CN205335874U

CN205335874U - 用于电池管理系统的电池均衡装置

Info

Publication number: CN205335874U
Application number: CN201520976938.7U
Authority: CN
Inventors: 温晶君; 吴清平; 马国光; 刘博�; 汤剑桥
Original assignee: Neusoft Corp
Current assignee: Neusoft Reach Automotive Technology Shanghai Co Ltd
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2025-11-30

Abstract

本实用新型公开了一种用于电池管理系统的电池均衡装置，包括：N个均衡模块；电池监测器用于采集N节电池的电压信号，将电压信号传输至控制模块；控制模块用于根据电压信号确定针对N节电池的均衡策略，将均衡策略传输至电池监测器；电池监测器还用于向均衡模块发送第一组控制信号，第一组控制信号包括与各个均衡模块相对应的第一控制指令；N个隔离模块；控制模块还用于经由隔离模块向均衡模块发送第二组控制信号，第二组控制信号包括与各个均衡模块相对应的第二控制指令；每个均衡模块用于根据各自对应的第一控制指令和第二控制指令，开启或关闭对各自连接的电池的均衡处理。由此，能够为均衡模块提供双重控制，提高了电池均衡装置的可靠性。

Description

用于电池管理系统的电池均衡装置

技术领域

本实用新型涉及汽车电子领域，具体地，涉及一种用于电池管理系统的电池均衡装置。

背景技术

电池是电动汽车必不可少的组成部分，它能够为车辆提供动力。电动汽车配备有电池管理系统(BaterryManagementSystem，BMS)，它能够管理汽车电池的充放电过程。在BMS中配置有电池均衡装置，该电池均衡装置能够在电池充电过程中，对其进行均衡控制，从而防止电池过度充电。

现有技术中，电池均衡装置包括电池监测器、微控制单元(MCU)和均衡模块，其中，电池监测器可以采集至少一节电池的电压信号，MCU能够根据采集的电压信号得出均衡策略，之后将均衡策略传输给电池监测器。电池监测器会根据均衡策略确定出要对哪节或哪几节电池进行均衡处理，并随后开启相对应的均衡模块，以启动对这些电池的均衡处理。由于均衡模块仅依靠电池监测器的控制来开启或关断，因此，一旦MCU与电池监测器之间的均衡策略传输因受到干扰而出现错误，就容易导致电池监测器对电池进行错误的均衡控制，例如，本需要进行均衡的电池未被均衡，或者本不需要进行均衡的电池被均衡，从而影响电池的整体性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中电池管理系统的电池均衡装置易造成均衡错误的问题，提供一种具有双保险的用于电池管理系统的电池均衡装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种用于电池管理系统的电池均衡装置，该装置包括：N个均衡模块，用于与N节电池一一对应连接，其中，N为大于或等于1的正整数；电池监测器，与N个所述均衡模块连接，并与N节所述电池连接，用于采集N节所述电池的电压信号，并将所述电压信号传输至控制模块；所述控制模块，与所述电池监测器连接，用于根据所述电压信号确定针对N节所述电池的均衡策略，并将所述均衡策略传输至所述电池监测器；所述电池监测器还用于根据所述均衡策略，向N个所述均衡模块发送第一组控制信号，其中，所述第一组控制信号包括分别与各个所述均衡模块相对应的N个第一控制指令；其特征在于，所述装置还包括：N个隔离模块，与N个所述均衡模块一一对应，每个所述均衡模块经由相对应的所述隔离模块与所述控制模块连接；所述控制模块还用于根据所述均衡策略，经由N个所述隔离模块向N个所述均衡模块发送第二组控制信号，其中，所述第二组控制信号包括分别与各个所述均衡模块相对应的N个第二控制指令；以及每个所述均衡模块用于根据各自对应的所述第一控制指令和所述第二控制指令开启或关断，以开启或关闭对各自连接的电池的均衡处理。

