CN205070472U - 一种智能动态均衡电源管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种智能动态均衡电源管理系统，包括一个或多个串联或并联的动态均衡电路，动态均衡电路包括均衡控制电路、电池组、电压采样电路、主控MCU和第一电压转换电路，电压采样电路采集电池电压并传送到主控MCU。当单电池组单节压差大于压差设定值时，第一电压转换电路为均衡控制电路供电，将其电量向电压偏低的电池转移；当多电池组之间总压差大于压差设定值时，动态均衡电路中的电压最高电池组的第一电压转换电路为电池组电压偏低的均衡控制电路进行供电，将多余电量转移到电池组电压偏低的电池组。实施本实用新型的智能动态均衡电源管理系统，具有以下有益效果：电路结构简单、实现比较方便、成本较低、性价比较高。

Description

一种智能动态均衡电源管理系统

技术领域

本实用新型涉及电源管理领域，特别涉及一种智能动态均衡电源管理系统。

背景技术

近年来，越来越多的产品采用锂离子电池做为主要电源，主要是由于锂离子电池具有体积小，能量密度高，无记忆效应，循环寿命高，自放电率低等优点；但同时锂离子电池对充放电要求很高，当过充、过放、过电流及短路等情况发生时，锂离子电池压力与热量大量增加，容易产生火花、燃烧甚至爆炸，因此，锂离子电池无一例外地都加有过充放电保护电路。另外，当对一组锂离子电池充放电时，考虑到各个单体电池的不一致性，可采取均衡措施来确保安全性和稳定性。

均衡控制电路的意义就是利用电子技术，使锂离子电池单体电压偏差保持在预期的范围内，从而保证每个单体电池在正常的使用时不发生损坏。若不进行均衡控制，随着充放电循环的增加，各单体电池电压逐渐分化，使用寿命将大大缩减。现有的均衡控制电路结构较为复杂，实现比较麻烦，成本较高，性价比不高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电路结构较为复杂、实现比较麻烦、成本较高、性价比不高的缺陷，提供一种电路结构简单、实现比较方便、成本较低、性价比较高的智能动态均衡电源管理系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种智能动态均衡电源管理系统，包括一个或多个串联或并联的动态均衡电路，所述动态均衡电路包括均衡控制电路、电池组、电压采样电路、主控MCU和第一电压转换电路，所述电池组包括多节串联的电池，所述均衡控制电路与所述主控MCU连接，所述电池组与所述第一电压转换电路连接，所述电压采样电路与所述电池组连接、用于采集所述电池组中每节电池的电池电压，并将采集的电池电压传送到所述主控MCU，当所述主控MCU检测到所述电池组内有电池压差大于压差设定值时，所述主控MCU控制所述第一电压转换电路为所述均衡控制电路进行供电，所述均衡控制电路控制所述电池组中电压高的电池将其电量向电压偏低的电池转移，或检测到各电池组之间的电池组压差大于压差设定值时，电池组电压最高的动态均衡电路中的主控MCU控制其对应的第一电压转换电路为电池组电压偏低的动态均衡电路中的均衡控制电路进行供电，将其多余电量转移到所述电池组电压偏低的动态均衡电路中的电池组。

在本实用新型所述的智能动态均衡电源管理系统中，所述电池组的正极通过高压总线正端与所述第一电压转换电路连接，所述电池组的负极通过高压总线负端与所述第一电压转换电路连接。

在本实用新型所述的智能动态均衡电源管理系统中，当多个所述动态均衡电路串联时，每个所述动态均衡电路中的电池组依次串联，每个所述动态均衡电路中的第一电压转换电路依次连接，电池组串联后的总电池组的正极与所述高压总线正端连接，电池组串联后的总电池组的负极与所述高压总线负端连接。

在本实用新型所述的智能动态均衡电源管理系统中，当多个所述动态均衡电路并联时，每个所述动态均衡电路中的电池组的正极均与所述高压总线正端连接，每个所述动态均衡电路中的电池组的负极均与所述高压总线负端连接，每个所述动态均衡电路中的第一电压转换电路均与所述高压总线正端连接，每个所述动态均衡电路中的第一电压转换电路还均与所述高压总线负端连接。

在本实用新型所述的智能动态均衡电源管理系统中，所述均衡控制电路包括均衡开关控制模块和多个第二电压转换电路，所述第二电压转换电路的数量与所述电池组中电池的数量相同，每个所述第二电压转换电路分别与所述均衡开关控制模块和对应的电池连接，所述均衡开关控制模块还与所述主控MCU连接，每个所述第二电压转换电路还均与所述第一电压转换单元连接。

