多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置，包括動態(tài)主動雙向均衡部分、電池組采集部分、電池組終端顯示部分和手提結(jié)構(gòu)部分；動態(tài)主動雙向均衡部分包括雙向均衡單元和控制單元；雙向均衡單元和控制單元通過控制線束和通訊線束相互連接；控制單元包括CAN總線接口；電池組采集部分包括采集單元和采集控制單元；采集單元和采集控制單元通過控制線束和通訊線束相互連接；電池組終端顯示部分通過串口分別與雙向均衡單元、采集控制單元連接。本實用新型使用雙向均衡技術(shù)，將多余的電量按照軟件既定的規(guī)律，轉(zhuǎn)移到具有短板性質(zhì)的電芯里，使得系統(tǒng)的效率和安全性都比較高。本裝置適于在電動汽車中快換體系和快充體系使用。
【專利說明】多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]世界能源問題已成為制約人類社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題，能源生產(chǎn)與消費過程中導(dǎo)致的環(huán)境與生態(tài)的破壞，造成了無法估量的社會和人文災(zāi)難。因此，21世紀(jì)新能源的開發(fā)與利用，已不再是一個將來的話題?？茖W(xué)家和經(jīng)濟學(xué)家均認(rèn)為本世紀(jì)將面臨最關(guān)鍵的兩大難題是能源短缺和環(huán)境污染。
[0003]當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸時，越來越多的國家開始尋求經(jīng)濟發(fā)展的"新動力"-可再生能源。《中華人民共和國可再生能源法》已經(jīng)頒布，將于2006年I月I日正式實施；這一切都預(yù)示新能源、新材料的科學(xué)技術(shù)進步與技術(shù)成果大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的時代即將到來。
[0004]一項數(shù)據(jù)分析顯示，我國汽車行業(yè)對石油的消耗量已經(jīng)高達總消耗量的I / 3以上。由此推算，在未來的20年，汽車行業(yè)將成為石油最大的消耗部門，而30年后汽車行業(yè)對石油的消耗量將達到總消耗量的80%以上。
[0005]因為節(jié)能環(huán)保等因素制約我國目前必須發(fā)展新能源，然而在新能源行業(yè)電動汽車首先為磷酸鐵鋰電池組。磷酸鐵鋰電池組由于其安全有效的動力電池充電方式，使得其的到了廣泛的普及。由多個串聯(lián)起來的動力電池組成的電壓值比單個的動力電池要高出好多，也只有多個串聯(lián)組成的動力電池的高電壓才能提供足夠的動力給電動汽車。日常生活中，電池組在充電時是將其作為一個整體采用一個電源進行充電的。
[0006]單個電池的特性總存在差異，所以充電時電壓也不盡相同，導(dǎo)致的結(jié)果就是有的電池已經(jīng)充滿有的則沒有。在充電過程中，當(dāng)動力電池充到飽和狀態(tài)時，多余的電量不僅不會儲存在電池里，而是消耗在其他動力電池中并致使電池發(fā)生過熱。另一方面，當(dāng)充電終止時，各電池荷電未達均衡，又會導(dǎo)致放電的不均衡，甚至使得個別電池因深度放電引起極性顛倒，縮短了電池組的壽命。為了不縮短電池組的壽命，必須要讓電池組均衡充放電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置，包括動態(tài)主動雙向均衡部分、電池組采集部分、電池組終端顯示部分；動態(tài)主動雙向均衡部分包括雙向均衡單元和控制單元；雙向均衡單元和控制單元通過控制線束和通訊線束相互連接；控制單元包括CAN總線接口 ；電池組采集部分包括采集單元和采集控制單元；采集單元和采集控制單元通過控制線束和通訊線束相互連接；電池組終端顯示部分通過串口分別與雙向均衡單元、采集控制單元連接。
[0009]作為優(yōu)選，雙向均衡單元包括LTC3300雙向均衡集成芯片。
[0010]作為優(yōu)選，采集單元包括ATA6870專用電池組采集芯片。[0011]作為優(yōu)選，控制采集單元使用了 ATMEGA32單片機。
[0012]作為優(yōu)選，控制單元包括32位單片機。
[0013]作為優(yōu)選，電池組終端顯示部分包括X86硬件構(gòu)架的工控機與顯示屏。
[0014]作為優(yōu)選，控制單元和采集單元包括級聯(lián)接口。
[0015]本實用新型的有益效果是:
[0016]使用雙向均衡技術(shù)，將多余的電量按照軟件既定的規(guī)律，轉(zhuǎn)移到具有短板性質(zhì)的電芯里，這樣系統(tǒng)的效率和安全性都比較高。關(guān)鍵技術(shù)使用了高頻DC開關(guān)電源設(shè)計思路，使的整個裝置體積變得很小，并且設(shè)備的穩(wěn)定性能很好，同時結(jié)合控制單元，可以完全的嵌入到電池管理系統(tǒng)，并且和電池管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，統(tǒng)籌管理電池組，最優(yōu)化控制電池組系統(tǒng)。本裝置可以進行級聯(lián)設(shè)計，最大可以控制1000伏以內(nèi)的電池組均衡，可以運用到電動汽車中快換體系和快充體系里。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0018]圖1是本實用新型多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置實施例的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0019]圖1為多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置。由動態(tài)主動雙向均衡部分、電池組采集部分、電池組終端顯示部分組成。
[0020]動態(tài)主動雙向均衡部分由雙向均衡單元和控制單元組成，主要功能將12串電芯的電壓采集到控制單元，同時通過串口將信息傳輸?shù)诫姵亟M終端顯示部分，并且控制單元含有CAN總線接口，接受BMS系統(tǒng)傳輸過來的電池組信息。控制單元經(jīng)過最優(yōu)化，數(shù)據(jù)對t匕，排序等算法后，將合理的控制命令傳輸?shù)诫p向均衡單元，實現(xiàn)動態(tài)的控制雙向均衡單元進行電池之間的能量轉(zhuǎn)移。
[0021]電池組采集部分包括采集單元和控制采集單元，主要功能為將高精準(zhǔn)度的電池組電壓信息，通過采集控制單元傳輸?shù)诫姵亟M終端顯示部分，進行電池組均衡信息的監(jiān)控，并保存相關(guān)數(shù)據(jù)，后期進行相關(guān)分析。
[0022]電池組終端顯示部分主要使用嵌入式工控機，安裝動態(tài)主動雙向均衡應(yīng)用軟件和電池組采集應(yīng)用軟件，并連接相關(guān)通信和存儲設(shè)備，進行數(shù)據(jù)交互和保存。
[0023]動態(tài)主動雙向均衡部分的雙向均衡單元，控制芯片使用LTC3300雙向均衡集成芯片。由于利用高頻DC開關(guān)電源技術(shù)，使整個單元體積變得很小，其穩(wěn)定性能和安全性能大幅度提聞。
[0024]動態(tài)主動雙向均衡部分的控制單元，使用了 32位單片機進行數(shù)據(jù)處理和交互。一方面接收雙向均衡單元本身采集的電池電壓數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫姵亟M終端顯示部分；一方面也接收BMS系統(tǒng)傳輸過來的電池電壓數(shù)據(jù)。將2組數(shù)據(jù)進行對比，分析其準(zhǔn)確度。為了實現(xiàn)電池組在放電、充電和靜置時進行雙向主動均衡，控制單元根據(jù)傳輸過來的2組數(shù)據(jù)，進行排序算法和最優(yōu)化算法，動態(tài)的實現(xiàn)電池組雙向主動均衡。同時根據(jù)電池組工作狀態(tài)，控制均衡時機，引用PI算法，防止過度均衡導(dǎo)致能量的損失?？刂茊卧ぷ髟诟邏旱碾姵亟M和復(fù)雜的整車系統(tǒng)里，為了單元穩(wěn)定的工作，進行了供電隔離技術(shù)，CAN、RS232通信隔離技術(shù)及相關(guān)控制線束光耦隔離和TVS保護措施。
[0025]電池組采集部分的采集單元，使用了高集成度的ATA6870專用電池組采集芯片，其精準(zhǔn)度比較高，采樣速度快，用來驗證均衡效果和數(shù)據(jù)分析。該芯片本身可以進行級聯(lián)控制，數(shù)據(jù)傳輸比較穩(wěn)定，抗干擾能力強。控制采集單元使用了 ATMEGA32單片機控制數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)處理，將ATA6870傳輸過來的數(shù)據(jù)進行分割、緩存和分析后，再通過串口傳輸?shù)诫姵亟M終端顯示部分?？刂撇杉瘑卧ぷ髟诟邏旱碾姵亟M里，為了單元能安全的工作，進行了供電隔離技術(shù)，RS232通信隔離技術(shù)及相關(guān)管腳的TVS保護措施。
[0026]電池組終端顯示部分，使用了 7寸的X86硬件構(gòu)架的工控機，安裝常規(guī)的操作系統(tǒng)。根據(jù)裝置的硬件和軟件要求，設(shè)計和安裝了動態(tài)主動雙向均衡應(yīng)用軟件和電池組采集應(yīng)用軟件。動態(tài)主動雙向均衡應(yīng)用軟件主要為基于VC框架的編程，主要實現(xiàn)主動雙向均衡電壓閥值的設(shè)置，均衡效率的設(shè)置，均衡級聯(lián)地址的設(shè)置等，同時也顯示電池組各個電壓的數(shù)據(jù)。電池組采集應(yīng)用軟件是基于Labview框架的編程，使用先進的儀表設(shè)計控件和程序，將電池組的電壓數(shù)據(jù)準(zhǔn)確快速的顯示到工控機中，同時能進行數(shù)據(jù)的動態(tài)分析，電壓告警顯示，并且將相關(guān)的數(shù)據(jù)進行導(dǎo)出，以EXECL表格形式保存，供后期的數(shù)據(jù)挖掘。由于定制了以上2個應(yīng)用軟件，可以動態(tài)的顯示和掌握雙向主動均衡的過程，進一步分析電池組工作狀態(tài)。