可选地，所述电池监测器包括处理单元，用于对所述电压信号进行模/数转换，并将进行模/数转换后的电压信号传输至所述控制模块；以及所述处理单元还用于对所述均衡策略进行解析，并根据解析出的均衡策略，向N个所述均衡模块发送所述第一组控制信号。

可选地，所述电池监测器包括第一通信接口，所述控制模块包括第二通信接口，其中，所述第一通信接口和所述第二通信接口为串行外设接口(SPI)。

可选地，所述电池监测器包括第三通信接口；以及，所述装置还包括：N个第一二极管，与N节所述电池一一对应，每个所述第一二极管的正极用于连接相对应的所述电池的正极，每个所述第一二极管的负极与所述电池监测器的所述第三通信接口连接。

可选地，所述第三通信接口包括与所述N个第一二极管一一对应的N个第一输入/输出端口，其中，每个所述第一二极管的负极与相对应的所述第一输入/输出端口连接。

可选地，所述装置还包括：N个稳压二极管，与N个所述第一二极管一一对应，每个所述第一二极管的正极经由相对应的所述稳压二极管连接相对应的所述电池的正极，其中，所述稳压二极管的正极与所述第一二极管的正极连接，所述稳压二极管的负极用于连接所述电池的正极。

可选地，N个所述第一二极管与N个所述均衡模块一一对应，并且，每个所述第一二极管的正极还与相对应的所述均衡模块连接。

可选地，每个所述均衡模块包括MOS管(metaloxidesemiconductor，金属氧化物半导体场效应晶体管)和电阻，其中，所述MOS管的源极用于连接相对应的电池的正极，所述MOS管的漏极用于经由所述电阻连接相对应的电池的负极，所述MOS管的栅极与相对应的所述第一二极管的正极连接。

可选地，所述装置还包括：N个第二二极管，与N个所述均衡模块一一对应，并与N个所述隔离模块一一对应，每个所述均衡模块经由相对应的所述第二二极管与相对应的所述隔离模块连接，其中，所述第二二极管的正极与所述均衡模块连接，所述第二二极管的负极与所述隔离模块连接。

可选地，所述控制模块包括与N个所述隔离模块一一对应的N个第二输入/输出端口；以及每个所述隔离模块包括光电二极管和三极管，其中，所述光电二极管的正极接直流电压源，所述光电二极管的负极与相对应的所述第二输入/输出端口连接，所述三极管的发射极与相对应的电池的负极连接，所述三极管的集电极与所述第二二极管的负极连接。

综上所述，均衡模块可以根据电池监测器基于控制模块确定的均衡策略而发送的第一控制指令、以及通过隔离模块接收到的来自控制模块的第二控制指令来共同决策是开启还是关断，进而开始对相应的电池进行均衡控制或者不对相应的电池进行均衡控制。由此，能够为均衡模块提供双重控制，只有在两个控制指令均指示开启均衡的情况下，均衡模块才会开始均衡，从而可以有效防止错误的均衡控制，提高了电池均衡装置的可靠性，保持电池的整体性能良好，从而延长电池的使用寿命。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是根据本实用新型的一种实施方式提供的用于电池管理系统的电池均衡装置的结构图。

图2是根据本实用新型的另一种实施方式提供的用于电池管理系统的电池均衡装置的结构图。

图3是根据本实用新型的另一种实施方式提供的用于电池管理系统的电池均衡装置的结构图。

图4是根据本实用新型的另一种实施方式提供的用于电池管理系统的电池均衡装置的结构图。

图5是根据本实用新型的另一种实施方式提供的用于电池管理系统的电池均衡装置的结构图。

图6是根据本实用新型的另一种实施方式提供的用于电池管理系统的电池均衡装置的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

