CN208461493U - 一种用于平衡电池模块之间的压差的充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于平衡电池模块之间的压差的充电电路及其充电方法，其包括至少两个依次串联的充电单元，串联的所述至少两个充电单元的一端接入电池系统正极总线，另一端接入电池系统负极总线，这样，本实用新型通过对依次串联的充电单元中的继电器进行合理的断开和闭合，能够将已经充满电的电池模块从充电回路中隔绝出来，从而确保电池系统中的每一个电池模块的电压都达到充电限制电压，避免直接对依次的串联的电池模块同时进行充电容易造成的电池模块之间压差过大的问题，本实用新型能够在充电的同时，确保每个电池模块电压一致，缩短了处理电池系统压差问题的时间，保证了纯电动车的正常的续驶里程。

Description

一种用于平衡电池模块之间的压差的充电电路

技术领域

本实用新型属于锂离子储能电池技术领域，具体涉及一种用于平衡电池模块之间的压差的充电电路。

背景技术

动力电池系统作为纯电动车的能量存储单元，主要起到存储电量的作用，动力电池系统存储的电量越多则续航里程越远；电池系统本身的荷电能力是由电池系统内部串联和并联的电池模块的数量决定的，动力电池系统可储存的电量不仅与电池系统本身的荷电能力有关系，还与电池系统内部各电池模块的一致性也有关系，这里电池模块的一致性包括电压的一致性、内阻的一致性、容量一致性、自放电率一致性等；以电压一致性为例，对于同样容量、内阻的电池模块，电压可以代表其荷电量的多少，电压高则表示其荷电量高，电压低则表示其荷电量低；在同一套电池系统中若由于电池芯本身自放电率不一致或使用环境温度的不一致会导致电池系统在长期使用后出现各电池模块电压不一致的情况，随着使用时间的延长电池系统内部各电池模块间压差将会越来越大。

在锂电池行业中，电池管理系统为battery management system，其缩写为BMS；主控模块为battery control unite，其缩写为BCU；从控模块为battery management unite，其缩写为BMU；电池管理系统BMS由主控模块BCU、从控模块BMU、通讯线以及电源供应线组成。

当前行业内各厂家BMS都是根据BMU传递过来的最高单体电压状况决定充电电流大小，最高单体电压达到充电限制电压时BMS向充电设备请求充电电流为0；充电时，由于各电池模块是串联在一起，电池系统内部电流是一致的，电压高的模块由于本身荷电量高将较快达到充电限制电压，导致电池系统充电停止，同时BMS自动校准电池系统SOC为100％，实际整个电池系统内部其它电压较低的电池模块均未充满电，电池系统处于伪100％SOC状态。

当前行业内各厂家BMS都是根据BMU传递过来的最低单体电压状况决定放电电流大小，最低单体电压达到放电截止电压时BMS向整车控制器请求放电电流为0；放电时，由于各电池模块是串联在一起，电池系统内部电流是一致的，电压低的模块由于本身荷电量低将较快达到放电截止电压，导致电池系统放电停止，实际整个电池系统内部其它电压较高的电池模块均未放完电，电池系统处于伪空电状态。

由于成本和逻辑控制问题，当前行业内主流BMS厂家都追求被动均衡或不带均衡功能的BMS产品；因此，随着使用时间延长电池系统压差问题将会越来越明显，导致放电窗口变窄，放电电量变少，进而导致纯电动车续航里程变短。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于平衡电池模块之间的压差的充电电路。

本实用新型提供的一种用于平衡电池模块之间的压差的充电电路，其包括至少两个依次串联的充电单元，串联的所述至少两个充电单元的一端接入电池系统正极总线，另一端接入电池系统负极总线。

优选地，所述充电单元包括电池模块、从控模块BMU、串联继电器nKs、并联继电器nKp，所述串联继电器nKs与电池模块串联，所述并联继电器nKp与电池模块和串联继电器nKs并联，所述从控模块BMU分别与串联继电器nKs和并联继电器nKp连接用于分别控制串联继电器nKs和并联继电器nKp的断开及闭合。

优选地，其还包括主控模块BCU，所述主控模块BCU与从控模块BMU通讯连接。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种用于平衡电池模块之间的压差的充电电路，其包括至少两个依次串联的充电单元，串联的所述至少两个充电单元的一端接入电池系统正极总线，另一端接入电池系统负极总线；所述充电单元包括电池模块、从控模块BMU、串联继电器nKs、并联继电器nKp，所述串联继电器nKs与电池模块串联，所述并联继电器nKp与电池模块和串联继电器nKs并联，所述从控模块BMU分别与串联继电器nKs和并联继电器nKp连接用于分别控制串联继电器nKs和并联继电器nKp的断开及闭合，这样，本实用新型通过对依次串联的充电单元中的串联继电器nKs和并联继电器nKp进行合理的断开和闭合，能够将已经充满电的电池模块从充电回路中隔绝出来，从而使每一个充电单元的电池模块独立进行充电，能够确保电池系统中的每一个电池模块的电压都达到充电限制电压，避免直接对依次的串联的电池模块同时进行充电容易造成的电池模块之间压差过大的问题，并且采用本实用新型平衡电池模块之间的压差的充电电路进行充电的方法，能够在充电的同时，确保每个电池模块电压一致，减少了现有技术中需要拆解电池包才能平衡电池系统的压差的工序，缩短了处理电池系统压差问题的时间，保证了纯电动车的正常的续驶里程。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种用于平衡电池模块之间的压差的充电电路的充电状态的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种用于平衡电池模块之间的压差的充电电路的隔绝已充满电的电池模块的状态示意图；

