CN212148520U - 一种动力电池组主动均衡控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动力电池组主动均衡控制系统，包括动力电池组、信息采集模块、主控模块、DC/DC模块、过流保护模块、均衡控制模块和均衡电路模块；信息采集模块的一端与动力电池组中各单体电池连接，另一端与主控模块连接；均衡控制模块的输入端与主控模块连接，驱动端通过均衡电路模块与动力电池组连接；均衡电路模块包括多组模拟电子开关和整流二极管串联组成的开关网络，开关管通过整流二极管连接到串联电池组的每一个节点处。本实用新型以电感为储能元件，由MOS开关管决定能量传递方向，能实现电池组内任意两节电池间能量的传递，避免多余充放电造成的能量损耗，能够达到快速、高效均衡动力电池组的目的。

Description

一种动力电池组主动均衡控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种动力电池组主动均衡控制系统，属于电池管理技术领域。

背景技术

动力电池技术作为电动汽车产业发展的关键技术成为国内外研究的热点。作为电动汽车的核心部件，动力电池被公认为是目前制约新能源汽车产业化的最大瓶颈，主要原因之一是电池在成组使用时单体的不一致性，从而导致电池组综合性能下降和电池组被超限使用，严重影响了电池组的安全和使用寿命。所以解决电池组在使用中的不一致问题，对电池组进行均衡管理和控制，就显得尤为重要。

电池均衡管理技术作为电池管理技术的关键技术，可通过有效地对电池组进行均衡管理，使电池组电池特性最终达到一致性状态。目前电池均衡管理方案主要分为能量耗散型均衡和能量非耗散型均衡两大类。能量耗散型均衡以电阻均衡法为代表，其优点是结构简单，电路可靠性高，缺点是能量损耗大、效率低、温升大，不符合新能源汽车节能环保的理念。非能量耗散型均衡则是通过能量的转移作用把能量从电池组中能量高的单体转移到能量低的单体或电池组中，实现的是能量的转移效果，是电池均衡技术未来发展的主流。

目前，国内的电池均衡管理技术仍处于落后状态，现有均衡技术都存在各种各样的不足，设计一种电路相对简单、并且均衡效果好的均衡方法对BMS的发展及动力电池的产业化有很大的促进作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术存在结构复杂、能耗大、控制逻辑复杂、均衡效率低等问题，提供一种结构简单、能耗低、均衡效果好的动力电池组主动均衡控制系统，以解决电池组在使用过程中任意单体的过充和过放问题，延长整个电池组的使用寿命。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种动力电池组主动均衡控制系统，包括：动力电池组、信息采集模块、主控模块、DC/DC模块、过流保护模块、均衡控制模块和均衡电路模块；

所述动力电池组由n节电池串联组成；

所述信息采集模块的一端与动力电池组中各单体电池连接，另一端与主控模块连接，主要完成单体电池电压模拟值的采集，再由AD转换器转换得到数字值；

所述主控模块的处理器选用DSP运算器，对n节电池串联组成的电池组，能够采集n路AD值，输出2(n+1)路PWM控制信号，主要完成单体电池电压信号的AD转换、SOC估算、外部通信、PWM控制信号输出等工作；

所述DC/DC模块的高压输入端与动力电池组的正负极连接，低压输出端与车辆低压电气系统连接，为DSP、检测芯片等供电；

所述过流保护模块由采样和控制两部分组成，采样电阻采集均衡电流，电流超过设定限值时断开均衡回路；

所述均衡控制模块的输入端与主控模块连接，驱动端通过均衡电路模块与动力电池组连接；

所述均衡电路模块包括多组模拟电子开关和整流二极管串联组成的开关网络，对n节电池串联组成的电池组，共需要2(n+1)个MOS开关管和2(n+1)个整流二极管，开关管通过整流二极管连接到串联电池组的每一个节点处，还包括储能电感L1，过流采样电阻R1。

进一步的，为了使动力电池组能够储存的能量更高、使用寿命更长，所述动力电池组为锂离子电池组。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用的动力电池组主动均衡控制系统为能量非耗散型，以电感为储能元件，由MOS开关管决定能量传递方向，能实现电池组内任意两节电池间能量的传递，避免多余充放电造成的能量损耗，能够达到快速、高效均衡动力电池组的目的。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1是本实用新型动力电池组主动均衡控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的均衡电路模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实施例公开了一种动力电池组主动均衡控制系统，包括：动力电池组10、信息采集模块20、主控模块30、DC/DC模块40、过流保护模块50、均衡控制模块60和均衡电路模块70；