图1是根据本实用新型的一种实施方式提供的用于电池管理系统的电池均衡装置的结构框图。如图1所示，本实用新型提供的用于电池管理系统的电池均衡装置可以包括：N个均衡模块，用于与N节电池一一对应连接，其中，N为大于或等于1的正整数。例如，如图1所示，N个均衡模块可以包括第一均衡模块10₁至第N均衡模块10_N，N节电池可以包括第一电池20₁至第N电池20_N，其中，第一均衡模块10₁用于连接第一电池20₁，以对该第一电池20₁进行均衡处理，第N均衡模块10_N用于连接第N电池20_N，以对该第N电池20_N进行均衡处理。

此外，如图1所示，该电池均衡装置还可以包括电池监测器30和与电池监测器30连接的控制模块40，其中，电池监测器30与N个均衡模块连接，并与N节电池连接，用于采集N节电池的电压信号，并将该电压信号传输至控制模块40，控制模块40可以根据该电压信号确定针对N节电池的均衡策略，并将该均衡策略传输至电池监测器30。该电池监测器30还可以用于根据上述均衡策略，向N个均衡模块发送第一组控制信号，其中，该第一组控制信号可以包括分别与各个均衡模块相对应的N个第一控制指令，其中，每个第一控制指令用于指示是否开启相对应的均衡模块。

例如，控制模块40根据各节电池的电压信号，确定出的均衡策略为第一电池20₁需要均衡，其他电池不需要均衡。那么，电池监测器30可以在接收到这一均衡策略之后，向N个均衡模块发送第一组控制信号，其中，第一均衡模块10₁接收到用于指示开启均衡模块的第一控制指令，其他均衡模块接收到用于指示不开启均衡模块的第一控制指令。

此外，如图1所示，本实用新型提供的电池均衡装置还可以包括：N个隔离模块，与N个均衡模块一一对应，每个均衡模块经由相对应的隔离模块与控制模块40连接。例如，如图1所示，N个隔离模块可以包括第一隔离模块50₁至第N隔离模块50_N，其中，第一隔离模块50₁与第一均衡模块10₁对应连接，以使第一均衡模块10₁经由该第一隔离模块50₁与控制模块40连接，第N隔离模块50_N与第N均衡模块10_N对应连接，以使第N均衡模块10_N经由该第N隔离模块50_N与控制模块40连接。此外，该控制模块40还可以用于根据上述均衡策略，经由N个隔离模块向N个均衡模块发送第二组控制信号，其中，该第二组控制信号可以包括分别与各个均衡模块相对应的N个第二控制指令，其中，每个第二控制指令用于指示是否开启相对应的均衡模块。

例如，控制模块40根据各节电池的电压信号，确定出的均衡策略为第一电池20₁需要均衡，其他电池不需要均衡。那么，控制模块40可以通过各个隔离模块向N个均衡模块发送第二组控制信号，其中，第一均衡模块10₁接收到用于指示开启均衡模块的第二控制指令，其他均衡模块接收到用于指示不开启均衡模块的第二控制指令。

这样，各个均衡模块可以用于根据各自对应的第一控制指令和第二控制指令开启或关断，以开启或关闭对各自连接的电池的均衡处理。例如，针对第一均衡模块10₁，当该第一均衡模块10₁接收到的第一控制指令和第二控制指令同时指示开启均衡模块时，该第一均衡模块10₁被开启，以开始对第一电池20₁的均衡处理。而当该第一均衡模块10₁接收到的第一控制指令和第二控制指令中的任一者或两者指示不开启均衡模块时，该第一均衡模块10₁均不开启(即，关断)，此时可以不对第一电池20₁进行均衡处理。

由于控制模块40端的输入/输出信号均为低压信号，而均衡模块端与电池直接连接，其内部流通的信号相对于控制模块40端的输入/输出信号来说是高压信号，因此，在控制模块40与各个均衡模块之间设置了隔离模块，该隔离模块可以使得输入端器件(即，控制模块40)和输出端器件(即，均衡模块)之间实现电气隔离但是通信连接，使得均衡模块可以直接受控制模块40的控制。该隔离模块可以是例如，可控硅输出光耦、三极管输出光耦、继电器输出光耦等。在本实用新型的一个可选的实施方式中，使用三极管输出光耦作为隔离模块，从而能够在对控制模块40与均衡模块之间进行电气隔离的同时，降低整个电池均衡装置的成本。不过应当理解的是，其他类型的用于对输入端器件和输出端器件进行电气隔离但通信连接的隔离模块也适用于本实用新型。

