新能源汽車用主動(dòng)平衡式bms控制模塊及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新能源汽車用主動(dòng)均衡BMS模塊，包括電池電壓采樣電路、均衡充電電路、均衡電路使能、ECU控制電路、故障信號輸出接口、DC-DC輔助電源、高壓直流電路，ECU控制電路通過電池電壓采樣電路與電池組連接，高壓直流電路與多個(gè)電池組連接，均衡充電電路通過均衡電路使能與ECU控制電路連接，且與電池組連接，ECU控制電路與均衡充電電路連接，ECU控制電路與電池信息或故障信號輸出接口連接，DC-DC輔助電源與高壓直流連接、ECU控制電路、均衡電路使能、均衡充電電路、電池電壓采樣電路連接，通過主動(dòng)均衡電路維持每個(gè)電池組中每一單體電池電壓的均衡，延長電池的使用壽命和增加電池使用的安全性。
【專利說明】新能源汽車用主動(dòng)平衡式BMS控制模塊及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新能源汽車用主動(dòng)平衡式BMS智能控制模塊及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在新能源汽車中為了增加電池的使用壽命和安全性，需要保證電池組的所有單體電池電壓的均衡，從而延長電池的使用壽命和增加電池工作的安全性，傳統(tǒng)的電池組內(nèi)部沒有單體電池電壓的均衡電路。由于電池生產(chǎn)工藝及使用環(huán)境的影響，電池在使用一段時(shí)間后電池組中每一單體電池容量出現(xiàn)差異，容量偏小的電池在長時(shí)間使用中會經(jīng)常出現(xiàn)過充電及過放電，使其內(nèi)阻增大，充放電產(chǎn)生的熱量增多，加速了電池的損壞，最終由于電池組中某一單體電池?fù)p壞而造成整組電池的報(bào)廢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，為了延長電池組的使用壽命，避免因電池組中某一單體電池?fù)p壞而造成整組電池的報(bào)廢。該發(fā)明采用主動(dòng)均衡電路方式，保證每一單體電池電壓的穩(wěn)定，延長使用壽命和安全性，本發(fā)明提供了一種新能源汽車用主動(dòng)平衡式BMS智能控制模塊及其控制方法。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種新能源汽車用主動(dòng)均衡BMS模塊，包括電池電壓采樣電路、均衡充電電路、均衡電路使能、ECU控制電路、電池信息或故障信號輸出接口、DC-DC輔助電源、高壓直流電路，所述的ECU控制電路通過電池電壓采樣電路與電池組連接，所述的高壓直流電路與多個(gè)電池組連接，所述的均衡充電電路與電池組連接給電池組均衡充電，所述的均衡充電電路通過均衡電路使能與ECU控制電路連接控制均衡充電電路的開關(guān)，所述E⑶控制電路與均衡充電電路連接控制是否對電池組充電，所述的E⑶控制電路與電池信息或故障信號輸出接口連接輸出電池信息及故障信號，所述DC-DC輔助電源與高壓直流連接，所述DC-DC輔助電源與ECU控制電路、均衡電路使能、均衡充電電路、電池電壓采樣電路連接為其提供直流電源。
[0005]所述的電池電壓采樣電路，用于將電池組的每一單體電池電壓進(jìn)行采樣，通過開關(guān)管及高頻脈沖變壓器組成的正激開關(guān)電源方式，將每一單體電池電壓經(jīng)過隔離后轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的直流電壓，輸出的直流電壓送給ECU控制電路。
[0006]所述的均衡充電電路，用開關(guān)管及高頻脈沖變壓器組成的反激開關(guān)電源方式給單體電池充電，某一單體電池的充電由開關(guān)管控制，開關(guān)管的開啟和關(guān)斷由ECU控制電路控制。
