CN212332427U - 一种动力电池组主动均衡系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种动力电池组主动均衡系统，包括动力电池组、信息采集模块、主控模块、均衡控制模块、均衡电路模块和DC/DC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个由反激式变压器、MOS开关管和整流二极管组成的均衡电路单元，每个均衡电路单元分别与所述动力电池组的单体电池一一对应连接。本实用新型以反激式变压器为储能元件，通过控制MOS开关管的通断实现电池组内任意两节电池间能量的传递，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系统
技术领域
本实用新型涉及一种动力电池组主动均衡系统，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。为满足电动汽车对功率、能量及电压等方面的要求，动力电池必须成组使用。由于电池制作工艺水平的局限，单体电池的容量、内阻等参数往往会出现不一致的现象，加上电池的不合理成组及缺乏科学的管理，致使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系统，包括：动力电池组、信息采集模块、主控模块、均衡控制模块、均衡电路模块和DC/DC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2n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个由反激式变压器、MOS开关管和整流二极管组成的均衡电路单元，每个均衡电路单元分别与所述动力电池组的单体电池一一对应连接；反激式变压器的原边分别连接对应单体电池的正、负极，且原边与电池负极之间串联有MOS开关管，MOS开关管源极、漏极之间并联有整流二极管；反激式变压器的副边分别与所述动力电池组的顶端、底端连接，且副边与电池组底端之间串联有MOS开关管，MOS开关管源极、漏极之间并联有整流二极管；
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。
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系统为能量非耗散型，以反激式变压器为储能元件，通过控制MOS开关管的通断实现电池组内任意两节电池间能量的传递，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系统，包括：动力电池组10、信息采集模块20、主控模块30、均衡控制模块40、均衡电路模块50和DC/DC模块60；
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2n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；
均衡控制模块40的输入端与主控模块30连接，驱动端通过均衡电路模块50与动力电池组10连接；
均衡电路模块50包括多个由反激式变压器、MOS开关管和整流二极管组成的均衡电路单元，每个均衡电路单元分别与所述动力电池组的单体电池一一对应连接；反激式变压器的原边分别连接对应单体电池的正、负极，且原边与电池负极之间串联有MOS开关管，MOS开关管源极、漏极之间并联有整流二极管；反激式变压器的副边分别与所述动力电池组的顶端、底端连接，且副边与电池组底端之间串联有MOS开关管，MOS开关管源极、漏极之间并联有整流二极管；
DC/DC模块60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。
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50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、C2、C3、C4与各单体电池并联，T1、T2、T3、T4为反激式变压器，M11、M12、M21、M22、M31、M32、M41、M42为4对MOS开关管，D11、D12、D21、D22、D31、D32、D41、D42为4对整流二极管，反激式变压器T1、T2、T3、T4的原边分别连接对应单体电池的正负极，副边分别与动力电池组10的顶端、底端连接。四个均衡电路单元分别与四个单体电池B1、B2、B3、B4一一对应连接。
需要说明的是，对于n节电池组成的动力电池组，其均衡电路可参照此相邻的四节单体电池之间的均衡单元电路拓扑展开。
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电压高于电池B3电压时，输出控制信号至均衡控制模块40，均衡控制模块40输出相应的PWM调制信号控制MOS开关管M11导通、M12断开，电流从电池B1正极经T1原边绕组流到B1负极，能量储存在T1原边绕组中。
经过设定时间后，均衡控制模块40控制MOS开关管M11断开、M12导通，储存在T1原边绕组的能量直接耦合到T1副边绕组。
经过设定时间后，MOS开关管M32导通，能量由T1副边绕组传递到T3副边绕组。
再经过相应设定时间后，断开MOS开关管M12、M32，同时打开MOS开关管M31，储存在T3副边绕组的能量直接耦合到T3原边绕组，给电池B3充电，能量转移到单体电压较低的B3电池，由此实现能量从电池B1到电池B3的转移。

Claims (3)

1.一种动力电池组主动均衡系统，其特征在于，包括：动力电池组、信息采集模块、主控模块、均衡控制模块、均衡电路模块和DC/DC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2n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个由反激式变压器、MOS开关管和整流二极管组成的均衡电路单元，每个均衡电路单元分别与所述动力电池组的单体电池一一对应连接；反激式变压器的原边分别连接对应单体电池的正、负极，且原边与电池负极之间串联有MOS开关管，MOS开关管源极、漏极之间并联有整流二极管；反激式变压器的副边分别与所述动力电池组的顶端、底端连接，且副边与电池组底端之间串联有MOS开关管，MOS开关管源极、漏极之间并联有整流二极管；
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。
2.如权利要求1所述的动力电池组主动均衡系统，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系统，其特征在于，以反激式变压器为储能元件，通过控制MOS开关管的通断实现电池组内任意两节电池间能量的传递。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113783247A (zh) * 2021-08-12 2021-12-10 西安交通大学 一种液态金属电池组两级双向均衡系统及控制方法
CN116799903A (zh) * 2023-06-16 2023-09-22 长沙联合电动科技有限公司 一种基于主动均衡式充电管理的电池包及换电柜

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