图3为本实用新型现有技术中电池模块的充电电路的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供一种用于平衡电池模块之间的压差的充电电路，其电路图，如图1和2所示，其包括至少两个依次串联的充电单元，串联的所述至少两个充电单元的一端接入电池系统正极总线，另一端接入电池系统负极总线；所述充电单元包括电池模块、从控模块BMU、串联继电器nKs、并联继电器nKp，所述串联继电器nKs与电池模块串联，所述并联继电器nKp与电池模块和串联继电器nKs并联，所述从控模块BMU分别与串联继电器nKs和并联继电器nKp连接用于分别控制串联继电器nKs和并联继电器nKp的断开及闭合；

其中，其还包括主控模块BCU，所述主控模块BCU与从控模块BMU通讯连接。

每一个充电单元中，从控模块BMU用于在充电过程中实时监测电池模块的电压信息，并将电池模块的电压信息传送至主控模块BCU。

串联继电器nKs的一端与从控模块BMU连接，另一端接地，串联继电器nKs的断开和闭合通过从控模块BMU根据电池模块的电压信息进行控制；

其中，串联继电器nKs中的n代表与该继电器串联的电池模块在电池系统中的编号。

并联继电器nKp与电池模块和串联继电器nKs并联，并且并联继电器nKp的一端与从控模块BMU连接，另一端接地，并联继电器nKp的断开和闭合通过从控模块BMU根据电池模块的电压信息进行控制；

其中，并联继电器nKp中的n代表与该继电器并联的电池模块在电池系统中的编号。

本实用新型通过对依次串联的充电单元中的串联继电器nKs和并联继电器nKp进行合理的断开和闭合，能够将已经充满电的电池模块从充电回路中隔绝出来，从而使每一个充电单元的电池模块独立进行充电，能够确保电池系统中的每一个电池模块的电压都达到充电限制电压，避免直接对依次的串联的电池模块同时进行充电容易造成的电池模块之间压差过大的问题，并且采用本实用新型平衡电池模块之间的压差的充电电路进行充电的方法，能够在充电的同时，确保每个电池模块电压一致，减少了现有技术中需要拆解电池包才能平衡电池系统的压差的工序，缩短了处理电池系统压差问题的时间，保证了纯电动车的正常的续驶里程。

采用本实用新型实施例提供的一种用于平衡电池模块之间的压差的充电电路进行充电的方法，其方法为：每个充电单元的从控模块BMU采集对应的电池模块的电压信息，当其中一个充电单元中的电池模块的电压信息达到充电限制电压时，从控模块BMU控制该电池模块隔离出充电回路，直至每个充电单元的电池模块的电压信息均达到充电限制电压。

其中，当其中一个所述充电单元中的电池模块的所述电压信息达到充电限制电压时，从控模块BMU控制该电池模块隔离出充电回路，具体为，当其中一个充电单元中的电池模块的所述电压信息达到充电限制电压时，主控模块BCU控制充电电流为0，之后，从控模块BMU控制该充电单元中的串联继电器nKs断开、并联继电器nKp闭合。

其中，从控模块BMU控制该电池模块隔离出充电回路，之后还包括，从控模块BMU向主控模块BCU传送降低充电电压的信号，主控模块BCU控制充电电压降低充电模块的充电限制电压的值后，向其余充电单元的电池模块充电。

该方法的具体实施过程为：

正常充电时，从控模块BMU向每一个充电单元的串联继电器nKs输出24V+电压，即从控模块BMU向串联继电器1Ks、串联继电器2Ks…串联继电器(n-1)Ks、串联继电器nKs输出24V+电压，以控制每一个充电单元的串联继电器nKs闭合，此时主控模块BCU控制充电回路向每一个充电单元的电池模块正常充电；

充电过程中，从控模块BMU对每一个充电单元的电池模块的电压进行实时监测，并将每一个电池模块的电压信息与充电限制电压进行比较，当第n个充电单元中的电池模块的电压信息达到充电限制电压时，从控模块BMU向主控模块BCU发送充电电流为0的信号，主控模块BCU向充电设备出充电电流为0的请求，此时主控模块BCU控制充电回路的充电电流为0，之后，从控模块BMU控制该充电单元中的串联继电器nKs断开、并联继电器nKp闭合，即从控模块BMU控制该电池模块隔离出充电回路；

具体地，当第2个电池模块电压达到充电限制电压时，从控模块BMU向主控模块BCU发送充电电流为0的信号，主控模块BCU向充电设备出充电电流为0的请求，此时主控模块BCU控制充电回路的充电电流为0，之后，从控模块BMU控制串联继电器2Ks、并联继电器2Kp闭合，从控模块BMU控制第2个电池模块隔离出充电回路，第2个电池模块不再参与电池系统的能量接收工作；

