一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電動汽車電池管理技術領域，特別是涉及一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法。
【背景技術】
[0002]電動汽車是未來汽車產(chǎn)業(yè)重要的發(fā)展方向。鋰電池具有比能量和比體積大、工作電壓等級高、無記憶效應、自放電率低、無污染等優(yōu)點，鋰電池逐漸成為電動汽車的首選動力源。電動汽車用動力電池模塊由單體埋離子電池串聯(lián)而成，由于電池制造工藝的限制，每節(jié)單體電池的特性都會有微小的差異，在大量單體電池成組使用的情況下，就會存在電池組的不均衡問題。一旦單體鋰離子電池性能存在不一致性，在充放電時會出現(xiàn)單體電壓不一致，從而影響和制約著整個電池模塊的充放電能力。在工作中只要有一個單體電池達到充放電電壓極限，整個電池模塊就要停止充放電，否則單體電池會發(fā)生過充或過放，嚴重影響其壽命。因此如何高效地對電池組的一致性啟動實時修正，以延長其使用壽命，增大其可用容量，是單體電池成組使用函待解決的問題。
[0003]現(xiàn)有的均衡可分為兩種:一種是被動均衡，一種是主動均衡。被動均衡通常采用在單體電池兩端并聯(lián)電阻的方式，通過電阻分流達到電壓平衡，電路結(jié)構簡單，成本較低。主動均衡，又可分為DC/DC集中式(包括單向均衡、雙向均衡)和分散式均衡(包括飛度電容均衡、儲能電感均衡)。電容均衡電流不易控制，開關器件分壓也造成均衡效果不明顯；電感均衡只能在相鄰的單體電池間啟動，結(jié)構復雜，均衡效率較低。本發(fā)明提出了一種將主動-被動混合均衡的架構及方法。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有以下優(yōu)點:
[0004]1、繼承了主動均衡的優(yōu)點，即能量通過DC/DC轉(zhuǎn)換器直接流向需要均衡的單體電池，并不需要外界提供均衡電流，有效提高均衡效率。
[0005]2、將主動均衡和被動均衡有效地結(jié)合起來，能對電池組中任意一節(jié)單體電池啟動均衡，且保證充電時每節(jié)電池都能充滿，放電時每節(jié)電池都能放至最低極限，實現(xiàn)高效實時修正電池組的一致性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法，以克服現(xiàn)有均衡方法存在的上述不足。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:本發(fā)明提出一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法，屬于電動汽車領域。該均衡架構包括主動均衡模塊、被動均衡模塊、主控制模塊。主動均衡模塊包括DC/DC轉(zhuǎn)換器、多路選通器MUX,被動均衡模塊包括電池控制芯片、η個開關器件串接η個功率電阻(分別與η節(jié)單體電池并聯(lián))，主控制模塊即MCU。鋰電池組由η節(jié)單體電池組成；主動均衡模塊和被動均衡模塊均連接到鋰電池組上；電池控制芯片實時檢測各單體電池的電壓，并將電壓信息發(fā)送給MCU。MCU判斷各單體電池電壓是否達到充放電截止電壓及單體電池間電壓一致性，并采取相應的均衡方式。當某節(jié)電池電壓高于設定閾值或充電截止電壓時，控制與其并聯(lián)的開關器件啟動分流(即被動均衡)，可保證各單體電池不會過充，從而可以延長電池組的使用壽命。當某節(jié)電池電壓低于設定閾值或放電截止電壓時，通過接在電池組上的DC/DC轉(zhuǎn)換器，可以把電池組的部分能量轉(zhuǎn)移到該節(jié)電池上(即主動均衡)，可保證每節(jié)電池都能放至最低極限，發(fā)揮出每節(jié)電池的潛力，提高均衡效率、降低均衡功耗。本發(fā)明將主動-被動均衡方法有效的結(jié)合起來，能對電池組中任意一節(jié)單體電池啟動均衡，且保證充電時每節(jié)電池都能充滿，放電時每節(jié)電池都能放至最低極限，快速的消除電池組中的電池短板，實現(xiàn)高效實時修正電池組的一致性，以增大其可用容量，延長其使用壽命。
【附圖說明】
