一種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及充電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)。本發(fā)明包括若干個用于充電的子模塊和中央控制單元，其中，每個子模塊分別通過通信總線與中央控制單元信號連接，所述子模塊包括微控制器、電壓檢測單元以及微充電機；所述均衡充電系統(tǒng)還包括多個電池充電座，電壓監(jiān)測單元分別與每個電池充電座連接；微充電電機分別與相應(yīng)的電池充電座連接；本發(fā)明在對電池組進行充電時，可以針對電池的不同容量進行平衡充電，延長電池使用壽命。
【專利說明】—種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及充電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]動力電池的類型包括鋰離子電池、鉛酸電池和鎳氫電池。其中鋰離子電池由于其比能量高，廣泛運用于電動汽車，電動輪船，電動機器人等領(lǐng)域，起到節(jié)約能源，保護環(huán)境的作用。鋰離子動力電池的單體電池放電電壓不足5V，在實際運用過程中，往往要串聯(lián)成電池組使用。由于制造工藝有限、材質(zhì)不均勻和使用環(huán)境不一樣，電池組在使用一段時間以后會產(chǎn)生一定的差異性。隨著時間的推移，這種差異性會發(fā)生雪崩效應(yīng)進一步加大。電池組的壽命以及實際可用容量取決于電池組中性能最差的電池，電池的不一致性導(dǎo)致電池組的整體性能嚴重下降。因此對電池組的均衡控制成為一種必須，是動力電池組管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]動力電池組的均衡控制分為耗散型均衡和非耗散型均衡，目前非耗散型均衡控制由于其能源利用率高得到高度重視。現(xiàn)有的非耗散均衡控制的手段采用的是能量轉(zhuǎn)移，即將電池組中電量最高的電池向其他若干個電池或者整個電池組充電，這種均衡方式在能量轉(zhuǎn)移的過程中需要耗散能量，均衡效果并不好；現(xiàn)有的充電均衡設(shè)備獨立于用電設(shè)備，在固定場所對電池組進行充電均衡，對于移動的用電設(shè)備，均衡不方便；現(xiàn)有的車載充電設(shè)備是對電池組整體充電，沒有完全獨立隔離的充電單元，起不到充電均衡的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)，該均衡充電系統(tǒng)根據(jù)每個電池的狀態(tài)進行充電，使得整個電池組充電平衡，提高電池電能的使用率。
[0005]本發(fā)明的另一目的，在于提供一種微充電機，該微充電機可以對電池進行恒流或恒壓充電，充電方便。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)，包括若干個用于充電的子模塊和中央控制單元，其中，每個子模塊分別通過通信總線與中央控制單元信號連接，所述子模塊包括微控制器、電壓檢測單元以及微充電機；所述均衡充電系統(tǒng)還包括多個電池充電座，電壓監(jiān)測單元分別與每個電池充電座連接；微充電電機分別與相應(yīng)的電池充電座連接；
電壓檢測單元分別監(jiān)測每個電池充電座的電池電壓，并將電池電壓信號傳送給微控制器，微控制器通過總線將電池電壓信號傳送給中央控制單元；中央控制單元將控制信號通過總線傳送給微控制器，微控制器再通過控制總線對微充電機進行充電控制。
[0007]進一步地，所述子模塊還包括與微控制器連接的熱控系統(tǒng)，所述熱控系統(tǒng)包括設(shè)置于電池充電座的溫度傳感器和風(fēng)扇，溫度傳感器用于監(jiān)測電池充電座的溫度，并將該溫度轉(zhuǎn)化為電信號傳送給微控制器，微控制器根據(jù)溫度信號向風(fēng)扇的控制端發(fā)送控制信號，進而控制風(fēng)扇的工作狀態(tài)。
[0008]進一步地，微充電機包括依次連接的AC/DC模塊、反激式開關(guān)電源電路以及同步整流BUCK電路；
AC/DC模塊的輸入端與市電連接，AC/DC模塊的輸出端對外輸出低壓的直流電流；