之后，从控模块BMU向主控模块BCU发送下降一个电池模块的充电限制电压的信号，以及向主控模块BCU发送恢复初始充电电流的信号，此时主控模块BCU控制充充电电压下降一个电池模块的充电限制电压，并恢复初始充电电流，继续进行充电；

具体地，以磷酸铁锂电池系统为例，每个电池模块的充电限制电压是3.65V，则有一个电池模块被隔绝后从控模块BMU请求充电电压下降3.65V，再次恢复对电池系统的充电；

同理，当有其它电池模块的端电压达到充电限制电压后从控模块BMU重复以上步骤，直到所有电池模块都充满电后停止对电池系统充电。

现有技术电池模块的充电电路的示意图，如图3所示，充电电路中仅设置一个主控模块BCU和串联一个主继电器，电池系统充电时，当某一电池模块端电压达到充电限制电压时，则主控模块BCU会控制主继电器切断，电池系统停止充电，但电池系统存在电压差异时往往都是电压高的电池模块在充电时先到达充电限制电压，电压低的电池模块还未充满电，因自放电率差异及使用环境的差异，长此以往电池系统内部各模块间压差只会越来越大。

与现有技术相比，采用本实用新型的用于平衡电池模块之间的压差的充电电路进行充电，在继续充电的过程中每当有一个电池模块的电压达到充电限制电压时，串联继电器nKs被断开，并联继电器nKp被闭合，使得充满电的模块都被隔离，最终全部的模块都会充满电，处于同样的荷电状态，电压一致性和放电窗口宽度得以恢复，纯电动车续航里程得以延长。

另外，在不对电池系统包结构进行拆装的情况下，能够达到快速处理电池系统压差问题，恢复电池系统放电窗口宽度和纯电动车续航里程的目的。

具体地，采用现有技术中电池模块的充电电路和本实用新型提供的的用于平衡电池模块之间的压差的充电电路对576V 240Ah的常规型磷酸铁锂电池系统分别进行充电，对比结果如下：

一种市场上常见的城市纯电动公交车装载有规格为576V 240Ah的常规型磷酸铁锂电池系统，初始装车时续航里程约为250公里；

因电池芯本身自放电率存在差异，且各个电池包在车体上的位置不一样，电池包所处的环境温度也非常不一致(有的靠近电机、油泵、气泵等热源，使用环境温度高，电池模块自放电快)；

采用现有技术中电池模块的充电电路进行充电，在使用一年或者更长时间后出现电池模块压差过大状况，一般压差会达到500mV左右，主控模块BCU持续向整车控制器报电池系统压差过大，同时因为压差问题，续航里程由原来的250公里下降到150公里，严重影响纯电动公交车的正常使用，招致市民的不满和投诉。

采用本实用新型提供的的用于平衡电池模块之间的压差的充电电路，纯电动车及电池系统的售后人员在日保养、月保养或年保养的过程中若发现电池系统出现压差过大状况影响车辆续航里程的状况时，售后人员联系司机将纯电动车开到充电桩处，在主控模块BCU的充电程序中选择预先设置好的“快速平衡充电模式”并启动快速平衡充电，经过一个快速评估充电过程后电池系统内部各电池模块都处于同样的荷电状态，压差也变得非常一致，纯电动公交车的续航里程得以恢复。

综上所述，本实用新型通过对依次串联的充电单元中的串联继电器nKs和并联继电器nKp进行合理的断开和闭合，能够将已经充满电的电池模块从充电回路中隔绝出来，从而使每一个充电单元的电池模块独立进行充电，能够确保电池系统中的每一个电池模块的电压都达到充电限制电压，避免直接对依次的串联的电池模块同时进行充电容易造成的电池模块之间压差过大的问题，并且采用本实用新型平衡电池模块之间的压差的充电电路进行充电的方法，能够在充电的同时，确保每个电池模块电压一致，减少了现有技术中需要拆解电池包才能平衡电池系统的压差的工序，缩短了处理电池系统压差问题的时间，保证了纯电动车的正常的续驶里程。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于平衡电池模块之间的压差的充电电路，其特征在于，其包括至少两个依次串联的充电单元，串联的所述至少两个充电单元的一端接入电池系统正极总线，另一端接入电池系统负极总线。

2.根据权利要求1所述的一种用于平衡电池模块之间的压差的充电电路，其特征在于，所述充电单元包括电池模块、从控模块BMU、串联继电器nKs、并联继电器nKp，所述串联继电器nKs与电池模块串联，所述并联继电器nKp与电池模块和串联继电器nKs并联，所述从控模块BMU分别与串联继电器nKs和并联继电器nKp连接用于分别控制串联继电器nKs和并联继电器nKp的断开及闭合。

3.根据权利要求2所述的一种用于平衡电池模块之间的压差的充电电路，其特征在于，其还包括主控模块BCU，所述主控模块BCU与从控模块BMU通讯连接。