CN217362616U - 动力电池组的均衡供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种动力电池组的均衡供电系统，包括供电母线、控制单元组和电池管理单元，所述控制单元组和所述电池管理单元通过所述供电母线连接供电电源，所述电池管理单元包括均衡模块，所述均衡模块用于对所述动力电池组中的单体电池进行充放电均衡；所述控制单元组在通电时所述均衡模块关闭，所述控制单元组在断电时所述均衡模块启动。本实用新型能提高电压数据采集的准确性，从而提升SOC的计算精度，提高均衡效果，安全可靠，并降低成本。

Description

动力电池组的均衡供电系统

技术领域

本实用新型涉及供电技术领域，尤其涉及动力电池组的均衡供电系统。

背景技术

动力电池组由多节单体电池组成，而由于生产环境、工艺参数、原材料等的不同，生产出来的每个单体电池之间存在性能差异，并且由于使用环境的差别，这种性能差异会随着时间延长而扩大。为了动力电池组的安全和使用寿命，每节单体电池的电压和SOC(电池中剩余电荷的可用状态，英文：State of Charge)必须限制在合理范围内，所以当有单体电池的容量过高或过低的时候，动力电池组会停止运行，以便对该单体电池进行保护，而容量还在在正常范围内的其他单体电池则不能完全发挥性能。

为了发挥各单体电池的性能，现有技术是给动力电池组配置主动均衡模块，对容量高的单体电池进行均衡放电，容量低的电池进行均衡充电，从而调整动力电池组的一致性。如图1所示，BMU(电池管理单元,英文：Battery Management Unit)包括主动均衡模块和用于采集数据的AFE模拟前端芯片，BMU采集动力电池组中各单体电池的电压数据，计算各单体电池SOC的相对大小关系，控制均衡模块的工作状态(充电、放电和关闭),从而对电池进行充放电均衡。在控制开关K接通电源Vs后，BMU和控制单元组(其他需从电源Vs处供电的电气设备的电子控制单元)共同通电工作，同时主动均衡模块对动力电池组进行均衡充放电工作，将SOC偏高电池的能量转移到电源Vs内储存，低容量电池从电源Vs 处获得能量。

现有的技术方案中，BMU与控制单元组同步通电工作，同步断电关闭。如图 2所示，控制单元组通电工作时，主动均衡模块开启，动力电池处于充放电状态，动力电池组要对汽车控制器供电则会在主回路上有电流I流过，其中VB1、VBn 为实际电池电压，Vb1、Vbn为数据采集模块AFE看到的电压，R1、Rn为各单体电池的等效串联电阻,其中Vbn＝VBn+I*Rn。等效串联电阻Rn和主回路电流I产生的电压Vbn影响了单体电池的表观电压，即BMU的采样电压Vs，使得采集的电压数据不准确，SOC计算有误差，导致主动均衡模块对电池的充放电均衡失误，影响均衡效果。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种动力电池组的均衡供电系统，以便在开展均衡工作时，提高采集电压数据的准确性。

为实现上述目的，本实用新型提供一种动力电池组的均衡供电系统，包括供电母线、控制单元组和电池管理单元，所述控制单元组和所述电池管理单元通过所述供电母线连接供电电源，所述电池管理单元包括均衡模块，所述均衡模块用于对所述动力电池组中的单体电池进行充放电均衡；所述控制单元组在通电时所述均衡模块关闭，所述控制单元组在断电时所述均衡模块启动。

优选的，所述供电母线包括母线第一段和母线第二段，所述母线第一段的一端用于连接所述供电电源，另一端连接所述母线第二段；所述控制单元组与所述母线第一段连接，所述电池管理单元与所述母线第二段连接；所述电池管理单元包括主控制单元，所述主控制单元分别连接所述母线第一段和所述均衡模块，所述主控制单元通过检测所述母线第一段的电压信号，来控制所述均衡模块启动或关闭。

优选的，还包括单向导通装置，所述单向导通装置的输入端连接所述母线第一段，所述单向导通装置的输出端连接所述母线第二段。

优选的，还包括控制开关，所述母线第一段通过所述控制开关连接所述供电电源，所述控制开关的闭合时，所述母线第一段上电，所述控制开关断开时，所述母线第一段断电。

优选的，所述电池管理单元包括数据采集模块，所述数据采集模块分别连接所述主控制单元和所述动力电池组，并采集所述动力电池组中单体电池的数据，反馈至所述主控制单元；所述主控制单元基于所述单体电池的数据，控制所述均衡模块对所述单体电池进行均衡充电或均衡放电。