所述反激式開關(guān)電源電路包括變壓器，變壓器包括原邊線圈和副邊線圈；原邊線圈的電流輸入端與AC/DC模塊的輸出端連接，還包括反激式開關(guān)電源控制器，反激式開關(guān)電源控制器接收微控制器發(fā)出的控制信號，控制反激式開關(guān)電源電路的通斷(通過控制原邊線圈的通斷來實現(xiàn))。
[0009]同步整流BUCK電路的輸入端與副邊線圈的電流輸出端連接，同步整流BUCK電路的輸出端與電池充電座連接。
[0010]微充電機的AC/DC模塊對市電進行整流，輸出直流電；再通過變壓器進行降壓，降壓后的電流，經(jīng)同步整流BUCK電路輸出到電池充電座的電池。
[0011]進一步地，反激式開關(guān)電源電路還包括第一光電耦合器和邏輯控制器；反激式開關(guān)電源控制器依次通過邏輯控制器、第一光電耦合器接收來自微控制器的控制信號。
[0012]進一步地，所述變壓器的原邊線圈與反激式開關(guān)電源控制器之間設(shè)有開關(guān)管、第一電流采樣電路，所述變壓器的副邊線圈的電流輸出端依次通過整流電路、第一電壓采樣電路、第二光電耦合器與反激式開關(guān)電源控制器連接；原邊線圈的電流輸出端與開關(guān)管的D極連接，開關(guān)管的G極與反激式開關(guān)電源控制器連接，第一電流采樣電路的輸入端與開關(guān)管的S極連接，第一電流采樣電路的輸出端與反激式開關(guān)電源控制器的電流反饋端連接；
第一電流采樣電路采集變壓器原邊線圈的電流，并將該電流信號反饋給反激式開關(guān)電源控制器；
第一電壓采樣電路采集變壓器副邊線圈整流以后的電壓，便將該電壓信號經(jīng)過第二光電耦合器電氣隔離并生成電壓感應(yīng)信號，電壓感應(yīng)信號傳遞給反激式開關(guān)電源控制器；反激式開關(guān)電源控制器根據(jù)接收的電流信號、電壓感應(yīng)信號對開關(guān)管的G極發(fā)送PWM驅(qū)動信號，實現(xiàn)反饋式開關(guān)電源電路的穩(wěn)定工作。
[0013]再進一步地，所述變壓器原邊線圈的兩端分別與第一吸收電路連接；開關(guān)管的D極和S極分別與第二吸收電路連接；第一吸收電路用于吸收變壓器原邊線圈漏感的能量；第二吸收電路用于吸收開關(guān)管關(guān)斷瞬間產(chǎn)生的電壓尖峰的能量。
[0014]進一步地，所述同步整流BUCK電路包括整流模塊、同步整流控制器、單向電路、第二電壓采樣電路、濾波電路、第二電流采樣電路以及比較器；
整流模塊的輸入端與變壓器的副邊線圈的電流輸出端連接；整流模塊依次通過濾波電路、單向電路與電池充電座的電流輸入端連接；
第二電壓采樣電路的輸入端與濾波電路的輸出端連接，第二電壓采樣電路的輸出端與比較器的一個輸入端連接；
第二電流采樣電路的輸入端與電池充電座的電流輸出端連接，第二電流采樣電路的輸出端與比較器的另一個輸入端連接；
比較器的輸出端與同步整流控制器的輸入端連接；同步整流器的輸出端與整流模塊連接。[0015]本發(fā)明取得的有益效果為:本發(fā)明的均衡充電系統(tǒng)在對電池組進行充電時，可以針對電池的不同容量進行平衡充電，延長電池使用壽命。其次本發(fā)明的微充電機充電方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的子模塊的工作示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明的微充電機的構(gòu)成示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的多組場效應(yīng)管并聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]為方便理解，附圖中均用電池替代電池充電座。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖1至圖4，以及【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步地說明。
[0022]實施例:參見圖1至圖4。