电池监测器30采集的N节电池的电压信号是模拟信号，而控制模块40能够识别和使用的是数字信号，因此，在本实用新型的一种可选的实施方式中，如图2所示，该电池监测器30可以包括处理单元301，用于对接收到的电压信号进行模/数转换，并将进行模/数转换后的电压信号传输至控制模块40。

此外，控制模块40传输至电池监测器30的均衡策略涵盖了针对全部N节电池的均衡策略，因此，电池监测器30中的处理单元301还可以用于对接收到的均衡策略进行解析，以得到针对各节电池的均衡策略，并根据解析出的均衡策略，向N个均衡模块发送第一组控制信号。

可选地，该电池监测器30可以包括第一通信接口302，控制模块40可以包括第二通信接口401，其中，该第一通信接口302和该第二通信接口401可以为串行外设接口(SPI)。由此，电池监测器30与控制模块40之间可以通过SPI协议进行通信，从而可以减少信号接线数量，提高数据传输速率。

可选地，该电池监测器30可以包括第三通信接口303；以及，本实用新型提供的用于电池管理系统的电池均衡装置还可以包括：N个第一二极管，与N节电池一一对应，每个第一二极管的正极用于连接相对应的电池的正极，每个第一二极管的负极与电池监测器30的第三通信接口303连接。例如，如图2所示，N个第一二极管可以包括与第一电池20₁对应的第一二极管60₁至与第N电池20_N对应的第一二极管60_N。此外，示例地，第三通信接口303可以包括与N个第一二极管一一对应的N个第一输入/输出端口(I/O端口)，例如，如图2所示的第一输入/输出端口303₁～303_N，其中，每个所述第一二极管的负极与相对应的所述第一输入/输出端口连接。

图3是根据本实用新型的另一种实施方式提供的用于电池管理系统的电池均衡装置。如图3所示，可选地，本实用新型提供的用于电池管理系统的电池均衡装置还可以包括：N个稳压二极管，与N个第一二极管一一对应，每个第一二极管的正极经由相对应的稳压二极管连接相对应的电池的正极，其中，稳压二极管的正极与第一二极管的正极连接，稳压二极管的负极用于连接电池的正极。如图3所示，N个稳压二极管可以包括与第一电池20₁对应连接的稳压二极管70₁至与第N电池20_N对应连接的稳压二极管70_N。

这里提供的N个稳压二极管与N节电池是一一对应的，目的是在N节电池中的任一节电流发生变化时，保证其电压基本不变，从而确保电池监测器30采集到的电池的电压信号的稳定性，并且保持第一二极管的正极端处于高电压水平。

可选地，N个第一二极管可以与N个均衡模块一一对应，并且，每个第一二极管的正极还与相对应的均衡模块连接。

示例地，控制模块40可以根据各节电池的电压信号，确定出的均衡策略为第一电池20₁需要均衡，其他电池不需要均衡。那么，电池监测器30可以在接收到这一均衡策略之后，通过第三通信接口303向N个均衡模块发送第一组控制信号，其中，向第一均衡模块10₁发送的是用于指示开启均衡模块的第一控制指令，例如，为低电平的控制指令，向其他均衡模块发送的是用于指示不开启均衡模块的第一控制指令，例如，为高电平的控制指令。此时，与第一电池20₁对应的第一二极管60₁导通，以接通第一均衡模块10₁与电池监测器30，而其他电池对应的第一二极管关断，使得相对应的均衡模块与电池监测器30之间断路。