[0007]所述的ECU控制電路，用于根據(jù)電池電壓采樣電路輸出的電壓值，進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷值對均衡電路使能電路、均衡充電電路、故障信號接口發(fā)出控制信號。
[0008]所述的均衡電路使能，用于接收ECU控制電路的使能信號從而控制均衡充電電路的開啟和關(guān)斷。
[0009]所述的電池信息或故障信號輸出接口用于將ECU控制電路檢測到的電池電壓、欠壓、過壓、過溫信號送給外部其他控制模塊。
[0010]所述的DC-DC輔助電源用于將高壓直流轉(zhuǎn)換成各單元電路工作所需要的合適直流電壓。
[0011]所述的均衡充電電路根據(jù)采樣電路對每格電池電壓的判斷的結(jié)果，主動(dòng)對某一單體電池電壓低的電池充電從而維持電池組中每一單體電池電壓的均衡。
[0012]進(jìn)一步地，所述電池組與所述電池電壓采樣電路采用變壓器隔離的DC-DC方式連接，將每一單體電池電壓經(jīng)過隔離后轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的直流電壓，ECU內(nèi)部的A\D轉(zhuǎn)換電路將輸入的直流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，完成計(jì)算及控制。
[0013]進(jìn)一步地，所述電池組與所述電池均衡電路采用變壓器隔離的方式連接。
[0014]一種使用新能源汽車用主動(dòng)均衡式BMS的控制方法，該方法包括以下步驟:
[0015]A)啟動(dòng)步驟，用于啟動(dòng)DC-DC輔助電源、ECU控制電路、電池電壓采樣電路，對均衡電路使能和均衡充電電路進(jìn)行控制；
[0016]B)電池組電壓判斷步驟，用于根據(jù)采集的電池輸出電壓值和設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果大于設(shè)定值均衡電路不工作，超過最大值輸出過壓信號，比較結(jié)果小于設(shè)定值開啟均衡充電電路，小于最小值輸出欠壓信號；
[0017]C)均衡充電步驟，用于對電池組中單體電池電壓低的電池進(jìn)行充電，通過電池電壓采集電路采集的電壓值和ECU控制電路的設(shè)定值比較來控制相應(yīng)的均衡充電電路輸出端輸出；
[0018]D)使能控制步驟，用于控制均衡充電電路的開啟和關(guān)斷，當(dāng)電池組的單體電池電壓沒有小于設(shè)定的電壓值或者電路上電時(shí)關(guān)斷均衡充電電路，當(dāng)電池組中的單體電池電壓存在小于設(shè)定電壓值開啟均衡充電電路維持電池組每格電池電壓的均衡；
[0019]E) ECU控制步驟，用于控制各單元電路的工作，首先輸出方波信號開啟電池電壓采樣電路，根據(jù)采集回來的電池電壓值與設(shè)定值進(jìn)行比較控制均衡電路使能、均衡充電電路的工作，如果采集的電壓值超過設(shè)定的最大值或者最小值，控制電池信息或故障信號輸出接口電路輸出相對應(yīng)的故障信號或直接輸出電池信息。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點(diǎn):通過主動(dòng)均衡電路維持每個(gè)電池組當(dāng)中每一單體電池電壓的均衡，延長電池的使用壽命和增加電池使用的安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明新能源汽車用主動(dòng)平衡式BMS控制模塊的原理框圖；
[0022]圖2為本發(fā)明新能源汽車用主動(dòng)平衡式BMS控制模塊流程圖。
[0023]圖3為電池電壓采樣電路的電路圖。