[0023]如圖1所示，一種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)，包括若干個用于充電的子模塊和中央控制單元，其中，每個子模塊分別通過通信總線與中央控制單元信號連接，每個子模塊對應(yīng)于一個電池小組，對電池小組的每個電池進行充電控制；參見圖2，所述子模塊包括微控制器、電壓檢測單元以及微充電機；所述均衡充電系統(tǒng)還包括多個電池充電座，每個電池充電座對應(yīng)一個電池；電壓監(jiān)測單元分別與每個電池充電座連接；微充電電機分別與相應(yīng)的電池充電座連接；
電壓檢測單元分別監(jiān)測每個電池充電座的電池電壓，并將電池電壓信號傳送給微控制器，微控制器通過總線將電池電壓信號傳送給中央控制單元；中央控制單元將控制信號通過總線傳送給微控制器，微控制器再通過控制總線對微充電機進行充電控制。微控制器可以為單片機、arm、dsp等。這里的電池可以為動力電池。
[0024]該系統(tǒng)通過中央控制單元對充電電池組中的每一個電池進行監(jiān)控，實行均衡充電模式。在均衡充電模式中，中央控制單元實時監(jiān)測每個電池的信息，并對電池的信息進行處理，得到每個電池的SOC值。當電池SOC差異達到需要均衡的條件下，由中央控制單元判斷哪些電池需要均衡，并通過通信總線發(fā)出控制指令。相應(yīng)的子模塊接收到中央控制單元的控制指令以后，打開相應(yīng)微充電機的電子開關(guān)，啟動微充電機。微沖電機根據(jù)充電時電池的電壓情況自動選擇恒流或者恒壓充電模式。微充電機在給電池充電的過程中，中央控制單元實時監(jiān)測電池的信息并處理。當中央控制單元檢測到電池不需要再均衡時，發(fā)出停止均衡指令。子模塊接收到控制指令以后，關(guān)斷相應(yīng)微充電機的電子開關(guān)，微充電機停止工作，均衡完成。
[0025]其中，所述子模塊還包括與微控制器連接的熱控系統(tǒng)，所述熱控系統(tǒng)包括設(shè)置于電池充電座的溫度傳感器和風(fēng)扇，溫度傳感器用于監(jiān)測電池充電座的溫度，并將該溫度轉(zhuǎn)化為電信號傳送給微控制器，微控制器根據(jù)溫度信號向風(fēng)扇的控制端發(fā)送控制信號，進而控制風(fēng)扇的工作狀態(tài)。
[0026]在對電池充電時，電池會發(fā)熱，從而影響到電路中元器件以及電池的壽命、工作狀態(tài)；為保證充電工作的溫度，因此設(shè)置風(fēng)扇，用于控制電池的充電溫度。
[0027]進一步地，如圖3所示，所述微充電機包括依次連接的AC/DC模塊、反激式開關(guān)電源電路以及同步整流BUCK電路。
[0028]進一步地，AC/DC模塊的輸入端與市電連接，AC/DC模塊的輸出端對外輸出低壓的直流電流；該直流電可以為脈沖式、矩形波式等。
[0029]所述反激式開關(guān)電源電路包括變壓器，變壓器包括原邊線圈和副邊線圈；原邊線圈的電流輸入端與AC/DC模塊的輸出端連接，還包括反激式開關(guān)電源控制器，反激式開關(guān)電源控制器接收微控制器發(fā)出的控制信號，控制原邊線圈電流的通斷；反激式開關(guān)電源控制器型號為:uc3842 ；
同步整流BUCK電路的輸入端與副邊線圈的電流輸出端連接，同步整流BUCK電路的輸出端與電池充電座連接。副邊線圈的電流輸出端接地。副邊線圈的兩端之間連接有電容。
[0030]微充電機的AC/DC模塊對市電進行整流，輸出直流電；AC/DC模塊可采用整流器等其他變流電路；再通過變壓器進行電氣隔離、降壓，降壓后的電流，經(jīng)同步整流BUCK電路輸出到電池充電座的電池。
[0031]進一步地，反激式開關(guān)電源電路還包括第一光電耦合器和邏輯控制器；反激式開關(guān)電源控制器依次通過邏輯控制器、第一光電耦合器接收來自微控制器的控制信號。
[0032]微控制器的控制信號通過光電耦合器進行隔離，并經(jīng)過邏輯控制器的判斷向反激式開關(guān)電源控制器發(fā)出工作或停止的信號。進而達到反激式開關(guān)電源控制器控制變壓器電流的通斷，從而實現(xiàn)控制開啟或停止微沖電機工作。
[0033]進一步地，所述變壓器的原邊線圈與反激式開關(guān)電源控制器之間設(shè)有開關(guān)管、第一電流采樣電路，所述變壓器的副邊線圈的電流輸出端依次通過整流電路、第一電壓采樣電路、第二光電耦合器與反激式開關(guān)電源控制器連接；原邊線圈的電流輸出端與開關(guān)管的D極連接，開關(guān)管的G極與反激式開關(guān)電源控制器連接，第一電流采樣電路的輸入端與開關(guān)管的S極連接，第一電流采樣電路的輸出端與反激式開關(guān)電源控制器的電流反饋端連接；這里的整流電路包括二極管和電容，二極管與變壓器的副邊線圈的電流輸出端連接，電容的兩端分別變壓器的副邊線圈的兩端連接。
