專利名稱：一種全兼容動(dòng)力電池均衡裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一種用于車輛電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種可兼容的電池均衡裝置和均衡方法。
背景技術(shù)：
電池作為電動(dòng)汽車的核心，直接影響著電動(dòng)汽車的駕駛性能及安全性能，隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，電池成為了制約電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展的重要因素。作為電動(dòng)汽車能量主要來(lái)源的車載動(dòng)力電池組一般是由多個(gè)低壓電池單體進(jìn)行串、并聯(lián)而成，由于生產(chǎn)的電池單體總會(huì)存在或多或少的差異，在使用的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)電壓偏高或偏低的不一致性，如果出現(xiàn)差異又不能夠及時(shí)進(jìn)行均衡處理，則這種差異會(huì)在使用過(guò)程中進(jìn)一步加大，如果動(dòng)力電池長(zhǎng)期處于這種整體能量不均的狀態(tài)，除了會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電池組的容量嚴(yán)重衰竭、影響電池的使用壽命之外，甚至引起電池?fù)p壞、發(fā)生爆炸，危害社會(huì)財(cái)產(chǎn)及生命安全。為消除電池單體的不均勻性，一般采用電池均衡的方法。電池組均衡的過(guò)程通常是借助外部電路對(duì)電池組內(nèi)單體電池的一致性差異進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，達(dá)到維護(hù)單體電池間均衡性的目的。最常見的均衡方法是在單體電池或電池組兩端并聯(lián)一個(gè)旁路電阻，并通過(guò)一個(gè)開關(guān)來(lái)控制電阻的通斷，借助電阻來(lái)消耗電壓較高的部分單體電池能量，維持電池組的整體均衡性，開關(guān)一般多選用MOST管，目前常用的磷酸鐵鋰電池管理系統(tǒng)，可直接接入電池單體作為開關(guān)管的開啟電壓，而對(duì)于其他單體電壓較低的鎳氫電池、電容電池或超級(jí)電容等則無(wú)法兼容，用戶則需要根據(jù)使用的電池來(lái)訂制相應(yīng)的管理電池系統(tǒng)，一旦更換電池， 將導(dǎo)致管理系用失效或匹配度下降。若將多個(gè)電池單體串聯(lián)成電池組提高電壓以滿足開關(guān)管開啟，使均衡電阻接入該電池組對(duì)整個(gè)電池組均衡，無(wú)法對(duì)電池單體進(jìn)行管理，已失去電池管理系統(tǒng)的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)，提供一種可匹配多種單體電池電壓的動(dòng)力電池的電池均衡裝置及方法，提高電池管理均衡系統(tǒng)對(duì)新型電池的匹配性和對(duì)所有動(dòng)力電池的兼容性，減少特殊定制，降低成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種全兼容動(dòng)力電池均衡裝置，包括多個(gè)單體電池B串聯(lián)成的動(dòng)力電池組；多個(gè)由均衡電阻R和開關(guān)管T串聯(lián)成的均衡支路，均衡支路與單體電池B并聯(lián)；多個(gè)均衡開關(guān)U， 受控于控制單元，為所述均衡支路的開關(guān)管接入開啟電壓；控制單元，檢測(cè)出需要均衡的單體電池，控制所述均衡開關(guān)；其特征在于每個(gè)單體電池B獨(dú)立并聯(lián)一個(gè)所述均衡支路，每個(gè)均衡支路的開關(guān)管獨(dú)立由一個(gè)所述均衡開關(guān)U控制，所述開關(guān)管通過(guò)所述均衡開關(guān)接入所述動(dòng)力電池組中串聯(lián)的兩個(gè)單體電池作為開啟電源。所述通過(guò)均衡開關(guān)接入開關(guān)管的兩個(gè)串聯(lián)單體電池，一個(gè)為所述均衡開關(guān)對(duì)應(yīng)的單體電池，一個(gè)為與此單體電池串聯(lián)的高位單體電池，所述動(dòng)力電池組輸出端正極的單體電池的均衡支路其開關(guān)管通過(guò)外接的隔離電源提供開啟電源。所述均衡開關(guān)為光耦合器，所述開關(guān)管為場(chǎng)效應(yīng)管，其輸出端的集電極接所述高位單體電池的正極，發(fā)射極接所述場(chǎng)效應(yīng)管源極。本技術(shù)方案還包括一種全兼容動(dòng)力電池均衡方法，動(dòng)力電池組包括η個(gè)串聯(lián)的單體電池B1A2-Bn,對(duì)應(yīng)每一個(gè)單體電池Bn，都有一個(gè)開關(guān)管Tn和均衡電阻Rn串聯(lián)的均衡支路與其并聯(lián)；都有一個(gè)均衡開關(guān)Un為開關(guān)管Tn接入開啟電源，所述開啟電源為近似m倍單體電池，直接源于動(dòng)力電池組，均衡開關(guān)Un為開關(guān)管Tn接入動(dòng)力電池組中單體電池Bn^1) 至Bn串聯(lián)的電池電源，其中開關(guān)管IV-Tnri通過(guò)對(duì)應(yīng)的外接隔離電源V^-Vnri提供開啟電源。所述開關(guān)管為場(chǎng)效應(yīng)管，所述開啟電壓優(yōu)選近似2倍單體電池電壓。