[0027]本實施例還包括手提式外殼。手提式外殼的后側(cè)設(shè)計了 12串電池接口，2路RS232接口，2路CAN接口，I路USB接口及電源接口 ；外殼的左右兩側(cè)設(shè)計了上級級聯(lián)接口族和下級級聯(lián)接口族；外殼的前側(cè)設(shè)計了用戶顯示屏和部分?jǐn)?shù)字按鍵，外殼頂面設(shè)計了便攜式手柄和相關(guān)功能按鍵。
[0028]由于外殼設(shè)計了合理的尺寸，使整個裝置易于攜帶，提高安全和穩(wěn)定性能。
[0029]另外該裝置可以進行相互串聯(lián)使用，可以進行至少20個此裝置的級聯(lián)，實現(xiàn)1000V以下的電池組均衡。
[0030]本實施例可以運用到電動汽車的單箱快換系統(tǒng)和多箱串聯(lián)快充系統(tǒng)中。
[0031]由于本實施例的動態(tài)主動雙向均衡部分、電池組采集部分、電池組終端顯示部分這3個部分是相對獨立工作的，可以根據(jù)現(xiàn)場情況進行各個部分的裁剪，增加了裝置的靈活性和應(yīng)用范圍，提高系統(tǒng)的綜合價值。
[0032]本實施例的使用操作方法:
[0033]1、硬件簡介:
[0034]本裝置輸入部分分為串聯(lián)鋰離子電池輸入部分，外部BMS的CAN輸入部分，計算機RS232輸入部分及電源輸入部分。輸出部分分為裝置的上級級聯(lián)接口族和下級級聯(lián)接口族，以及USB數(shù)據(jù)輸出口。裝置工作時候，散熱風(fēng)扇就開始工作。
[0035]2、系統(tǒng)使用方法:
[0036]首先，按下電源鍵，50秒內(nèi)裝置啟動完畢，自動運行動態(tài)主動雙向均衡應(yīng)用軟件(后臺運行)和電池組采集應(yīng)用軟件，按照說明書的要求進行軟件設(shè)置。并按照接線次序?qū)囯x子串聯(lián)電池組的輸出部分接入本裝置輸入部分，裝置的散風(fēng)扇開始工作，裝置的電池組終端顯示部分能立刻顯示相關(guān)數(shù)據(jù)并實時保存。裝置需要進行級聯(lián)運用的，可以按照說明書來設(shè)置動態(tài)主動雙向均衡應(yīng)用軟件，并按照說明書進行級聯(lián)線束的連接。
[0037]本裝置在運行過程中，實時進行數(shù)據(jù)的保存，同時實時顯示均衡的效率和其他告警信息。裝置按照程序完成均衡工作后，進入待機狀態(tài)，等待短板電芯的出現(xiàn)。所有工序均自動完成。
[0038]以上所述的本實用新型實施方式，并不構(gòu)成對本實用新型保護范圍的限定。任何在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置，其特征在于:包括動態(tài)主動雙向均衡部分、電池組采集部分、電池組終端顯示部分；所述動態(tài)主動雙向均衡部分包括雙向均衡單元和控制單元；所述雙向均衡單元和控制單元通過控制線束和通訊線束相互連接；所述控制單元包括CAN總線接口 ；所述電池組采集部分包括采集單元和采集控制單元；所述采集單元和采集控制單元通過控制線束和通訊線束相互連接；所述電池組終端顯示部分通過串口分別與雙向均衡單元、采集控制單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置，其特征在于:所述雙向均衡單元包括LTC3300雙向均衡集成芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置，其特征在于:所述采集單元包括ATA6870專用電池組采集芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置，其特征在于:所述控制采集單元使用了 ATMEGA32單片機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置，其特征在于:所述控制單元包括32位單片機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置，其特征在于:所述電池組終端顯示部分包括X86硬件構(gòu)架的工控機與顯示屏。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多串鋰離子電池雙向主動均衡裝置，其特征在于:所述控制單元和采集單元包括級聯(lián)接口。
【文檔編號】H02J7/00GK203504207SQ201320453810
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】郭言平 申請人:合肥國軒高科動力能源股份公司