的最大使用效率，有效延长电池寿命。

本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.一种动态平衡电池充电保护装置，其特征在于，所述动态平衡电池充电保护装置包括：

电压采集模块，用于检测电池组的电池电压，所述电池组由多个电池单体串联或串并联组成；

均衡控制模块，与所述电压采集模块连接，用于根据所述电压采集模块检测的电池电压计算出各个电池单体的工作状态，根据所述各个电池单体的工作状态确定待均衡控制的电池单体，并产生MOSFET驱动信号；和

均衡器模块，与所述均衡控制模块和所述电池组分别连接，用于在所述MOSFET驱动信号的驱动下对所述待均衡控制的电池单体进行能量管理。

2.根据权利要求1所述的动态平衡电池充电保护装置，其特征在于，所述动态平衡电池充电保护装置还包括：脉冲信号产生电路，与所述均衡控制模块和所述均衡器模块分别连接，用于在所述MOSFET驱动信号的控制下产生脉冲信号以使所述均衡器模块根据所述脉冲信号对所述待均衡控制的电池单体进行能量管理；

所述脉冲信号产生电路具有：变压器、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻，变压器的初级绕组的MOSFET接收所述MOSFET驱动信号；

变压器的次级绕组的一端依次经第一电容、第一电阻、第一二极管的负极和第一二极管的正极与电源地连接，所述变压器的次级绕组的一端还经并联的三极管和第四二极管与电源地连接，所述第四二极管的负极与所述变压器的次级绕组的一端连接，所述第四二极管的正极与所述电源地连接，所述第一二极管的负极还与第二二极管的正极和所述第二电阻的一端分别相连，所述第二二极管的负极与所述第二电容的一端、第三电阻的一端、第三二极管的正极分别连接，所述第二电容的另一端和所述第三电阻的另一端均与所述电源地连接，所述第三二极管的负极与第一电源连接，所述变压器的次级绕组的另一端与第二电源连接，所述第二二极管的负极作为脉冲信号检测输出端。

3.根据权利要求2所述的动态平衡电池充电保护装置，其特征在于，所述第一二极管、第二二极管和第三二极管均为稳压二极管。