所述隔離電源為單端反激式隔離電源。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)動(dòng)力電池組多節(jié)單體電池取壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池電壓在1. 5V以下的動(dòng)力電池的單體均衡，同時(shí)兼容目前常用的單體電池電壓在3V左右的鋰電池、電容電池等其他動(dòng)力電池，達(dá)到動(dòng)力電池全兼容均衡。對(duì)單體電池電壓在1. 5V以下的動(dòng)力電池，不需要對(duì)每個(gè)單體電池增加外接均衡電源來(lái)提供開啟電源，只需要根據(jù)均衡支路所需的開啟電源電壓在動(dòng)力電池單體的倍數(shù)， 對(duì)動(dòng)力電池組的相應(yīng)倍數(shù)個(gè)的高位單體電池外接隔離電源即可，減化了整個(gè)電池均衡裝置結(jié)構(gòu)。由于各種單體電池電壓的動(dòng)力電池都可以兼容，因此車輛可以根據(jù)需要更換動(dòng)力電池而無(wú)需更換或定制新的電池均衡管理系統(tǒng)，提高了使用的靈活性，降低了成本。


圖1為本發(fā)明全兼容動(dòng)力電池均衡裝置實(shí)例結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明全兼容動(dòng)力電池均衡裝置中隔離電源實(shí)例電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。如附圖1所示采用本發(fā)明技術(shù)方案全兼容動(dòng)力電池均衡方法的全兼容動(dòng)力電池均衡裝置，動(dòng)力電池組包括η個(gè)串聯(lián)的單體電池Bi、B2··· Bn，對(duì)應(yīng)每一個(gè)單體電池Bn，都有一個(gè)開關(guān)管Tn和均衡電阻Rn串聯(lián)的均衡支路與其并聯(lián)；都有一個(gè)均衡開關(guān)Un為開關(guān)管Tn接入開啟電源，所述開啟電源為近似m倍單體電池，直接源于動(dòng)力電池組，均衡開關(guān)Un為開關(guān)管Tn接入動(dòng)力電池組中單體電池B(^1)至Bn串聯(lián)的電池電源，其中開關(guān)管IV-Tnri通過(guò)對(duì)應(yīng)的外接隔離電源AV-Vnri提供開啟電源。附圖1為取近似2倍單體電池作為開啟電源的連接結(jié)構(gòu)，即m的值為2。若選用的單體電池電壓為1.2V，MOS管的開啟電壓為1.5V，則取近似2倍單體電池作為開啟電源可以滿足開關(guān)管的開啟條件。多個(gè)單體電池BpBfBn串聯(lián)成的動(dòng)力電池組，B1正極為動(dòng)力電池組輸出端正極， Bn的負(fù)極為動(dòng)力電池組輸出端的負(fù)極，B1為B2串聯(lián)的高位單體電池，開關(guān)管選用N型MOS管，均衡開關(guān)采用光耦合器，實(shí)現(xiàn)光電隔離。對(duì)單體電池B2而言，均衡電阻R2串聯(lián)MOS管T2 組成均衡支路，即MOS管T2的源極和漏極與均衡電阻R2串聯(lián)后再與單體電池B2并聯(lián)，光耦合器U2的輸入端接控制單元，受控于控制單元。光耦合器U2輸出端的發(fā)射極接MOS管T2的柵極，集電極接單體電池B1的正極，即接入動(dòng)力電池組中單體電池B1至B2串聯(lián)的電池單元作為B2均衡支路的MOS管T2開啟電壓。相應(yīng)的，對(duì)于單體電池B3,均衡電阻R3串聯(lián)MOS管T3組成均衡支路，即MOS管T3的源極和漏極與均衡電阻R3串聯(lián)后再與單體電池B3并聯(lián)，光耦合器U3的輸入端接控制單元， 受控于控制單元。光耦合器U3輸出端的發(fā)射極接MOS管T3的柵極，輸出端的集電極接單體電池B2的正極，即接入動(dòng)力電池組中單體電池B2至B3串聯(lián)的電池單元作為B3均衡支路的 MOS管T3開啟電壓。以相同的連接方式，直至單體電池Bn。對(duì)于單體電池B1，無(wú)串聯(lián)的高位單體電池，為滿足MOS管T1的開啟電壓，需要外接隔離電源義。本實(shí)施例中采用3V單端反激式隔離電源，光耦合器U1輸出端的發(fā)射極接MOS 管1\的柵極，輸出端的集電極接隔離電源V1正極，隔離電源V1的負(fù)極接MOS管T1的源極。隔離電源采用的單端反激式開關(guān)電源如附圖2。所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè)。如圖所示，當(dāng)開關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)，高頻變壓器T初級(jí)繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，整流二極管VD處于截止?fàn)顟B(tài)，在初級(jí)繞組中儲(chǔ)存能量。當(dāng)開關(guān)管Q截止時(shí)，變壓器T初級(jí)繞組中存儲(chǔ)的能量，通過(guò)次級(jí)繞組及VD整流和電容C濾波后向負(fù)載輸出。本實(shí)施例的工作過(guò)程如下若控制單元根據(jù)采集的數(shù)據(jù)確定某一單體電池需要進(jìn)行放電均衡，如單體電池 B2,則向光耦合器U2的輸入端輸出導(dǎo)通信號(hào)，控制其輸出端導(dǎo)通，則單體電池B1至B2的電壓加在MOS管T2的柵源兩端，MOS管T2導(dǎo)通，單體電池B2通過(guò)均衡電阻R3分流，實(shí)現(xiàn)放電均衡?？刂茊卧蚬怦钶敵龅膶?dǎo)通信號(hào)為PWM信號(hào)，通過(guò)控制PWM信號(hào)的占空比調(diào)整MOS管 T2的導(dǎo)通時(shí)間，從而控制單體電池B2的分流大小，實(shí)現(xiàn)均衡控制。