图4是根据本实用新型的另一种实施方式提供的用于电池管理系统的电池均衡装置。如图4所示，可选地，每个均衡模块可以包括MOS管和电阻，其中，该MOS管的源极用于连接相对应的电池的正极，MOS管的漏极用于经由电阻连接相对应的电池的负极，该MOS管的栅极与相对应的第一二极管的正极连接。

在本实用新型的一个示例实施方式中，MOS管可以是P沟道型MOS管，当MOS管的栅极电压低于一电压阈值的情况下，该MOS管导通，使得均衡模块开启，以进行均衡处理。此外，电阻的阻值范围可以例如是20Ω～100Ω。可以根据实际所需的电池均衡电流的大小，来选取合适阻值的电阻，其中，所需的电池均衡电流越大，选取阻值越小的电阻，而所需的电池均衡电流越小，选取阻值越大的电阻。

图5是根据本实用新型的另一种实施方式提供的用于电池管理系统的电池均衡装置的结构框图。如图5所示，可选地，本实用新型提供的用于电池管理系统的电池均衡装置还可以包括：N个第二二极管，与N个均衡模块一一对应，并与N个隔离模块一一对应，每个均衡模块可以经由相对应的第二二极管与相对应的隔离模块连接，其中，该第二二极管的正极与均衡模块连接，该第二二极管的负极与隔离模块连接。例如，如图5所示，N个第二二极管可以包括与第一均衡模块10₁对应连接的第二二极管80₁至与第N均衡模块10_N对应连接的第二二极管80_N。当隔离模块输出的是相对较低的电压信号时，对应的第二二极管导通，以使相应的均衡模块能够与控制模块40通信连接。

图6是根据本实用新型的另一种实施方式提供的用于电池管理系统的电池均衡装置。如图6所示，可选地，控制模块40可以包括与N个隔离模块一一对应的N个第二输入/输出端口，例如，第二输入/输出端口402₁～402_N。此外，每个隔离模块可以包括光电二极管和三极管，其中，该光电二极管的正极接直流电压源(该直流电压源用于提供直流电压Vcc，例如，5V、3.3V、1.8V)，该光电二极管的负极与相对应的第二输入/输出端口连接，该三极管的发射极与相对应的电池的负极连接，该三极管的集电极与第二二极管的负极连接。在本实用新型的一个示例实施方式中，三极管可以例如是NPN型三极管。

例如，控制模块40根据各节电池的电压信号，确定出的均衡策略为第一电池20₁需要均衡，其他电池不需要均衡。那么，控制模块40可以通过各个隔离模块向N个均衡模块发送第二组控制信号，其中，向第一均衡模块10₁发送用于指示开启均衡模块的第二控制指令，例如，为低电平的控制指令，以及向其他均衡模块发送用于指示不开启均衡模块的第二控制指令，例如，为高电平的控制指令。这样，与第一均衡模块10₁相对应的第一隔离模块50₁中的光电二极管被导通，导致其中的三极管导通，此时，三极管的集电极变为低电平状态，从而使得与第一均衡模块10₁对应连接的第二二极管80₁导通。而与其他均衡模块相对应的各个隔离模块中的光电二极管均关断，导致其中的三极管关断，此时，三极管的集电极保持高电平状态，从而使得对应的各个第二二极管关断。

针对一个均衡模块而言，只有在其对应的第一二极管导通且对应的第二二极管也导通的情况下，MOS管的栅极电压才会被拉低，从而使得MOS管能够导通，以开始对对应的电池进行均衡处理。而当第一二极管关断且第二二极管导通时、或者当第一二极管导通且第二二极管关断时、或者当第一二极管和第二二极管均关断时，MOS管的栅极电压均不会被拉低，因此，该MOS管不能够被导通，此时，不对电池进行均衡处理。