在本实用新型所述的智能动态均衡电源管理系统中，所述均衡控制电路包括均衡开关控制模块和多个第二电压转换电路，所述第二电压转换电路的数量与所述电池组中电池的数量相同，每个所述第二电压转换电路分别与所述均衡开关控制模块和对应的电池连接，所述均衡开关控制模块还通过CAN总线与所述主控MCU连接，所述均衡开关控制模块的一端与均衡总线正端连接，所述均衡开关控制模块的另一端与均衡总线负端连接。

在本实用新型所述的智能动态均衡电源管理系统中，所述第一电压转换电路中设有第一隔离模块，所述第二电压转换电路中设有第二隔离模块。

在本实用新型所述的智能动态均衡电源管理系统中，所述电池组包括32节串联的电池。

在本实用新型所述的智能动态均衡电源管理系统中，所述第一电压转换电路将100V电压转换为12V电压，所述第二电压转换电路将12V电压转换为5V电压。

在本实用新型所述的智能动态均衡电源管理系统中，所述均衡开关控制模块通过所述CAN总线与所述主控MCU进行实时通信，所述电压采样电路通过SPI总线与所述主控MCU进行通信。

在本实用新型所述的智能动态均衡电源管理系统中，所述压差设定值为50mV。

实施本实用新型的智能动态均衡电源管理系统，具有以下有益效果：由于每个动态均衡电路包括均衡控制电路、电池组、电压采样电路、主控MCU和第一电压转换电路，当主控MCU检测到电池组内有电池压差大于压差设定值时，主控MCU控制第一电压转换电路为均衡控制电路进行供电，均衡控制电路控制电池组中电压高的电池将其电量向电压偏低的电池转移，或者当检测到组之间的电池组压差大于压差设定值时，电池组电压最高的动态均衡电路中的主控MCU控制其对应的第一电压转换电路为电池组电压偏低的动态均衡电路中的均衡控制电路进行供电，将其多余电量转移到电池组电压偏低的动态均衡电路中的电池组，这样就能实现针对单个电池组能量自身转移补充均衡，也可以实现多电池组能量往低电池组中的低电压的电池均衡，所以其电路结构简单、实现比较方便、成本较低、性价比较高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为本实用新型智能动态均衡电源管理系统一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中两个动态均衡电路串联时的智能动态均衡电源管理系统中的结构示意图；

图3为所述实施例中两个动态均衡电路并联时的智能动态均衡电源管理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型智能动态均衡电源管理系统实施例中，其智能动态均衡电源管理系统在三种情况下的结构示意图分别如图1、图2和图3所示。本实施例中，该智能动态均衡电源管理系统包括一个或多个串联或并联的动态均衡电路，图1为本实施例中只有一个动态均衡电路时的结构示意图，图2为本实施例中只有两个串联的动态均衡电路时的结构示意图，图3本实施例中只有两个并联的动态均衡电路时的结构示意图。值得一提的是，在本实施例的一些情况下，串联的动态均衡电路的个数可以是多个，并联的动态均衡电路的个数也可以是多个，只不过是图2和图3中分别只画出了两个动态均衡电路进行说明，串联或并联的动态均衡电路的个数具体扩展到多少个，可以根据具体需要进行调整。

本实施例中，动态均衡电路包括均衡控制电路1、电池组2、电压采样电路3、主控MCU4和第一电压转换电路CT1，电池组2包括多节串联的电池BT，均衡控制电路1与主控MCU4连接，电池组2与第一电压转换电路CT1连接，电压采样电路3与电池组2连接、用于采集电池组2中每节电池BT的电池电压，并将采集的电池电压传送到主控MCU4，当只有一个动态均衡电路时，当主控MCU4检测到电池组2内有电池压差大于压差设定值时，主控MCU4控制第一电压转换电路CT1为均衡控制电路1进行供电，均衡控制电路1控制电池组2中电压高的电池BT将其电量向电压偏低的电池BT转移；当有多个动态均衡电路时，如果检测到各电池组2之间的电池组压差大于压差设定值，电池组电压最高的动态均衡电路中的主控MCU4控制其对应的第一电压转换电路CT1为电池组电压偏低的动态均衡电路中的均衡控制电路1进行供电，将其多余电量转移到电池组电压偏低的动态均衡电路中的电池组2。这样就能实现针对单个电池组能量自身转移补充均衡，也可以实现多电池组能量往低电池组中的低电压的电池均衡，所以其电路结构简单、实现比较方便、成本较低、性价比较高。值得一提的是，本实施例中，第一电压转换电路CT1将100V电压转换为12V电压，电压采样电路3的采样精度控制在5mV～10mV，压差设定值为50mV，也就是当电池压差或电池组压差在小于或等于该压差设定值时，不用启动均衡回路，电压采样电路3通过SPI总线与主控MCU4进行通信。经过电压均衡后，单电池组单节压差或多电池组之间总压差小于10mV。