[0024]圖4為電池電壓均衡充電電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]請參閱圖1，圖1為本發(fā)明新能源汽車用主動(dòng)平衡式BMS控制模塊的原理框圖。[0027]所述新能源汽車用主動(dòng)均衡BMS模塊，包括電池電壓采樣電路6、均衡充電電路5、均衡電路使能7、ECU控制電路8、電池信息或故障信號輸出接口 9、DC-DC輔助電源4、高壓直流電路3，所述的ECU控制電路8通過電池電壓采樣電路6與電池組I連接，所述的高壓直流電路3與多個(gè)電池組2連接，所述的均衡充電電路5與電池組I連接給電池組I均衡充電，所述的均衡充電電路5通過均衡電路使能7與ECU控制電路8連接控制均衡充電電路5的開關(guān)，所述E⑶控制電路8與均衡充電電路5連接控制是否對電池組I充電，所述的ECU控制電路8與電池信息或故障信號輸出接口 9連接輸出電池信息及故障信號，所述DC-DC輔助電源4與高壓直流電路3連接，所述DC-DC輔助電源4與E⑶控制電路8、均衡電路使能7、均衡充電電路5、電池電壓采樣電路6連接為其提供直流電源。
[0028]所述的電池電壓采樣電路6，用于將電池組I的每一單體電池電壓進(jìn)行采樣，通過開關(guān)管及高頻脈沖變壓器組成的正激開關(guān)電源方式，將每一單體電池電壓經(jīng)過隔離后轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的直流電壓，輸出的直流電壓送給ECU控制電路8。
[0029]所述的均衡充電電路5，用反激電源做充電器給電池組I充電，輸出端用開關(guān)管控制輸出的開啟和關(guān)斷，開關(guān)管的開啟和關(guān)段由ECU控制電路8控制。
[0030]所述的ECU控制電路8，用于根據(jù)電池電壓采樣電路6輸出的電壓值，進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷值對均衡電路使能7、均衡充電電路5、電池信息或故障信號接口 9發(fā)出控制信號。
[0031]所述的均衡電路使能7，用于接收ECU控制電路8的使能信號從而控制均衡充電電路5的開啟和關(guān)斷。
[0032]所述的電池信息或故障信號輸出接口 9用于將ECU控制電路8檢測到的電池電壓、欠壓、過壓、過溫信號送給外部其他控制模塊。
[0033]所述的DC-DC輔助電源4用于將高壓直流轉(zhuǎn)換成各單元電路工作所需要的合適直流電壓。
[0034]所述的均衡充電電路5根據(jù)采樣電路對每一單體電池電壓的判斷的結(jié)果，主動(dòng)對單體電池電壓低的電池充電從而維持電池組I中每一單體電池電壓的均衡。
[0035]所述電池組I與所述電池電壓采樣電路6采用變壓器隔離的方式連接，通過開關(guān)管及高頻脈沖變壓器組成的正激開關(guān)電源方式，將每一單體電池電壓經(jīng)過隔離后轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的直流電壓，輸出的直流電壓送給ECU控制電路8，ECU內(nèi)部的A\D轉(zhuǎn)換電路將輸入的直流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，完成計(jì)算及控制。
[0036]所述電池組I與所述電池均衡充電電路采用變壓器隔離的方式連接
[0037]—種使用新能源汽車用主動(dòng)均衡式BMS的控制方法，該方法包括以下步驟:
[0038]A)啟動(dòng)步驟，用于啟動(dòng)DC-DC輔助電源、ECU控制電路、電池電壓采樣電路，對均衡電路使能和均衡充電電路進(jìn)行控制；
[0039]B)電池組電壓判斷步驟，用于根據(jù)采集的電池輸出電壓值和設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果大于設(shè)定值均衡電路不工作，超過最大值輸出過壓信號，比較結(jié)果小于設(shè)定值開啟均衡充電電路，小于最小值輸出欠壓信號或直接輸出電池信息；