[0007]圖1 一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法電路圖；
[0008]圖2 —種電池組主動-被動混合均衡方法流程圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】進一步說明本發(fā)明:
[0010]一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法，其特征在于，一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法，其特征在于，包括被動均衡模塊(I)，被動均衡模塊包括電池控制芯片(7)、η個開關器件和η個功率電阻(分別與η節(jié)單體電池并聯(lián));包括主動均衡模塊(3)，主動均衡模塊包括兩個多路選通器(4)、DC/DC轉(zhuǎn)換器(5)、主控制模塊MCU (6)和2個開關器件。鋰電池組(2)由η節(jié)單體電池串聯(lián)組成。電池控制芯片分別與η個開關器件相連，并采集η節(jié)電池電壓；鋰電池組正負極兩端分別接DC/DC轉(zhuǎn)換器的Vin+、Vin-，DC/DC轉(zhuǎn)換器的Vo+、Vo-端分別通過開關器件接一個η選一多路選通器MUX ;兩個多路選通器可以組合選通任意一節(jié)單體電池；電池控制芯片與MCU通過SPI傳輸各單體電池電壓信息，并由MCU判斷出需要均衡的單體電池；當某節(jié)電池電壓高于所設定閾值或充電截止電壓時，(MCU控制)電池控制芯片發(fā)送控制指令CBi至被動均衡模塊的第i個開關器件，對第i節(jié)電池啟動被動均衡；當某節(jié)電池電壓低于所設定閾值或放電截至電壓時，MCU發(fā)送En。控制指令喚醒DC/DC轉(zhuǎn)換器，電池組轉(zhuǎn)移部分能量至DC/DC轉(zhuǎn)換器；MCU發(fā)送地址指令至兩個多路選通器MUX，選通需要均衡的某一節(jié)單體電池；MCU發(fā)送控制指令En1、En2至兩個開關器件，DC/DC轉(zhuǎn)換器對該單體電池開啟主動均衡。
[0011 ] 圖2所示一種電池組主動-被動混合均衡方法流程圖，對其闡述如下:
[0012](I)初始化過程:電池組接充電機或負載，MCU上電；
[0013](2)電池控制芯片檢測各單體電池電壓并將檢測結(jié)果發(fā)送給MCU ；
[0014](3)若V[i]在正常電壓區(qū)間(不小于Vdisch且不大于Vch)，順序執(zhí)行，否則轉(zhuǎn)至
(6)；
[0015](4)若I AVi不大于Vth,返回(2);否則順序執(zhí)行；
[0016](5)若AVi為正數(shù)，電池控制芯片發(fā)送控制指令CBi至開關器件，對第i節(jié)電池開啟被動均衡，均衡完畢后返回(2)，若AVi為負數(shù)，轉(zhuǎn)至(7)；
[0017](6)若V[i]小于Vdisch轉(zhuǎn)至(7)，否則電池控制芯片發(fā)送控制指令CBi至開關器件，對第i節(jié)電池開啟被動均衡，均衡完畢后返回(2);
[0018](7) MCU發(fā)送使能指令EnO喚醒DC/DC轉(zhuǎn)換器；MCU發(fā)送地址控制指令至多路選通器MUX，選通第i節(jié)電池；MCU發(fā)送使能指令Enl、Eh2至開關器件，DC/DC轉(zhuǎn)換器對第i節(jié)電池開啟主動均衡。
[0019]注:
[0020]V[i]:第i節(jié)單體電池電壓[0021 ] Vch:充電截止電壓
[0022]Vdisch:放電截止電壓
[0023]Vth:閾值
[0024]AVi = V[i]- Σ V[i]/n
[0025]本發(fā)明所提出的一種主動-被動混合均衡方法，包括以下步驟:
[0026](I)電池控制芯片通過SPI將檢測到的單體電池電壓信息發(fā)送給MCU ；
[0027](2)當?shù)趇節(jié)單體電池電壓高于所設定閾值或充電截至電壓時，需要將其中的能量導出，這在充電模式下尤為必要。MCU通過控制電池控制芯片，發(fā)送CBi控制指令至第i個開關器件，對該節(jié)電池啟動被動均衡；
[0028](3)當?shù)趇節(jié)單體電池電壓低于所設定閾值或放電截至電壓時，為了避免過放，對其啟動主功均衡，具體步驟如(4)；
