一種電動汽車電池組的可控電流均衡系統的制作方法
【專利摘要】一種電動汽車電池組的可控電流均衡系統：包括上位機、至少一個均衡子系統、一鉛酸電池；均衡子系統由一個主控中繼模塊及其分別連接控制的4個隔離均衡模塊構成，主控中繼模塊輸出PWM控制信號控制各個隔離均衡模塊充放電動作，收集各個隔離均衡模塊對應的采集數據并完成與上位機之間的通信；主控中繼模塊經CAN總線連接上位機、各個隔離均衡模塊一端的兩個接頭并聯連接鉛酸電池兩端而另一端的兩個接頭則接在電動汽車電池組的兩端；鉛酸電池和各電動汽車電池組都接有電流電壓采樣電路，采樣信號經隔離后都傳送到主控中繼模塊。本發明可對單體電池與鉛酸電池進行電流可控的雙向能量交換，對單體電池進行充放電均衡，提高電池組效率的硬件電路。
【專利說明】—種電動汽車電池組的可控電流均衡系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電動汽車電池組的可控電流均衡系統。
【背景技術】
[0002]出于對能源和環境的考慮，電動汽車因其節能環保而得到快速發展。受目前電池制造技術水平的限制，単體鋰電池在性能上還不能滿足電動車領域的實際應用，組合成為現有技術條件下鋰電池滿足高功率高能量動カ源要求的有效途徑，一般采用串并聯結合的方式對單體電池加以利用。但是這種組合除了對單體電池的性能指標提出了很高的要求夕卜，同時往往會產生電池不一致的問題。電池的不一致是指同規格、同型號的電池在電壓、內阻、容量、自放電率等方面存在參數差異的現象。電池的一致性問題直接決定了整組電池的使用性能，從而影響到電動汽車的動カ性和續駛里程。
[0003]由于電池組一致性問題的存在，成組電池在可用容量和使用壽命等方面遠不及單體電池，并且加大了對電池進行管理和控制的困難程度。實踐表明，當電池組的一致性問題發展到個別電池發生容量大幅度減小、內阻顯著提高等情況時，整組電池的性能會在短時間內快速惡化，從而使得整個電池組報廢。所以電池組均衡管理技術作為解決電池組一致性問題的主要手段，對電池的成組使用有著至關重要的作用。
[0004]均衡電路作為實現均衡的硬件載體，直接關系到均衡實施的效果。目前均衡電路拓撲結構形式豐富多祥，可以分為能量消耗型均衡和無損均衡兩類。前者主要是指電阻放電式均衡方式，它通過在電池兩端并聯電阻對電池進行放電，消耗電池多余的能量來實現均衡目的，這種方法具有實現簡單、成本低廉的優點，是早期主要的均衡方案，同時也存在能量浪費、散熱處理、均衡時間長等問題。
[0005]無損均衡是指在不同電池間進行能量傳遞來實現均衡，目前也存在很多種的實現形式:如利用開關器件和大容量電容的組合實現在相鄰電池之間傳遞能量，實現相互間的均衡方式。此外還有通過開關陣列選擇向指定的電池充電，該方法的能量流動方向是固定的，即用整組電池的能量來補充能量低的單體電池來實現均衡。
[0006]目前的均衡系統存在難以驗證、均衡電路靈活性差、能量浪費的不足之處.