[0034]第一電流采樣電路采集變壓器原邊線圈整流以后的電流，并將該電流信號反饋給反激式開關(guān)電源控制器；第一電流采樣電路這里采用采樣電阻來采集電流。
[0035]第一電壓采樣電路采集變壓器副邊線圈整流后的電壓，便將該電壓信號經(jīng)過第二光電耦合器電氣隔離并生成電壓感應(yīng)信號，電壓感應(yīng)信號傳遞給反激式開關(guān)電源控制器；
反激式開關(guān)電源控制器根據(jù)接收的電流信號、電壓感應(yīng)信號對開關(guān)管的G極發(fā)送PWM驅(qū)動信號，實現(xiàn)反激式開關(guān)電源電路的通斷。
[0036]再進一步地，所述變壓器原邊線圈的兩端分別與第一吸收電路連接；開關(guān)管的D極和S極分別與第二吸收電路連接；第一吸收電路用于吸收變壓器原邊線圈漏感的能量；第二吸收電路用于吸收開關(guān)管關(guān)斷瞬間產(chǎn)生的電壓尖峰的能量。
[0037]進一步地，所述同步整流BUCK電路包括整流模塊、同步整流控制器、單向電路、第二電壓采樣電路、濾波電路、第二電流采樣電路以及比較器；
整流模塊的輸入端與變壓器的副邊線圈的電流輸出端連接；整流模塊依次通過濾波電路、單向電路與電池充電座的電流輸入端連接；
第二電壓采樣電路的輸入端與濾波電路的輸出端連接，第二電壓采樣電路的輸出端與比較器的一個輸入端連接； 第二電流采樣電路的輸入端與電池充電座的電流輸出端連接，第二電流采樣電路的輸出端與比較器的另一個輸入端連接；
比較器的輸出端與同步整流控制器的輸入端連接；同步整流器的輸出端與整流模塊連接。
[0038]其中，整流模塊采用多組場效應(yīng)管并聯(lián)的形式(參見圖4)，以提高過電流能力；單向電路可以采用二極管，使得電池在不充電情況下不會對外供電，消耗本身電能。第二電流采樣電路包括一個采樣電阻，通過該采樣電阻將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，該信號和電壓反饋的信號進行比較，比較結(jié)果輸入開關(guān)電源控制芯片的反饋引腳。
[0039]以上僅是本申請的較佳實施例，在此基礎(chǔ)上的等同技術(shù)方案仍落入申請保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)，其特征在于:包括若干個用于充電的子模塊和中央控制單元，其中，每個子模塊分別通過通信總線與中央控制單元信號連接，所述子模塊包括微控制器、電壓檢測單元以及微充電機；所述均衡充電系統(tǒng)還包括多個電池充電座，電壓監(jiān)測單元分別與每個電池充電座連接；微充電電機分別與相應(yīng)的電池充電座連接；電壓檢測單元分別監(jiān)測每個電池充電座的電池電壓，并將電池電壓信號傳送給微控制器，微控制器通過總線將電池電壓信號傳送給中央控制單元；中央控制單元將控制信號通過總線傳送給微控制器，微控制器再通過控制總線對微充電機進行充電控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)，其特征在于:所述子模塊還包括與微控制器連接的熱控系統(tǒng)，所述熱控系統(tǒng)包括設(shè)置于電池充電座的溫度傳感器和風(fēng)扇，溫度傳感器用于監(jiān)測電池充電座的溫度，并將該溫度轉(zhuǎn)化為電信號傳送給微控制器，微控制器根據(jù)溫度信號向風(fēng)扇的控制端發(fā)送控制信號，進而控制風(fēng)扇的工作狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)，其特征在于:所述微充電機包括依次連接的AC/DC模塊、反激式開關(guān)電源電路以及同步整流BUCK電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)，其特征在于:所述微充電機包括AC/DC模塊、反激式開關(guān)電源電路以及同步整流BUCK電路；AC/DC模塊的輸入端與市電連接，AC/DC模塊的輸出端對外輸出低壓的直流電流；所述反激式開關(guān)