一種電動(dòng)汽車電池組的可控電流均衡系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種電動(dòng)汽車電池組的可控電流均衡系統(tǒng)：包括上位機(jī)、至少一個(gè)均衡子系統(tǒng)、一鉛酸電池；均衡子系統(tǒng)由一個(gè)主控中繼模塊及其分別連接控制的4個(gè)隔離均衡模塊構(gòu)成，主控中繼模塊輸出PWM控制信號(hào)控制各個(gè)隔離均衡模塊充放電動(dòng)作，收集各個(gè)隔離均衡模塊對(duì)應(yīng)的采集數(shù)據(jù)并完成與上位機(jī)之間的通信；主控中繼模塊經(jīng)CAN總線連接上位機(jī)、各個(gè)隔離均衡模塊一端的兩個(gè)接頭并聯(lián)連接鉛酸電池兩端而另一端的兩個(gè)接頭則接在電動(dòng)汽車電池組的兩端；鉛酸電池和各電動(dòng)汽車電池組都接有電流電壓采樣電路，采樣信號(hào)經(jīng)隔離后都傳送到主控中繼模塊。本實(shí)用新型可對(duì)單體電池與鉛酸電池進(jìn)行電流可控的雙向能量交換，對(duì)單體電池進(jìn)行充放電均衡，提高電池組效率的硬件電路。
【專利說(shuō)明】—種電動(dòng)汽車電池組的可控電流均衡系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電動(dòng)汽車電池組的可控電流均衡系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]出于對(duì)能源和環(huán)境的考慮，電動(dòng)汽車因其節(jié)能環(huán)保而得到快速發(fā)展。受目前電池制造技術(shù)水平的限制，單體鋰電池在性能上還不能滿足電動(dòng)車領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，組合成為現(xiàn)有技術(shù)條件下鋰電池滿足高功率高能量動(dòng)力源要求的有效途徑，一般采用串并聯(lián)結(jié)合的方式對(duì)單體電池加以利用。但是這種組合除了對(duì)單體電池的性能指標(biāo)提出了很高的要求夕卜，同時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生電池不一致的問(wèn)題。電池的不一致是指同規(guī)格、同型號(hào)的電池在電壓、內(nèi)阻、容量、自放電率等方面存在參數(shù)差異的現(xiàn)象。電池的一致性問(wèn)題直接決定了整組電池的使用性能，從而影響到電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和續(xù)駛里程。
[0003]由于電池組一致性問(wèn)題的存在，成組電池在可用容量和使用壽命等方面遠(yuǎn)不及單體電池，并且加大了對(duì)電池進(jìn)行管理和控制的困難程度。實(shí)踐表明，當(dāng)電池組的一致性問(wèn)題發(fā)展到個(gè)別電池發(fā)生容量大幅度減小、內(nèi)阻顯著提高等情況時(shí)，整組電池的性能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)快速惡化，從而使得整個(gè)電池組報(bào)廢。所以電池組均衡管理技術(shù)作為解決電池組一致性問(wèn)題的主要手段，對(duì)電池的成組使用有著至關(guān)重要的作用。
[0004]均衡電路作為實(shí)現(xiàn)均衡的硬件載體，直接關(guān)系到均衡實(shí)施的效果。目前均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式豐富多樣，可以分為能量消耗型均衡和無(wú)損均衡兩類。前者主要是指電阻放電式均衡方式，它通過(guò)在電池兩端并聯(lián)電阻對(duì)電池進(jìn)行放電，消耗電池多余的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡目的，這種方法具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，是早期主要的均衡方案，同時(shí)也存在能量浪費(fèi)、散熱處理、均衡時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。
[0005]無(wú)損均衡是指在不同電池間進(jìn)行能量傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡，目前也存在很多種的實(shí)現(xiàn)形式:如利用開(kāi)關(guān)器件和大容量電容的組合實(shí)現(xiàn)在相鄰電池之間傳遞能量，實(shí)現(xiàn)相互間的均衡方式。此外還有通過(guò)開(kāi)關(guān)陣列選擇向指定的電池充電，該方法的能量流動(dòng)方向是固定的，即用整組電池的能量來(lái)補(bǔ)充能量低的單體電池來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡。