[0040]C)均衡充電步驟，用于對電池組中某一單體電池電壓低的電池進(jìn)行充電，通過電池電壓采集電路采集的電壓值和ECU控制電路的設(shè)定值比較來控制相應(yīng)的均衡充電電路輸出端輸出；
[0041]D)使能控制步驟，用于控制均衡充電電路的開啟和關(guān)斷，當(dāng)電池組的某一單體電池電壓沒有小于設(shè)定的電壓值或者電路上電時(shí)關(guān)斷均衡充電電路，當(dāng)電池組中的某一單體電池電壓存在小于設(shè)定電壓值開啟均衡充電電路維持電池組某一單體電池電壓的均衡；
[0042]E)ECU控制步驟，用于控制各單元電路的工作，首先輸出方波信號開啟電池電壓采樣電路，根據(jù)采集回來的電池電壓值與設(shè)定值進(jìn)行比較控制均衡電路使能、均衡充電電路的工作，如果采集的電壓值超過設(shè)定的最大值或者最小值，控制電池信息或故障信號輸出接口電路輸出相對應(yīng)的故障信號或直接輸出電池信息。
[0043]請參閱圖2，圖2為本發(fā)明新能源汽車用主動(dòng)平衡式BMS控制模塊流程圖。
[0044]其流程大致包括以下幾個(gè)步驟；
[0045]在步驟100，流程開始；
[0046]在步驟101，設(shè)置6路PWM輸出、頻率lOOKhz、占空比50%，流程進(jìn)入步驟102 ；
[0047]在步驟102，定時(shí)ImS循環(huán)檢測6路電池輸出電壓并記住當(dāng)前電池序號和電壓，輸出電池信息，流程進(jìn)入步驟103 ；
[0048]在步驟103，判斷當(dāng)前電池是否處于欠壓狀態(tài)，判斷結(jié)果為否，流程進(jìn)入步驟105 ；判斷結(jié)果為是，流程進(jìn)入步驟104 ；
[0049]在步驟104，E⑶輸出欠壓狀態(tài)，進(jìn)入步驟105 ；
[0050]在步驟105，判斷當(dāng)前電池是否處于過壓狀態(tài)，判斷結(jié)果為否，流程進(jìn)入步驟107，判斷結(jié)果為是，進(jìn)入步驟106;
[0051]在步驟106，E⑶輸出過壓狀態(tài)，進(jìn)入步驟107 ；
[0052]在步驟107，數(shù)據(jù)排序、查出最高與最低電池電壓和序號，進(jìn)入步驟108 ；
[0053]在步驟108，采樣電池電壓值小于設(shè)定值1，判斷結(jié)果為是，流程進(jìn)入步驟109，判斷結(jié)果為否，進(jìn)入步驟111;
[0054]在步驟109，控制均衡電路使能，讓均衡電路工作，進(jìn)入步驟110 ；
[0055]在步驟110，讓最低電壓的電池開關(guān)打開，對最低電壓電池充電，返回步驟102 ；
[0056]在步驟111，采樣電池電壓值大于設(shè)定值2，判斷結(jié)果為否，返回步驟102，判斷結(jié)果為是，進(jìn)入步驟112;
[0057]在步驟112，單格電池電壓已經(jīng)充滿達(dá)到均衡狀態(tài)，關(guān)閉對應(yīng)的均衡電路輸出，流程返回到步驟102。
[0058]請參閱圖3，并結(jié)合圖1，圖3為電池電壓采樣電路的電路圖。
[0059]本電池電壓采樣電路包括隔離變壓器Tl，6個(gè)開關(guān)管和相關(guān)的整流濾波元件組成,通過ECU控制電路輸出六路循環(huán)PWM信號，循環(huán)檢測電池組中每一單體電池的電壓，通過變壓器Tl的隔離和整流濾波之后送給ECU控制電路。
[0060]請參閱圖4，并結(jié)合圖1和圖2，圖4為電池電壓均衡充電電路的電路圖。
[0061]所述均衡充電電路包括隔離變壓器Τ2，7個(gè)開關(guān)管和相應(yīng)的整流濾波元件組成，ECU控制電路通過均衡使能電路控制開關(guān)管Ql的使能從而控制均衡充電電路的是否工作，均衡充電電路通過隔離變壓器Τ2對每一單體電池進(jìn)行充電。