權(quán)利要求
1.一種全兼容動(dòng)力電池均衡裝置，包括多個(gè)單體電池B串聯(lián)成的動(dòng)力電池組；多個(gè)由均衡電阻R和開關(guān)管T串聯(lián)成的均衡支路，均衡支路與單體電池B并聯(lián)；多個(gè)均衡開關(guān)U,受控于控制單元，為所述均衡支路的開關(guān)管接入開啟電壓；控制單元，檢測(cè)出需要均衡的單體電池，控制所述均衡開關(guān)；其特征在于每個(gè)單體電池B獨(dú)立并聯(lián)一個(gè)所述均衡支路，每個(gè)均衡支路的開關(guān)管獨(dú)立由一個(gè)所述均衡開關(guān)U控制，所述開關(guān)管通過(guò)所述均衡開關(guān)接入所述動(dòng)力電池組中串聯(lián)的兩個(gè)單體電池作為開啟電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全兼容動(dòng)力電池均衡裝置，其特征在于所述通過(guò)均衡開關(guān)接入開關(guān)管的兩個(gè)串聯(lián)單體電池，一個(gè)為所述均衡開關(guān)對(duì)應(yīng)的單體電池，一個(gè)為與此單體電池串聯(lián)的高位單體電池，所述動(dòng)力電池組輸出端正極的單體電池的均衡支路其開關(guān)管通過(guò)外接的隔離電源提供開啟電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全兼容動(dòng)力電池均衡裝置，其特征在于所述均衡開關(guān)為光耦合器，所述開關(guān)管為場(chǎng)效應(yīng)管，其輸出端的集電極接所述高位單體電池的正極，發(fā)射極接所述場(chǎng)效應(yīng)管源極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全兼容動(dòng)力電池均衡裝置，其特征在于所述隔離電源為單端反激式隔離電源。
5.一種全兼容動(dòng)力電池均衡方法，其特征在于動(dòng)力電池組包括η個(gè)串聯(lián)的單體電池 Bp B^ Βη，對(duì)應(yīng)每一個(gè)單體電池Βη，都有一個(gè)開關(guān)管Tn和均衡電阻Rn串聯(lián)的均衡支路與其并聯(lián)；都有一個(gè)均衡開關(guān)Un為開關(guān)管Tn接入開啟電源，所述開啟電源為近似m倍單體電池， 直接源于動(dòng)力電池組，均衡開關(guān)Un為開關(guān)管Tn接入動(dòng)力電池組中單體電池Bn-^1)至Bn串聯(lián)的電池電源，其中開關(guān)管IV-Tnri通過(guò)對(duì)應(yīng)的外接隔離電源V^-Vnri提供開啟電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全兼容動(dòng)力電池均衡方法，其特征在于所述開關(guān)管為場(chǎng)效應(yīng)管，所述開啟電壓優(yōu)選近似2倍單體電池電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全兼容動(dòng)力電池均衡方法，其特征在于所述隔離電源為單端反激式隔離電源。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種全兼容動(dòng)力電池的均衡裝置及方法，動(dòng)力電池組包括n個(gè)串聯(lián)的單體電池B1、B2…Bn，對(duì)應(yīng)每一個(gè)單體電池Bn，都有一個(gè)開關(guān)管Tn和均衡電阻Rn串聯(lián)的均衡支路與其并聯(lián)；都有一個(gè)均衡開關(guān)Un為開關(guān)管Tn接入開啟電源，所述開啟電源為近似m倍單體電池，直接源于動(dòng)力電池組，均衡開關(guān)Un為開關(guān)管Tn接入動(dòng)力電池組中單體電池Bn-(m-1)至Bn串聯(lián)的電池電源，其中開關(guān)管T1…Tm-1通過(guò)對(duì)應(yīng)的外接隔離電源V1…Vm-1提供開啟電源。本發(fā)明可匹配多種單體電池電壓的動(dòng)力電池，提高了電池管理均衡系統(tǒng)對(duì)新型電池的匹配性和對(duì)所有動(dòng)力電池的兼容性，減少特殊定制，有效降低成本。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102231554SQ20111018765
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者何斌, 夏鵬 申請(qǐng)人:天津市松正電動(dòng)汽車技術(shù)股份有限公司