[0006]目前的均衡系統(tǒng)存在難以驗(yàn)證、均衡電路靈活性差、能量浪費(fèi)的不足之處.實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是提供一種可對(duì)單體電池與鉛酸電池進(jìn)行電流可控的雙向能量交換，對(duì)單體電池進(jìn)行充放電均衡，提高電池組效率的硬件電路.[0008]解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:
[0009]一種電動(dòng)汽車電池組的可控電流均衡系統(tǒng)，其特征是:包括上位機(jī)、至少一個(gè)均衡子系統(tǒng)、一鉛酸電池；所述的均衡子系統(tǒng)由一個(gè)主控中繼DSP模塊及其分別連接控制的4個(gè)隔離均衡模塊構(gòu)成，主控中繼DSP模塊為DSP主控制器，功能是輸出PWM控制信號(hào)控制各個(gè)隔離均衡模塊充放電動(dòng)作、收集各個(gè)隔離均衡模塊對(duì)應(yīng)的采集數(shù)據(jù)并完成與上位機(jī)之間的通信；所述的主控中繼DSP模塊經(jīng)CAN總線連接上位機(jī)、各個(gè)隔離均衡模塊一端的兩個(gè)接頭并聯(lián)連接在鉛酸電池兩端而另一端的兩個(gè)接頭則接在電動(dòng)汽車電池組的兩端；所述的鉛酸電池和各電動(dòng)汽車電池組都接有電流電壓采樣電路，采樣信號(hào)經(jīng)隔離后都傳送到主控中繼DSP模塊。
[0010]所述的主控中繼DSP模塊組成和連接關(guān)系為:單片機(jī)MCU經(jīng)隔離后分別連接有CAN模塊、電流檢測(cè)模塊和電壓檢測(cè)模塊，還經(jīng)ePWM并隔離后連接4個(gè)均衡模塊，同時(shí)還外接指示燈、硬件看門(mén)狗和存儲(chǔ)器，另有供電電源經(jīng)電源變換后給單片機(jī)MCU供電，CAN模塊發(fā)送BMS信號(hào)。
[0011]所述的隔離均衡模塊也可稱為有源鉗位雙向反激變換器，其拓?fù)潢P(guān)系為:
[0012]有源鉗位雙向反激變換器變壓器一次側(cè)的正極出來(lái)后分兩條支路:一支路經(jīng)一次側(cè)電感LI后接鉛酸電池Vl正極，另一支路經(jīng)電感Lm后再分為兩分支:一分支接回有源鉗位雙向反激變換器變壓器一次側(cè)的負(fù)極、另一分支依次經(jīng)并聯(lián)有二極管的開(kāi)關(guān)管S3的正極、第一電容Cl正極后接到鉛酸電池Vl正極；
[0013]有源鉗位雙向反激變換器變壓器一次側(cè)的負(fù)極出來(lái)后經(jīng)并聯(lián)的第三電容Vdsl正極、第一二極管Crl負(fù)極、開(kāi)關(guān)管SI的S極后再經(jīng)第一采樣電阻Rsl最后接至鉛酸電池Vl負(fù)極；
[0014]有源鉗位雙向反激變換器變壓器二次側(cè)的正極出來(lái)經(jīng)二次側(cè)電感L2后接單體鋰電池V2正極；
[0015]有源鉗位雙向反激變換器變壓器二次側(cè)的負(fù)極出來(lái)后分兩條支路:一支依次經(jīng)并聯(lián)有二極管的開(kāi)關(guān)管S4的正極、第二電容C2正極后接到單體鋰電池V2正極，另一支路經(jīng)并聯(lián)的第四電容Vds2正極、第二二極管Cr2的負(fù)極、開(kāi)關(guān)管S2后再經(jīng)第二采樣電阻Rs2最后接單體鋰電池V2負(fù)極。
[0016]所述的開(kāi)關(guān)管Ql、Q2、Q3、Q4均為高頻M0SFET，采樣電阻Rsl與Vl串聯(lián)，為一次側(cè)電流采樣，Rs2與V2串聯(lián)，為二次側(cè)電流采樣，電壓采樣為電阻并聯(lián)分壓采樣，電壓采樣通過(guò)電阻分壓采得，一次側(cè)和二次側(cè)的電流電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離后都傳送到主控中繼DSP模塊。
[0017]有益效果:
[0018](I)本實(shí)用新型將均衡系統(tǒng)模塊化，對(duì)于不同電池組可以任意增加或者減少均衡子系統(tǒng)，以適應(yīng)不同使用場(chǎng)合。
[0019](2)本實(shí)用新型采用數(shù)字DSP控制，可以與上位機(jī)配合通訊，電流高精度連續(xù)可調(diào)(-4A到+4A)，適應(yīng)于各種充放電方案。
[0020](3)此均衡電路為可控雙向能量傳遞，均衡損耗小。
[0021](3)對(duì)于充放電電流都可以即時(shí)數(shù)字調(diào)節(jié)，