优选的，所述均衡模块包括双向均衡电路，所述双向均衡电路与所述母线第二段连接，用于将所述单体电池的电量输送到所述母线第二段上，或将所述母线第二段的电量提供至所述单体电池。

优选的，所述均衡模块的均衡放电输出功率大于均衡充电输入功率，且进行均衡放电的所述单体电池与进行均衡充电的所述单体电池一一匹配。

优选的，所述均衡模块的均衡充电输出电压，大于所述单体电池的上限电压且小于或等于所述单体电池的保护电压；

所述均衡模块的均衡放电输出电压，大于所述供电电源的电压且小于所述电池管理单元的输入保护电压。

优选的，所述电池管理单元的供电输入端连接有滤波电容，所述滤波电容与所述母线第二段连接，所述滤波电容在所述母线第二段通电时储存电量，所述滤波电容在所述母线第二段断电时向所述电池管理单元供电，使所述电池管理单元保持工作状态。

优选的，所述电池管理单元包括开关电源电路，所述开关电源电路一端连接所述母线第二段，另一端连接所述控制单元，将所述母线第二段的电压转变为所述控制单元需要的电压。

与现有技术相比，本实用新型之技术方案具有以下优点：通过均衡模块和控制单元组分时工作，实现均衡模块工作时，动力电池组主回路上不会有电流通过，从而不会影响单体电池的采样电压，解决了电压数据采集不准确的问题；采用单向导通装置，可以在均衡放电输出电压大于供电电源电压时，阻断均衡模块对供电电源的充电，避免对供电电源寿命的影响；另外在控制单元组停止时开展均衡管理工作，增加了均衡时间，降低了均衡功率需求，降低均衡模块成本。本实用新型能提高电压数据采集的准确性，从而提升SOC的计算精度，提高均衡效果，安全可靠，并降低成本。

附图说明

图1是现有技术的均衡供电系统示意图；

图2是现有技术的均衡供电系统电压采集时的示意图；

图3是本实用新型动力电池组的均衡供电系统实施例的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

请参考图3，是本实用新型动力电池组的均衡供电系统实施例的示意图，均衡供电系统包括控制单元组5、供电母线、电池管理单元BMU和具有多节单体电池的动力电池组2，其中，控制单元组5包括了其他需要从供电电源1取电的各种电气设备的电子控制单元，供电母线是低压电路，一端连接供电电源1，控制单元组5和电池管理单元连接在供电母线上，通过供电母线从供电电源1取电，供电电源1可以是开关电源、蓄电池等，具体视应用场景而定。本实施例中，电池管理单元BMU可以有多个，包括BMU1、BMU2……BMUn，每个BMU管理不同的动力电池组。

供电母线包括母线第一段Vbus和母线第二段Vbus in，控制单元组5连接在所述母线第一段Vbus上，通过母线第一段Vbus从供电电源1取电，BMU1、 BMU2……BMUn连接在母线第二段Vbus in上,动力电池组2与BMU连接。本实施例中BMU设置有主控制单元MCU、和均衡模块4；MCU分别连接母线第一段Vbus 和母线第二段Vbus in；均衡模块4的数量与动力电池组2内的单体电池数量一致，每个均衡模块4通过线束连接一节单体电池，所有均衡模块4均和母线第二段Vbus in连接，并且与MCU通信连接。MCU通过检测母线第一段Vbus的电压信号来控制均衡模块4是否启动，若MCU检测到母线第一段Vbus上电，判断控制单元组5在工作，则禁止均衡模块4运行，均衡工作关闭。MCU检测到母线第一段Vbus断电，判断出控制单元组5停止工作，则控制均衡模块4启动，对单体电池进行充放电均衡。

控制单元组5断电停止工作时，动力电池组2也不再需要给汽车控制器供电，从而通过控制均衡模块4和控制单元组5分时工作，能实现均衡模块4工作时，动力电池组2在主回路上不会产生电流，不会与等效串联电阻产生电压，从而不影响采样电压的准确性，因此BMU可以采集到电池真实的电压数据来计算SOC，大大提升SOC和均衡算法的精度，提高均衡效果。另外均衡模块4对转移相同的电量，如果均衡时间较短，则均衡电路需要更大的功率，也即需要更大的体积、成本和散热设计，如果均衡时间较长，则可降低对功率、体积及成本的需求。当电动汽车等设备长时间停止使用时，控制单元组5处于断电不工作状态，均衡模块4会获得更多的时间开展均衡工作，降低对均衡电路功率的需求，减少均衡模块的体积，从而降低成本。