電源電路包括變壓器，變壓器包括原邊線圈和副邊線圈；原邊線圈的電流輸入端與AC/DC模塊的輸出端連接，還包括反激式開關(guān)電源控制器，反激式開關(guān)電源控制器接收微控制器發(fā)出的控制信號，控制反激式開關(guān)電源電路的通斷；同步整流BUCK電路的輸入端與副邊線圈的電流輸出端連接，同步整流BUCK電路的輸出端與電池充電座連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)，其特征在于:反激式開關(guān)電源電路還包括第一光電耦合器和邏輯控制器；反激式開關(guān)電源控制器依次通過邏輯控制器、第一光電耦合器接收來自微控制器的控制信號?！?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)，其特征在于:所述變壓器的原邊線圈與反激式開關(guān)電源控制器之間設(shè)有開關(guān)管、第一電流采樣電路，所述變壓器的副邊線圈的電流輸出端依次通過整流電路、第一電壓采樣電路、第二光電耦合器與反激式開關(guān)電源控制器連接；原邊線圈的電流輸出端與開關(guān)管的D極連接，開關(guān)管的G極與反激式開關(guān)電源控制器連接，第一電流采樣電路的輸入端與開關(guān)管的S極連接，第一電流采樣電路的輸出端與反激式開關(guān)電源控制器的電流反饋端連接；第一電流采樣電路采集變壓器原邊線圈的電流，并將該電流信號反饋給反激式開關(guān)電源控制器；第一電壓采樣電路采集變壓器副邊線圈整流以后的電壓，便將該電壓信號經(jīng)過第二光電耦合器電氣隔離并生成電壓感應(yīng)信號，電壓感應(yīng)信號傳遞給反激式開關(guān)電源控制器；反激式開關(guān)電源控制器根據(jù)接收的電流信號、電壓感應(yīng)信號對開關(guān)管的G極發(fā)送PWM驅(qū)動信號，實現(xiàn)反饋式開關(guān)電源電路的穩(wěn)定工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)，其特征在于:所述變壓器原邊線圈的兩端分別與第一吸收電路連接；開關(guān)管的D極和S極分別與第二吸收電路連接；第一吸收電路用于吸收變壓器原邊線圈漏感的能量；第二吸收電路用于吸收開關(guān)管關(guān)斷瞬間產(chǎn)生的電壓尖峰的能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7任一所述的一種應(yīng)用于汽車動力電池的均衡充電系統(tǒng)，其特征在于:所述同步整流BUCK電路包括整流模塊、同步整流控制器、單向電路、第二電壓采樣電路、濾波電路、第二電流采樣電路以及比較器；整流模塊的輸入端與變壓器的副邊線圈的電流輸出端連接；整流模塊依次通過濾波電路、單向電路與電池充電座的電流輸入端連接；第二電壓采樣電路的輸入端與濾波電路的輸出端連接，第二電壓采樣電路的輸出端與比較器的一個輸入端連接；第二電流米樣電路的輸入端與電池充電座的電流輸出端連接，第二電流采樣電路的輸出端與比較器的另一個輸入端連接；比較器的輸出端與同步整流控制器的輸入端連接；同步整流器的輸出端與整流模塊連接。
9.一種微充電機，其特征在于:其包括依次連接的AC/DC模塊、反激式開關(guān)電源電路以及同步整流BUCK電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種微充電機,其特征在于:AC/DC模塊的輸入端與市電連接，AC/DC模塊的輸出端對外輸出低壓的直流電流；所述反激式開關(guān)電源電路包括變壓器，變壓器包括原邊線圈和副邊線圈；原邊線圈的電流輸入端與AC/DC模塊的輸出端連接，還包括反激式開關(guān)電源控制器，反激式開關(guān)電源控制器接收微控制器發(fā)出的控制信號，控制原邊線圈的通斷；同步整流BUCK電路的輸入端與副邊線圈的電流輸出端連接，同步整流BUCK電路的輸出端與電池充 電座連接。
【文檔編號】H02J7/00GK103855776SQ201410124955
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】譚曉軍, 林萬芳, 程海峰, 宗志堅, 許鈾 申請人:東莞中山大學(xué)研究院, 東莞三新電動汽車技術(shù)有限公司