动力电池组10由n节电池串联组成；

信息采集模块20的一端与动力电池组10中各单体电池连接，另一端与主控模块30连接，主要完成单体电池电压模拟值的采集，再由AD转换器转换得到数字值；

主控模块30的处理器选用DSP运算器，对n节电池串联组成的电池组，能够采集n路AD值，输出2(n+1)路PWM控制信号，主要完成单体电池电压信号的AD转换、SOC估算、外部通信、PWM控制信号输出等工作；

DC/DC模块40的高压输入端与动力电池组10的正负极连接，低压输出端与车辆低压电气系统连接，为DSP、检测芯片等供电；

过流保护模块50由采样和控制两部分组成，采样电阻采集均衡电流，电流超过设定限值时断开均衡回路；

均衡控制模块60的输入端与主控模块30连接，驱动端通过均衡电路模块70与动力电池组10连接；

均衡电路模块70包括多组模拟电子开关和整流二极管串联组成的开关网络，对n节电池串联组成的电池组，共需要2(n+1)个MOS开关管和2(n+1)个整流二极管，开关管通过整流二极管连接到串联电池组10的每一个节点处，还包括储能电感L1，过流采样电阻R1。

进一步的，为了使动力电池组能够储存的能量更高、使用寿命更长，所述动力电池组为锂离子电池组。

在本实施例中，如图2所示，以4节电池串联组成的动力电池组为例，对均衡电路模块70的结构进行说明如下：

所述4节串联电池分别为B1、B2、B3、B4，电容C1…C4与各单体电池并联，M11、M12、…M51、M52为5对MOS开关管，D11、D12、…D51、D52为5对整流二极管，MOS开关管与整流二极管串联后分别两两接入所述电池的正负节点，L1为储能电感，R1为均衡过流采样电阻。

结合图2，对本实用新型均衡电路模块进行均衡操作的原理说明如下：

当主控模块30检测到电池B1能量高于电池B3能量时，输出控制信号至均衡控制模块60，均衡控制模块60输出相应的PWM调制信号控制同时打开电池B1正极节点MOS开关管M11和负极节点MOS开关管M22，电池B1释放能量，储存在电感L1中，经过设定时间后，关闭电池B1正极节点MOS开关管M11和负极节点MOS开关管M22，同时打开电池B3正极节点MOS开关管M32和负极节点MOS开关管M41，电感中的能量转移到电池B3中，由此实现能量从电池B1转移到电池B3。在均衡过程中，过流保护模块50会检测均衡电流，当均衡电流超过预设值时，反馈信号至主控模块30，均衡控制模块60调节输出PWM控制信号的频率和占空比，保证均衡过程的安全性，直至均衡结束。

上述过程中的电池B1和电池B3可以是单节电池或串联的多节电池，控制不同MOS开关管的通断，可以实现在电池组中任意单节电池与单节电池、单节电池与串联的多节电池、串联的多节电池与串联的多节电池间进行能量转移。

Claims (3)

1.一种动力电池组主动均衡控制系统，其特征在于，包括：动力电池组、信息采集模块、主控模块、DC/DC模块、过流保护模块、均衡控制模块和均衡电路模块；

所述动力电池组由n节电池串联组成；

所述信息采集模块的一端与动力电池组中各单体电池连接，另一端与主控模块连接，主要完成单体电池电压模拟值的采集，再由AD转换器转换得到数字值；

所述主控模块的处理器选用DSP运算器，对n节电池串联组成的电池组，能够采集n路AD值，输出2(n+1)路PWM控制信号，主要完成单体电池电压信号的AD转换、SOC估算、外部通信、PWM控制信号输出等工作；

所述DC/DC模块的高压输入端与动力电池组的正负极连接，低压输出端与车辆低压电气系统连接，为DSP、检测芯片等供电；

所述过流保护模块由采样和控制两部分组成，采样电阻采集均衡电流，电流超过设定限值时断开均衡回路；

所述均衡控制模块的输入端与主控模块连接，驱动端通过均衡电路模块与动力电池组连接；

所述均衡电路模块包括多组模拟电子开关和整流二极管串联组成的开关网络，对n节电池串联组成的电池组，共需要2(n+1)个MOS开关管和2(n+1)个整流二极管，开关管通过整流二极管连接到串联电池组的每一个节点处，还包括储能电感L1，过流采样电阻R1。

2.如权利要求1所述的动力电池组主动均衡控制系统，其特征在于，所述动力电池组为锂离子电池组。

3.如权利要求1所述的动力电池组主动均衡控制系统，其特征在于，以电感为储能元件，由MOS开关管决定能量传递方向，能实现电池组内任意两节电池间能量的传递。

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