具体的，均衡供电系统包括单向导通装置，如图3所示，单向导通装置可以是二极管D，二极管D输入端连接母线第一段Vbus,输出端连接母线第二段 Vbus in，通过二极管D来阻断母线第二段的电量往供电电源1充电。

具体的，均衡供电系统还包括控制开关K,控制开关K的一端连接供电电源 1，另一端连接母线第一段Vbus，控制开关K的闭合时，母线第一段上电Vbus，从而控制单元组5通电，控制开关K断开时，母线第一段断电Vbus，从而控制单元组5断电。

具体的，BMU包括数据采集模块，用来采集动力电池组中各单体电池的电压数据，如图3所示，数据采集模块为AFE模拟前端芯片3，分别连接MCU和动力电池组，将采集的各单体电池的电压数据反馈至MCU，MCU基于该电压数据计算 SOC，根据计算结果控制均衡模块4开展相应的均衡工作。

本实施例中，在控制开关K闭合时，母线第一段Vbus接通供电电源1，控制单元组5开始上电工作，同时BMU也上电工作。MCU检测到母线第一段Vbus 上电，判断出控制单元组5在通电工作，则禁止均衡模块4运行，均衡工作关闭。控制开关K断开时，控制单元组5停止工作，MCU检测到母线第一段Vbus 下电，控制均衡模块4启动，AFE模拟前端芯片3采集各单体电池的电压数据反馈至MCU，MCU基于该电压数据计算SOC，并向各均衡模块4发送充电、放电或关闭的工作指令，均衡模块4执行MCU的指令，将高SOC电池的多余电量转移到母线第二段Vbus in上，进行均衡放电，或者让低SOC的电池从母线第二段Vbus in上获取电量，进行均衡充电，同时BMU也由放电到母线第二段Vbus in 上的能量保持供电，而二极管D阻断母线第二段Vbus in上的电量给供电电源1 充电，以免影响供电电源1寿命，同时防止母线第一段Vbus通电而引起MCU误判。

具体的，如图3所示，均衡模块4设置有双向均衡电路，所述双向均衡电路与母线第二段Vbus in连接，用来将所述单体电池的电量输送到母线第二段 Vbus in上，或将母线第二段Vbus in的电量提供到所述单体电池，从而开展均衡的充放电工作。如图1所示，现有技术中各BMU上的均衡功率都通过电源Vs 支持，需要严格匹配充放电功率，否则会引起Vs过放，或者过充，进而损坏电源Vs和连接在相同供电母线Vbus上的控制单元组，而本申请的均衡供电系统，均衡模块4的均衡功率不通过供电电源1，只通过母线第二段Vbus in，并且与控制单元组5分时工作，因此不会对供电电源1和控制单元组造成损坏。

具体的，均衡模块4均衡放电的输出功率大于均衡充电的输入功率，进行均衡放电的单体电池和进行均衡充电的单体电池一一匹配，从而保证母线第二段Vbus_in上有电量。在本实施例中，一个均衡放电的单体电池对应一个均衡充电的单体电池，一对一匹配，且均衡放电输出功率大于均衡充电的输入功率，因此均衡放电电池的输出功率输送到母线第二段Vbus in后，部分功率提供给均衡充电的电池，剩余的功率供电给BMU使用，同时满足均衡充电需求和BMU 的运行供电需求。当均衡算法出错，比如给SOC高的电池充电，给SOC低的电池放电，均衡充电输入功率大于均衡放电输出功率时，母线第二段Vbus in电压降低，均衡放电输出功率进一步降低，母线第二段Vbus in加速失去功率平衡，自动掉电，BMU失去电源而停止工作，即均衡停止工作。因此，本实用新型具有自动保护功能，安全可靠。

具体的，均衡模块4的均衡充电输出电压大于所述单体电池的上限电压，小于或等于所述单体电池的保护电压。为了满足充电需求同时保护单体电池，对均衡模块的均衡充电输出电压作出限定，例如单体电池的正常电压范围为 2.5v～3.65v,其上限电压即为3.65v，保护电压为3.9v,将均衡模块4的均衡充电输出电压设置为3.7v,则可保证其充电需求，同时小于动力电池的保护电压 3.9v,保证电池安全。另外，所述均衡模块4的均衡放电输出电压，大于所述供电电源1的电压且小于所述BMU的保护电压。本实施例中，设置均衡放电输出电压小于BMU的保护电压，可以保证BMU安全运行，保证二极管D的阻断；大于供电电源1的电压，保证均衡运行时，放电的电量供电往动力电池组充电，而不会往供电电源1充电，以免影响车辆的电源管理。