具体的，当有一个动态均衡电路时，电池组2的正极通过高压总线正端与第一电压转换电路CT1连接，电池组2的负极通过高压总线负端与第一电压转换电路CT1连接。如果其中某一节电池BT电压偏低，电池组2中电池的最高电压与该节电池的电压之间的压差大于压差设定值，到了均衡启动电压点，这时就会打开均衡回路。均衡回路点供电取自于动态均衡电路自身总电压点，这样将自身总电压点的电量转移到自身电压偏低点的电池BT。

当多个动态均衡电路串联时，每个动态均衡电路中的电池组2依次串联，也就是当前电池组2的正极与相邻的一个电池组2的负极连接，当前电池组2的负极与相邻的另外一个电池组2的正极连接，依次类推。每个动态均衡电路中的第一电压转换电路CT1依次连接，电池组2串联后的总电池组的正极与高压总线正端连接，电池组串联后的总电池组的负极与高压总线负端连接。

当多个动态均衡电路并联时，每个动态均衡电路中的电池组2的正极均与高压总线正端连接，每个动态均衡电路中的电池组2的负极均与高压总线负端连接，每个动态均衡电路中的第一电压转换电路CT1均与高压总线正端连接，每个动态均衡电路中的第一电压转换电路还均与高压总线负端连接。

当动态均衡电路的个数多于一个时，例如有两个动态均衡电路，如果其中一个动态均衡电路中电池组2的容量偏低，电池组压差较大，则系统会打开另外一个动态均衡电路中的第一电压转换电路CT1给电池组容量偏低的动态均衡电路中的均衡控制电路1供电，将该另外一个动态均衡电路中电池组的多余容量转移到电池组容量偏低的动态均衡电路中的低电压电池中。

具体来讲，当主控MCU4根据电压采样电路3采集的数据(电压)进行电池组2的一致性判定。当电池组电池其中某组或者几组电池压差比较大(大于50mV)，主控MCU4通过控制端口通知均衡控制回路打开，配合低压电池组的均衡控制电路1进行能量转移补充。

本智能动态均衡电源管理系统中，不管是独立的动态均衡电路，还是串并联动态均衡电路，都能进行智能动态均衡，并能将最高容量的电池组2的电量转移到容量偏低的电池组2的电芯，并且能通过数据累计计算与分析，进一步判定电池电芯的好坏。这样，既能解决电池BT的动态智能主动均衡，也能解决因为均衡问题而忽视的电池电芯异常问题。例如：第一个动态均衡电路中的电池组2属于满充容量，第二个动态均衡电路中的电池组2处于低容量，同时第二个动态均衡电路中的电池组2里面其中某几个电池电压偏低，这样，第一个动态均衡电路中的第一电压转换电路CT1就会打开，给第二个动态均衡电路中的均衡控制电路1进行供电，将第一个动态均衡电路中的电池组2里面的多余容量转移到第二个动态均衡电路中的低压电池。

本实施例中，均衡启动的方式就是通过监控电池组2的信息，判定电池组2的一致性是否大于压差设定值，如果其中某一个或者某几个电池组电压偏低(也就是与最高电压的压差大于50mV)，该智能动态均衡电源管理系统会自动打开均衡控制电路1，给电压偏低的电池组2进行充电。

本实施例中，电池组2包括32节串联的电池BT。电压采样电路3监控32路电池BT，并将实时信息传送给主控MCU4，主控MCU4根据计算判定是否需要均衡，如果需要开启均衡，就会通过总线控制均衡控制电路1，针对电压低的电池BT进行均衡回路开启，并将能量补充进去。

本实施例中，均衡控制电路1包括均衡开关控制模块11和多个第二电压转换电路CT，第二电压转换电路CT的数量与电池组2中电池BT的数量相同，每个第二电压转换电路CT分别与均衡开关控制模块11和对应的电池BT连接，均衡开关控制模块11还通过CAN总线与主控MCU4连接，均衡开关控制模块11的一端与均衡总线正端连接，均衡开关控制模块11的另一端与均衡总线负端连接。第二电压转换电路CT将12V电压转换为5V电压。值得一提的是，基于地不一样，为了安全考虑，对所有电源都需要进行隔离。本实施例中，第一电压转换电路CT1中设有第一隔离模块5，第二电压转换电路CT中设有第二隔离模块12。只在图1中画出了第二隔离模块12，图2和图3中的第二电压转换电路CT也设有第二隔离模块12，只是在图2和图3中未示出第二隔离模块12。12V的地与5V的地不一样，如果没有隔离，就不可能进行充电。