[0022](4) DSP可與上位機(jī)通過(guò)CAN通訊，可以適應(yīng)多節(jié)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本實(shí)用新型的均衡系統(tǒng)組成及均衡連接示意圖；
[0024]圖2為本實(shí)用新型均衡系統(tǒng)的主控中繼DSP模塊原理示意圖；
[0025]圖3為本實(shí)用新型均衡系統(tǒng)的隔離均衡模塊電路圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0026]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型的電動(dòng)汽車電池組的可控電流均衡系統(tǒng)實(shí)施例，包括上位機(jī)、4個(gè)均衡子系統(tǒng)和一鉛酸電池。
[0028]每個(gè)均衡子系統(tǒng)由一個(gè)主控中繼DSP模塊及其分別連接控制的4個(gè)隔離均衡模塊構(gòu)成，主控中繼模塊為DSP主控制器，功能是輸出PWM控制信號(hào)控制各個(gè)隔離均衡模塊充放電動(dòng)作，收集各個(gè)隔離均衡模塊對(duì)應(yīng)的采集數(shù)據(jù)并完成與上位機(jī)之間的通信；均衡子系統(tǒng)的主控中繼DSP模塊經(jīng)CAN總線連接上位機(jī)、各個(gè)隔離均衡模塊一端的兩個(gè)接頭并聯(lián)連接鉛酸電池兩端而另一端的兩個(gè)接頭則接在電動(dòng)汽車電池組的兩端；鉛酸電池和各電動(dòng)汽車電池組都接有電流電壓采樣電路，采樣信號(hào)經(jīng)隔離后都傳送到主控中繼DSP模塊。
[0029]主控中繼DSP模塊組成和連接關(guān)系為:單片機(jī)MCU經(jīng)隔離后分別連接有CAN模塊、電流檢測(cè)模塊和電壓檢測(cè)模塊，還經(jīng)ePWM并隔離后連接4個(gè)均衡模塊，同時(shí)還外接指示燈、硬件看門(mén)狗和存儲(chǔ)器，另有供電電源經(jīng)電源變換后給單片機(jī)MCU供電，CAN模塊發(fā)送BMS信號(hào)。
[0030]隔離均衡模塊也可稱為有源鉗位雙向反激變換器，其拓?fù)潢P(guān)系為:
[0031]有源鉗位雙向反激變換器變壓器一次側(cè)的正極出來(lái)后分兩條支路:一支路經(jīng)一次側(cè)電感LI后接鉛酸電池Vl正極，另一支路經(jīng)電感Lm后再分為兩分支:一分支接回有源鉗位雙向反激變換器變壓器一次側(cè)的負(fù)極、另一分支依次經(jīng)并聯(lián)有二極管的開(kāi)關(guān)管S3的正極、第一電容Cl正極后接到鉛酸電池Vl正極；
[0032]有源鉗位雙向反激變換器變壓器一次側(cè)的負(fù)極出來(lái)后經(jīng)并聯(lián)的第三電容Vdsl正極、第一二極管Crl負(fù)極、開(kāi)關(guān)管SI的S極后再經(jīng)第一采樣電阻Rsl最后接至鉛酸電池Vl負(fù)極；
[0033]有源鉗位雙向反激變換器變壓器二次側(cè)的正極出來(lái)經(jīng)二次側(cè)電感L2后接單體鋰電池V2正極；
[0034]有源鉗位雙向反激變換器變壓器二次側(cè)的負(fù)極出來(lái)后分兩條支路:一支依次經(jīng)并聯(lián)有二極管的開(kāi)關(guān)管S4的正極、第二電容C2正極后接到單體鋰電池V2正極，另一支路經(jīng)并聯(lián)的第四電容Vds2正極、第二二極管Cr2的負(fù)極、開(kāi)關(guān)管S2后再經(jīng)第二采樣電阻Rs2最后接單體鋰電池V2負(fù)極。
[0035]開(kāi)關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4均為高頻M0SFET，采樣電阻Rsl與Vl串聯(lián)，為一次側(cè)電流采樣，Rs2與V2串聯(lián)，為二次側(cè)電流采樣，電壓采樣為電阻并聯(lián)分壓采樣，電壓采樣通過(guò)電阻分壓采得，一次側(cè)和二次側(cè)的電流電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離后都傳送到主控中繼DSP模塊。
[0036]本實(shí)用新型的可控電流均衡系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):
[0037](I)采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，整體框架應(yīng)用了主從結(jié)構(gòu)，均衡系統(tǒng)工作過(guò)程中，由上位機(jī)(BMS電池管理系統(tǒng))計(jì)算得出電池的平均狀態(tài)，隨后確定需要均衡的電池單體，將信息指令發(fā)送到指定CAN地址的中繼DSP，中繼DSP讀取CAN數(shù)據(jù)之后，對(duì)電池序號(hào)進(jìn)行判斷，指定PWM端口輸出控制信號(hào)，開(kāi)始對(duì)指定電池的進(jìn)行均衡；每個(gè)單體電池都通過(guò)均衡模塊與鉛酸電池相連接，以實(shí)現(xiàn)單體電池對(duì)鉛酸電池的雙向無(wú)損均衡。