具体的，所述BMU输入端设置有滤波电容(图中未示出)，所述滤波电容与所述母线第二段Vbus in连接，在所述母线第二段通电时,滤波电容储存电量，在所述母线第二段断电时，滤波电容向所述电池管理单元供电，因此所述滤波电容储存有足够的电量，可以在控制开关K断开时，控制单元组5断电停止工作后，滤波电容继续向所述BMU供电，使BMU保持工作状态，BMU靠滤波电容的电量能够维持比控制单元组5运行更长的时间，从而使MCU控制均衡模块4启动之后，BMU再由均衡放电到母线第二段Vbus in上的电量供电。

具体的，所述BMU还设置有开关电源电路DC/DC，所述开关电源电路DC/DC 一端连接母线第二段Vbus in，另一端连接MCU，将母线第二段Vbus in的电压转变为MCU需要的电压。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力电池组的均衡供电系统，包括供电母线、控制单元组和电池管理单元，所述控制单元组和所述电池管理单元通过所述供电母线连接供电电源，其特征在于：

所述电池管理单元包括均衡模块，所述均衡模块用于对所述动力电池组中的单体电池进行充放电均衡；所述控制单元组在通电时所述均衡模块关闭，所述控制单元组在断电时所述均衡模块启动。

2.根据权利要求1所述的动力电池组的均衡供电系统，其特征在于：

所述供电母线包括母线第一段和母线第二段，所述母线第一段的一端用于连接所述供电电源，另一端连接所述母线第二段；所述控制单元组与所述母线第一段连接，所述电池管理单元与所述母线第二段连接；

所述电池管理单元包括主控制单元，所述主控制单元分别连接所述母线第一段和所述均衡模块，所述主控制单元通过检测所述母线第一段的电压信号，来控制所述均衡模块启动或关闭。

3.根据权利要求2所述的动力电池组的均衡供电系统，其特征在于：还包括单向导通装置，所述单向导通装置的输入端连接所述母线第一段，所述单向导通装置的输出端连接所述母线第二段。

4.根据权利要求3所述的动力电池组的均衡供电系统，其特征在于：还包括控制开关，所述母线第一段通过所述控制开关连接所述供电电源，所述控制开关的闭合时，所述母线第一段上电，所述控制开关断开时，所述母线第一段断电。

5.根据权利要求4所述的动力电池组的均衡供电系统，其特征在于：所述电池管理单元包括数据采集模块，所述数据采集模块分别连接所述主控制单元和所述动力电池组，并采集所述动力电池组中单体电池的数据，反馈至所述主控制单元；所述主控制单元基于所述单体电池的数据，控制所述均衡模块对所述单体电池进行均衡充电或均衡放电。

6.根据权利要求5所述的动力电池组的均衡供电系统，其特征在于：所述均衡模块包括双向均衡电路，所述双向均衡电路与所述母线第二段连接，用于将所述单体电池的电量输送到所述母线第二段上，或将所述母线第二段的电量提供至所述单体电池。

7.根据权利要求6所述的动力电池组的均衡供电系统，其特征在于：所述均衡模块的均衡放电输出功率大于均衡充电输入功率，且进行均衡放电的所述单体电池与进行均衡充电的所述单体电池一一匹配。

8.根据权利要求6所述的动力电池组的均衡供电系统，其特征在于：所述均衡模块的均衡充电输出电压，大于所述单体电池的上限电压且小于或等于所述单体电池的保护电压；

所述均衡模块的均衡放电输出电压，大于所述供电电源的电压且小于所述电池管理单元的输入保护电压。

9.根据权利要求2-8任一项所述的动力电池组的均衡供电系统，其特征在于：所述电池管理单元的供电输入端连接有滤波电容，所述滤波电容与所述母线第二段连接，所述滤波电容在所述母线第二段通电时储存电量，所述滤波电容在所述母线第二段断电时向所述电池管理单元供电，使所述电池管理单元保持工作状态。

10.根据权利要求2-8任一项所述的动力电池组的均衡供电系统，其特征在于：所述电池管理单元包括开关电源电路，所述开关电源电路一端连接所述母线第二段，另一端连接所述控制单元，将所述母线第二段的电压转变为所述控制单元需要的电压。

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