本实施例中，在进行均衡、过充、过放保护时，如果一个电池连续几次都是优先动作，这样就会判定这个电池已经异常，会进行告警。

总之，在本实施例中，本智能动态均衡电源管理系统根据电池压差和均衡开启点来启动均衡。同时会对所有电池容量进行监控和计算，如果其中某一节电池BT的过充、过放、压差、均衡次数相对于其他电池电芯次数频繁，则会判定此电池BT已经异常，会通过警告显示和后台预警等方式提示用户和厂商。电池容量转换效率可达到85％，可最大均衡开启14串电池BT，最大均衡电流为1A～5A，可实现最大14路每路都是1A的能量转移(单体电池最大均衡功率能达80W)。该智能动态均衡电源管理系统的电路结构简单，实现方便，性价比好，同时能实现智能监控、实时均衡、容量转移和异常预警等功能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能动态均衡电源管理系统，其特征在于，包括一个或多个串联或并联的动态均衡电路，所述动态均衡电路包括均衡控制电路、电池组、电压采样电路、主控MCU和第一电压转换电路，所述电池组包括多节串联的电池，所述均衡控制电路与所述主控MCU连接，所述电池组与所述第一电压转换电路连接，所述电压采样电路与所述电池组连接、用于采集所述电池组中每节电池的电池电压，并将采集的电池电压传送到所述主控MCU，当所述主控MCU检测到所述电池组内有电池压差大于压差设定值时，所述主控MCU控制所述第一电压转换电路为所述均衡控制电路进行供电，所述均衡控制电路控制所述电池组中电压高的电池将其电量向电压偏低的电池转移，或检测到各电池组之间的电池组压差大于压差设定值时，电池组电压最高的动态均衡电路中的主控MCU控制其对应的第一电压转换电路为电池组电压偏低的动态均衡电路中的均衡控制电路进行供电，将其多余电量转移到所述电池组电压偏低的动态均衡电路中的电池组。

2.根据权利要求1所述的智能动态均衡电源管理系统，其特征在于，所述电池组的正极通过高压总线正端与所述第一电压转换电路连接，所述电池组的负极通过高压总线负端与所述第一电压转换电路连接。

3.根据权利要求2所述的智能动态均衡电源管理系统，其特征在于，当多个所述动态均衡电路串联时，每个所述动态均衡电路中的电池组依次串联，每个所述动态均衡电路中的第一电压转换电路依次连接，电池组串联后的总电池组的正极与所述高压总线正端连接，电池组串联后的总电池组的负极与所述高压总线负端连接。

4.根据权利要求2所述的智能动态均衡电源管理系统，其特征在于，当多个所述动态均衡电路并联时，每个所述动态均衡电路中的电池组的正极均与所述高压总线正端连接，每个所述动态均衡电路中的电池组的负极均与所述高压总线负端连接，每个所述动态均衡电路中的第一电压转换电路均与所述高压总线正端连接，每个所述动态均衡电路中的第一电压转换电路还均与所述高压总线负端连接。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的智能动态均衡电源管理系统，其特征在于，所述均衡控制电路包括均衡开关控制模块和多个第二电压转换电路，所述第二电压转换电路的数量与所述电池组中电池的数量相同，每个所述第二电压转换电路分别与所述均衡开关控制模块和对应的电池连接，所述均衡开关控制模块还通过CAN总线与所述主控MCU连接，所述均衡开关控制模块的一端与均衡总线正端连接，所述均衡开关控制模块的另一端与均衡总线负端连接。

6.根据权利要求5所述的智能动态均衡电源管理系统，其特征在于，所述第一电压转换电路中设有第一隔离模块，所述第二电压转换电路中设有第二隔离模块。

7.根据权利要求6所述的智能动态均衡电源管理系统，其特征在于，所述电池组包括32节串联的电池。

8.根据权利要求6所述的智能动态均衡电源管理系统，其特征在于，所述第一电压转换电路将100V电压转换为12V电压，所述第二电压转换电路将12V电压转换为5V电压。

9.根据权利要求5所述的智能动态均衡电源管理系统，其特征在于，所述均衡开关控制模块通过所述CAN总线与所述主控MCU进行实时通信，所述电压采样电路通过SPI总线与所述主控MCU进行通信。

10.根据权利要求1所述的智能动态均衡电源管理系统，其特征在于，所述压差设定值为50mV。