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題，就是提供一種可對單體電池與鉛酸電池進行電流可控的雙向能量交換，對單體電池進行充放電均衡，提高電池組效率的硬件電路.[0008]解決上述技術問題，本發明采取的技術方案為:
[0009]一種電動汽車電池組的可控電流均衡系統，其特征是:包括上位機、至少ー個均衡子系統、一鉛酸電池；所述的均衡子系統由ー個主控中繼DSP模塊及其分別連接控制的4個隔離均衡模塊構成，主控中繼DSP模塊為DSP主控制器，功能是輸出PWM控制信號控制各個隔離均衡模塊充放電動作、收集各個隔離均衡模塊對應的采集數據并完成與上位機之間的通信；所述的主控中繼DSP模塊經CAN總線連接上位機、各個隔離均衡模塊一端的兩個接頭并聯連接在鉛酸電池兩端而另一端的兩個接頭則接在電動汽車電池組的兩端；所述的鉛酸電池和各電動汽車電池組都接有電流電壓采樣電路，采樣信號經隔離后都傳送到主控中繼DSP模塊。
[0010]所述的主控中繼DSP模塊組成和連接關系為:單片機MCU經隔離后分別連接有CAN模塊、電流檢測模塊和電壓檢測模塊，還經ePWM并隔離后連接4個均衡模塊，同時還外接指示燈、硬件看門狗和存儲器，另有供電電源經電源變換后給單片機MCU供電，CAN模塊發送BMS信號。
[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，其拓撲關系為:
[0012]有源鉗位雙向反激變換器變壓器一次側的正極出來后分兩條支路:一支路經一次側電感LI后接鉛酸電池Vl正扱，另ー支路經電感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的負極、另一分支依次經并聯有ニ極管的開關管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的負極出來后經并聯的第三電容Vdsl正極、第一ニ極管Crl負極、開關管SI的S極后再經第一采樣電阻Rsl最后接至鉛酸電池Vl負極；
[0014]有源鉗位雙向反激變換器變壓器二次側的正極出來經二次側電感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的負極出來后分兩條支路:一支依次經并聯有ニ極管的開關管S4的正極、第二電容C2正極后接到単體鋰電池V2正極，另ー支路經并聯的第四電容Vds2正極、第二ニ極管Cr2的負極、開關管S2后再經第二采樣電阻Rs2最后接單體鋰電池V2負極。
[0016]所述的開關管Ql、Q2、Q3、Q4均為高頻M0SFET，采樣電阻Rsl與Vl串聯，為一次側電流采樣，Rs2與V2串聯，為二次側電流采樣，電壓采樣為電阻并聯分壓采樣，電壓采樣通過電阻分壓采得，一次側和二次側的電流電壓信號經過隔離后都傳送到主控中繼DSP模塊。
[0017]有益效果:
[0018]( I)本發明將均衡系統模塊化，對于不同電池組可以任意増加或者減少均衡子系統，以適應不同使用場合。
[0019](2)本發明采用數字DSP控制，可以與上位機配合通訊，電流高精度連續可調(-4A到+4A)，適應于各種充放電方案。
[0020](3)此均衡電路為可控雙向能量傳遞，均衡損耗小。
[0021](3)對于充放電電流都可以即時數字調節，
[0022](4) DSP可與上位機通過CAN通訊，可以適應多節點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明的均衡系統組成及均衡連接示意圖；
[0024]圖2為本發明均衡系統的主控中繼DSP模塊原理示意圖；
[0025]圖3為本發明均衡系統的隔離均衡模塊電路圖。【具體實施方式】
[0026]為了便于本領域技術人員理解，下面結合實施例及附圖對本發明作進ー步的詳細說明。
[0027]如圖1和圖2所示，本發明的電動汽車電池組的可控電流均衡系統實施例，包括上位機、4個均衡子系統和ー鉛酸電池。
[0028]每個均衡子系統由ー個主控中繼DSP模塊及其分別連接控制的4個隔離均衡模塊構成，主控中繼模塊為DSP主控制器，功能是輸出PWM控制信號控制各個隔離均衡模塊充放電動作，收集各個隔離均衡模塊對應的采集數據并完成與上位機之間的通信；均衡子系統的主控中繼DSP模塊經CAN總線連接上位機、各個隔離均衡模塊一端的兩個接頭并聯連接鉛酸電池兩端而另一端的兩個接頭則接在電動汽車電池組的兩端；鉛酸電池和各電動汽車電池組都接有電流電壓采樣電路，采樣信號經隔離后都傳送到主控中繼DSP模塊。
[0029]主控中繼DSP模塊組成和連接關系為:單片機MCU經隔離后分別連接有CAN模塊、電流檢測模塊和電壓檢測模塊，還經ePWM并隔離后連接4個均衡模塊，同時還外接指示燈、硬件看門狗和存儲器，另有供電電源經電源變換后給單片機MCU供電，CAN模塊發送BMS信號。
[0030]隔離均衡模塊也可稱為有源鉗位雙向反激變換器，其拓撲關系為:
[0031]有源鉗位雙向反激變換器變壓器一次側的正極出來后分兩條支路:一支路經一次側電感LI后接鉛酸電池Vl正扱，另ー支路經電感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的負極、另一分支依次經并聯有ニ極管的開關管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的負極出來后經并聯的第三電容Vdsl正極、第一ニ極管Crl負極、開關管SI的S極后再經第一采樣電阻Rsl最后接至鉛酸電池Vl負極；