综上所述，在本实用新型提供的用于电池管理系统的电池均衡装置中，均衡模块可以根据电池监测器基于控制模块确定的均衡策略而发送的第一控制指令、以及通过隔离模块接收到的来自控制模块的第二控制指令来共同决策是开启还是关断，进而开始对相应的电池进行均衡控制或者不对相应的电池进行均衡控制。由此，能够为均衡模块提供双重控制，只有在两个控制指令均指示开启均衡的情况下，均衡模块才会开始均衡，从而可以有效防止错误的均衡控制，提高了电池均衡装置的可靠性，保持电池的整体性能良好，从而延长电池的使用寿命。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims

1.一种用于电池管理系统的电池均衡装置，该装置包括：

N个均衡模块，用于与N节电池一一对应连接，其中，N为大于或等于1的正整数；

电池监测器，与N个所述均衡模块连接，并与N节所述电池连接，用于采集N节所述电池的电压信号，并将所述电压信号传输至控制模块；

所述控制模块，与所述电池监测器连接，用于根据所述电压信号确定针对N节所述电池的均衡策略，并将所述均衡策略传输至所述电池监测器；

所述电池监测器还用于根据所述均衡策略，向N个所述均衡模块发送第一组控制信号，其中，所述第一组控制信号包括分别与各个所述均衡模块相对应的N个第一控制指令；其特征在于，所述装置还包括：

N个隔离模块，与N个所述均衡模块一一对应，每个所述均衡模块经由相对应的所述隔离模块与所述控制模块连接；

所述控制模块还用于根据所述均衡策略，经由N个所述隔离模块向N个所述均衡模块发送第二组控制信号，其中，所述第二组控制信号包括分别与各个所述均衡模块相对应的N个第二控制指令；以及

每个所述均衡模块用于根据各自对应的所述第一控制指令和所述第二控制指令开启或关断，以开启或关闭对各自连接的电池的均衡处理。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池监测器包括处理单元，用于对所述电压信号进行模/数转换，并将进行模/数转换后的电压信号传输至所述控制模块；以及

所述处理单元还用于对所述均衡策略进行解析，并根据解析出的均衡策略，向N个所述均衡模块发送所述第一组控制信号。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电池监测器包括第一通信接口，所述控制模块包括第二通信接口，其中，所述第一通信接口和所述第二通信接口为串行外设接口(SPI)。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池监测器包括第三通信接口；以及，所述装置还包括：

N个第一二极管，与N节所述电池一一对应，每个所述第一二极管的正极用于连接相对应的所述电池的正极，每个所述第一二极管的负极与所述电池监测器的所述第三通信接口连接。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第三通信接口包括与所述N个第一二极管一一对应的N个第一输入/输出端口，其中，每个所述第一二极管的负极与相对应的所述第一输入/输出端口连接。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

N个稳压二极管，与N个所述第一二极管一一对应，每个所述第一二极管的正极经由相对应的所述稳压二极管连接相对应的所述电池的正极，其中，所述稳压二极管的正极与所述第一二极管的正极连接，所述稳压二极管的负极用于连接所述电池的正极。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，N个所述第一二极管与N个所述均衡模块一一对应，并且，每个所述第一二极管的正极还与相对应的所述均衡模块连接。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，每个所述均衡模块包括MOS管和电阻，其中，所述MOS管的源极用于连接相对应的电池的正极，所述MOS管的漏极用于经由所述电阻连接相对应的电池的负极，所述MOS管的栅极与相对应的所述第一二极管的正极连接。

9.根据权利要求4-8中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

N个第二二极管，与N个所述均衡模块一一对应，并与N个所述隔离模块一一对应，每个所述均衡模块经由相对应的所述第二二极管与相对应的所述隔离模块连接，其中，所述第二二极管的正极与所述均衡模块连接，所述第二二极管的负极与所述隔离模块连接。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括与N个所述隔离模块一一对应的N个第二输入/输出端口；以及

每个所述隔离模块包括光电二极管和三极管，其中，所述光电二极管的正极接直流电压源，所述光电二极管的负极与相对应的所述第二输入/输出端口连接，所述三极管的发射极与相对应的电池的负极连接，所述三极管的集电极与所述第二二极管的负极连接。