[0062]E⑶控制電路通過輸出六路開關(guān)信號bl、b2、b3、b4、b5、b6，控制對相應(yīng)的單體電池是否充電，若其中一個(gè)或幾個(gè)單體電池電壓低于設(shè)定值I時(shí)就分別打開相應(yīng)的開關(guān)管對其充電，當(dāng)電池電壓高于設(shè)定值2時(shí)就關(guān)斷相應(yīng)的開關(guān)管停止充電，從而實(shí)現(xiàn)電池組每一單體電池電壓的均衡。[0063]綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點(diǎn):通過主動(dòng)均衡電路維持每個(gè)電池組當(dāng)中每一單體電池電壓的均衡，延長電池的使用壽命和增加電池使用的安全性。
[0064]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新能源汽車用主動(dòng)均衡BMS模塊，其特征在于，主要包括電池電壓采樣電路、均衡充電電路、均衡電路使能、ECU控制電路、電池信息或故障信號輸出接口、DC-DC輔助電源、高壓直流電路，所述ECU控制電路通過電池電壓采樣電路與電池組連接，所述高壓直流電路與多個(gè)電池組連接，所述均衡充電電路與電池組連接，所述均衡充電電路通過均衡電路使能與ECU控制電路連接，所述ECU控制電路與均衡充電電路連接，所述的ECU控制電路與電池信息或故障信號輸出接口連接，所述DC-DC輔助電源與高壓直流連接，所述DC-DC輔助電源與ECU控制電路、均衡電路使能、均衡充電電路、電池電壓采樣電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新能源汽車用主動(dòng)均衡BMS模塊，其特征在于:所述電池組與所述電池電壓采樣電路采用變壓器隔離的方式連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新能源汽車用主動(dòng)均衡BMS模塊，其特征在于:所述電池組與所述電池均衡充電電路采用變壓器隔離的方式連接。
4.一種使用新能源汽車用主動(dòng)均衡式BMS的控制方法，包括以下步驟: A)啟動(dòng)步驟，用于啟動(dòng)DC-DC輔助電源、ECU控制電路、電池電壓采樣電路，對均衡電路使能和均衡充電電路進(jìn)行控制； B)電池組電壓判斷步驟，用于根據(jù)采集的電池輸出電壓值和設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果大于設(shè)定值均衡電路不工作，超過最大值輸出過壓信號，比較結(jié)果小于設(shè)定值開啟均衡充電電路，小于最小值輸出欠壓信號或直接輸出電池信息； C)均衡充電步驟，用于對電池組中單體電池電壓低的電池進(jìn)行充電，通過電池電壓采集電路采集的電壓值和ECU控制電路的設(shè)定值比較來控制相應(yīng)的均衡充電電路輸出端輸出； D)使能控制步驟，用于控制均衡充電電路的開啟和關(guān)斷，當(dāng)電池組的單體電池電壓沒有小于設(shè)定的電壓值或者電路上電時(shí)關(guān)斷均衡充電電路，當(dāng)電池組中的某一單體電池電壓存在小于設(shè)定電壓值開啟均衡充電電路維持電池組每一單體電池電壓的均衡； E)ECU控制步驟，用于控制各單元電路的工作，首先輸出方波信號開啟電池電壓采樣電路，根據(jù)采集的每一單體電池電壓值與設(shè)定值進(jìn)行比較控制均衡電路使能、均衡充電電路的工作，如果采集的電壓值超過設(shè)定的最大值或者最小值，控制電池信息或故障信號輸出接口電路輸出相對應(yīng)的故障信號或直接輸出電池信息。
【文檔編號】H02J7/00GK103812153SQ201210448345
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月12日
【發(fā)明者】楊振軍, 潘三博, 許啟衛(wèi), 李森貴, 胡菲菲 申請人:蕪湖宏宇汽車電子有限責(zé)任公司