[0038](2)eCAN協(xié)議的設(shè)定:其中數(shù)據(jù)域中，低兩個(gè)字節(jié)傳輸預(yù)設(shè)電流值(0x222—OxEEE)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制為(546— 3822)，(即-4A — 4A);第三個(gè)字節(jié)為判斷充電、放電、停機(jī)判斷位，(0x03)為校準(zhǔn)、(0x05)為充電、(0x07)為放電、(0x09)為停機(jī)；第四字節(jié)為均衡線路
選擇控制字節(jié)；第五個(gè)字節(jié)設(shè)置截止電壓。
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)汽車電池組的可控電流均衡系統(tǒng)，其特征是:包括上位機(jī)、至少一個(gè)均衡子系統(tǒng)、一鉛酸電池；所述的均衡子系統(tǒng)由一個(gè)主控中繼DSP模塊及其分別連接控制的4個(gè)隔離均衡模塊構(gòu)成，主控中繼DSP模塊為DSP主控制器，功能是輸出PWM控制信號(hào)控制各個(gè)隔離均衡模塊充放電動(dòng)作、收集各個(gè)隔離均衡模塊對(duì)應(yīng)的采集數(shù)據(jù)并完成與上位機(jī)之間的通信；所述的主控中繼DSP模塊經(jīng)CAN總線連接上位機(jī)、各個(gè)隔離均衡模塊一端的兩個(gè)接頭并聯(lián)連接在鉛酸電池兩端而另一端的兩個(gè)接頭則接在電動(dòng)汽車電池組的兩端；所述的鉛酸電池和各電動(dòng)汽車電池組都接有電流電壓采樣電路，采樣信號(hào)經(jīng)隔離后都傳送到主控中繼DSP模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車電池組的可控電流均衡系統(tǒng)，其特征是:所述的主控中繼DSP模塊組成和連接關(guān)系為:單片機(jī)MCU經(jīng)隔離后分別連接有CAN模塊、電流檢測(cè)模塊和電壓檢測(cè)模塊，還經(jīng)ePWM并隔離后連接4個(gè)均衡模塊，同時(shí)還外接指示燈、硬件看門(mén)狗和存儲(chǔ)器，另有供電電源經(jīng)電源變換后給單片機(jī)MCU供電，CAN模塊發(fā)送BMS信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)汽車電池組的可控電流均衡系統(tǒng)，其特征是:所述的隔離均衡模塊也稱為有源鉗位雙向反激變換器，其拓?fù)潢P(guān)系為: 有源鉗位雙向反激變換器變壓器一次側(cè)的正極出來(lái)后分兩條支路:一支路經(jīng)一次側(cè)電感(LI)后接鉛酸電池(Vl)正極，另一支路經(jīng)電感(Lm)后再分為兩分支:一分支接回有源鉗位雙向反激變換器變壓器一次側(cè)的負(fù)極、另一分支依次經(jīng)并聯(lián)有二極管的開(kāi)關(guān)管(S3)的正極、第一電容(Cl)正極后接到鉛酸電池(Vl)正極； 有源鉗位雙向反激變換器變壓器一次側(cè)的負(fù)極出來(lái)后經(jīng)并聯(lián)的第三電容(Vdsl)正極、第一二極管(Crl)負(fù)極、開(kāi)關(guān)管(SI)的S極后再經(jīng)第一采樣電阻(Rsl)最后接至鉛酸電池(Vl)負(fù)極； 有源鉗位雙向反激變換器變壓器二次側(cè)的正極出來(lái)經(jīng)二次側(cè)電感(L2)后接單體鋰電池(V2)正極； 有源鉗位雙向反激變換器變壓器二次側(cè)的負(fù)極出來(lái)后分兩條支路:一支依次經(jīng)并聯(lián)有二極管的開(kāi)關(guān)管(S4)的正極、第二電容(C2)正極后接到單體鋰電池(V2)正極，另一支路經(jīng)并聯(lián)的第四電容(Vds2)正極、第二二極管(Cr2)的負(fù)極、開(kāi)關(guān)管(S2)后再經(jīng)第二采樣電阻(Rs2)最后接單體鋰電池(V2)負(fù)極。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK203674735SQ201320678414
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】肖勇, 趙偉, 羅敏, 李景新, 姜久春, 曹雪銘, 張維戈 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院