[0029](4) MCU發(fā)送使能指令En。喚醒DC/DC轉(zhuǎn)換器，電池組轉(zhuǎn)移部分能量至DC/DC轉(zhuǎn)換器；MCU發(fā)送地址指令至多路選通器MUX，選通第i節(jié)電池；MCU發(fā)送地址指令至多路選通器MUX，選通該節(jié)電池；MCU發(fā)送En1、En2使開關器件導通，DC/DC轉(zhuǎn)換器存儲的能量轉(zhuǎn)移到該節(jié)電池，以幫助延長整個電池組的工作時間，直到最后一塊單體電池也被耗盡。
【主權項】
1.一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法，其特征在于，包括被動均衡模塊(I)，被動均衡模塊包括電池控制芯片(7)、n個開關器件和η個功率電阻(分別與η節(jié)單體電池并聯(lián))；包括主動均衡模塊(3)，主動均衡模塊包括兩個多路選通器(4)、DC/DC轉(zhuǎn)換器(5)、主控制模塊MCU (6)和2個開關器件。鋰電池組(2)由η節(jié)單體電池串聯(lián)組成。2.按照權利要求1所述的一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法，其特征在于所述的電池控制芯片分別與η個開關器件相連，并采集η節(jié)電池電壓。3.按照權利要求1所述的一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法，其特征在于所述的鋰電池組正負極兩端分別接DC/DC轉(zhuǎn)換器的Vin+、Vin-，DC/DC轉(zhuǎn)換器的Vo+、Vo-端分別通過開關器件接一個η選一多路選通器MUX。4.按照權利要求1所述的一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法，其特征在于所述的兩個多路選通器可以組合選通任意一節(jié)單體電池。5.按照權利要求1所述的一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法，其特征在于所述的電池控制芯片與MCU通過SPI傳輸各單體電池電壓信息，并由MCU判斷出需要均衡的單體電池。6.按照權利要求2所述的一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法，其特征在于當某節(jié)電池電壓高于所設定閾值時，(MCU控制)電池控制芯片發(fā)送控制指令CBi至被動均衡模塊的第i個開關器件，對第i節(jié)電池開啟被動均衡。7.按照權利要求5所述的一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法，其特征在于當某節(jié)電池電壓低于所設定閾值時，MCU發(fā)送En?？刂浦噶顔拘袲C/DC轉(zhuǎn)換器，電池組轉(zhuǎn)移部分能量至DC/DC轉(zhuǎn)換器；MCU發(fā)送地址指令至兩個多路選通器MUX，選通需要均衡的某一節(jié)單體電池；MCU發(fā)送控制指令En1、En2至兩個開關器件，DC/DC轉(zhuǎn)換器對該單體電池開啟主動均衡。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種電池組主動-被動混合均衡架構及其方法，屬于電動汽車領域。該均衡架構包括主動均衡模塊、被動均衡模塊、主控制模塊。主動均衡模塊包括DC/DC轉(zhuǎn)換器、多路選通器MUX，被動均衡模塊包括電池控制芯片、n個開關器件串接n個功率電阻，主控制模塊即MCU。MCU判斷各單體電池電壓是否達到充放電截止電壓及單體電池間電壓一致性，并采取相應的均衡方式。當某節(jié)電池電壓高于所設定閾值時，控制與其并聯(lián)的開關器件進行分流(即被動均衡)。當某節(jié)電池電壓低于所設定閾值時，通過DC/DC轉(zhuǎn)換器，把電池組的部分能量轉(zhuǎn)移到該節(jié)電池上(即主動均衡)。
【IPC分類】H02J7/00, H01M10/44, H01M10/42
【公開號】CN105226733
【申請?zhí)枴緾N201410226423
【發(fā)明人】樸昌浩, 王照廣, 張艷, 蕭紅
【申請人】重慶郵電大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2014年5月27日