[0033]有源鉗位雙向反激變換器變壓器二次側的正極出來經二次側電感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的負極出來后分兩條支路:一支依次經并聯有ニ極管的開關管S4的正極、第二電容C2正極后接到単體鋰電池V2正極，另ー支路經并聯的第四電容Vds2正極、第二ニ極管Cr2的負極、開關管S2后再經第二采樣電阻Rs2最后接單體鋰電池V2負極。
[0035]開關管Q1、Q2、Q3、Q4均為高頻M0SFET，采樣電阻Rsl與Vl串聯，為一次側電流采樣，Rs2與V2串聯，為二次側電流采樣，電壓采樣為電阻并聯分壓采樣，電壓采樣通過電阻分壓采得，一次側和二次側的電流電壓信號經過隔離后都傳送到主控中繼DSP模塊。
[0036]本發明的可控電流均衡系統具有以下特點:
[0037](I)采用模塊化的設計思路，整體框架應用了主從結構，均衡系統工作過程中，由上位機(BMS電池管理系統)計算得出電池的平均狀態，隨后確定需要均衡的電池單體，將信息指令發送到指定CAN地址的中繼DSP，中繼DSP讀取CAN數據之后，對電池序號進行判斷，指定PWM端ロ輸出控制信號，開始對指定電池的進行均衡；每個單體電池都通過均衡模塊與鉛酸電池相連接，以實現単體電池對鉛酸電池的雙向無損均衡。
[0038](2)eCAN協議的設定:其中數據域中，低兩個字節傳輸預設電流值(0x222—OxEEE)對應的十進制為(546— 3822)，(即-4A — 4A);第三個字節為判斷充電、放電、停機判斷位，(0x03)為校準、(0x05)為充電、(0x07)為放電、(0x09)為停機；第四字節為均衡線路
選擇控制字節；第五個字節設置截止電壓。
[0039]
【權利要求】
1.一種電動汽車電池組的可控電流均衡系統，其特征是:包括上位機、至少ー個均衡子系統、一鉛酸電池；所述的均衡子系統由ー個主控中繼DSP模塊及其分別連接控制的4個隔離均衡模塊構成，主控中繼DSP模塊為DSP主控制器，功能是輸出PWM控制信號控制各個隔離均衡模塊充放電動作、收集各個隔離均衡模塊對應的采集數據并完成與上位機之間的通信；所述的主控中繼DSP模塊經CAN總線連接上位機、各個隔離均衡模塊一端的兩個接頭并聯連接在鉛酸電池兩端而另一端的兩個接頭則接在電動汽車電池組的兩端；所述的鉛酸電池和各電動汽車電池組都接有電流電壓采樣電路，采樣信號經隔離后都傳送到主控中繼DSP模塊。
2.根據權利要求1所述的電動汽車電池組的可控電流均衡系統，其特征是:所述的主控中繼DSP模塊組成和連接關系為:單片機MCU經隔離后分別連接有CAN模塊、電流檢測模塊和電壓檢測模塊，還經ePWM并隔離后連接4個均衡模塊，同時還外接指示燈、硬件看門狗和存儲器，另有供電電源經電源變換后給單片機MCU供電，CAN模塊發送BMS信號。
3.根據權利要求2所述的電動汽車電池組的可控電流均衡系統，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，其拓撲關系為: 有源鉗位雙向反激變換器變壓器一次側的正極出來后分兩條支路:一支路經一次側電感(LI)后接鉛酸電池(Vl)正極，另ー支路經電感(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的負極、另一分支依次經并聯有二極管的開關管(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的負極出來后經并聯的第三電容(Vdsl)正扱、第一二極管(Crl)負極、開關管(SI)的S極后再經第一采樣電阻(Rsl)最后接至鉛酸電池(Vl)負極； 有源鉗位雙向反激變換器變壓器二次側的正極出來經二次側電感(L2)后接単體鋰電池(V2)正極； 有源鉗位雙向反激變換器變壓器二次側的負極出來后分兩條支路:一支依次經并聯有二極管的開關管(S4)的正極、第二電容(C2)正極后接到単體鋰電池(V2)正極，另ー支路經并聯的第四電容(Vds2)正極、第二二極管(Cr2)的負極、開關管(S2)后再經第二采樣電阻(Rs2)最后接單體鋰電池(V2)負極。
4.根據權利要求1所述的電動汽車電池組的可控電流均衡系統，其特征是:所述的開關管(01、02、03、04)均為高頻皿)5?￡1'，第ー采樣電阻(1^1)與鉛酸電池(Vl)串聯，為一次側電流采樣，第二采樣電阻(Rs2)與單體鋰電池(V2)串聯，為二次側電流采樣，電壓采樣為電阻并聯分壓采樣，電壓采樣通過電 阻分壓采得，一次側和二次側的電流電壓信號經過隔離后都傳送到主控中繼DSP模塊。
【文檔編號】H02J7/00GK103595092SQ201310526595
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月30日 優先權日:2013年10月30日
【發明者】趙偉, 肖勇, 羅敏, 李景新, 姜久春, 曹雪銘, 張維戈 申請人:廣東電網公司電力科學研究院