動態平衡電池充電保護裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及蓄電池保護領域，特別涉及一種動態平衡電池充電保護裝置。
【背景技術】
[0002]電動車輛的動力能源為蓄電池，單一蓄電池的能量和電壓有限，需要電池成組后，才能滿足車輛的能源需求。一般情況下，串并聯電池組中單體電池的化學特性、工作溫度以及老化過程等存在不一致性，經過多次充放電循環，電池的荷電狀態將產生差異，表現為單體電池電壓發散越來越大，導致電池組的性能受到極大影響。在實際過程中，當容量最小的單體電量告罄或充滿時，串聯電池組的放電或充電過程提前結束，在電動汽車動力電池組的使用過程中，單體電池性能不均衡是影響電池組工作的重要因素，因此對電池組進行均衡控制十分必要。
【發明內容】
[0003]為了解決現有技術的問題，本實用新型實施例提供了動態平衡電池充電保護裝置，其包括:電壓采集模塊，用于檢測電池組的電池電壓，所述電池組由多個電池單體串聯或串并聯組成；均衡控制模塊，與所述電壓采集模塊連接，用于根據所述電壓采集模塊檢測的電池電壓計算出各個電池單體的工作狀態，根據所述各個電池單體的工作狀態確定待均衡控制的電池單體，并產生MOSFET驅動信號；和均衡器模塊，與所述均衡控制模塊和所述電池組分別連接，用于在所述MOSFET驅動信號的驅動下對所述待均衡控制的電池單體進行能量管理。
[0004]根據如上所述的動態平衡電池充電保護裝置，優選，所述動態平衡電池充電保護裝置還包括:脈沖信號產生電路，與所述均衡控制模塊和所述均衡器模塊分別連接，用于在所述MOSFET驅動信號的控制下產生脈沖信號以使所述均衡器模塊根據所述脈沖信號對所述待均衡控制的電池單體進行能量管理；所述脈沖信號產生電路具有:變壓器、第一電容、第二電容、第一電阻、第二電阻，變壓器的初級繞組的MOSFET接收所述MOSFET驅動信號；變壓器的次級繞組的一端依次經第一電容、第一電阻、第一二極管的負極和第一二極管的正極與電源地連接，所述變壓器的次級繞組的一端還經并聯的三極管和第四二極管與電源地連接，所述第四二極管的負極與所述變壓器的次級繞組的一端連接，所述第四二極管的正極與所述電源地連接，所述第一二極管的負極還與第二二極管的正極和所述第二電阻的一端分別相連，所述第二二極管的負極與所述第二電容的一端、第三電阻的一端、第三二極管的正極分別連接，所述第二電容的另一端和第三電阻的另一端均與所述電源地連接，所述第三二極管的負極與第一電源連接，所述變壓器的次級繞組的另一端與第二電源連接，所述第二二極管的負極作為脈沖信號檢測輸出端。
[0005]根據如上所述的動態平衡電池充電保護裝置，優選，所述第一二極管、第二二極管和第三二極管均為穩壓二極管。
[0006]本實用新型實施例帶來的有益效果如下:
[0007]均衡器模塊根據均衡控制模塊的指令，對每一單體電池進行智能充電管理，從而達到防止電池重復充、放電，保障單體電池電量飽和，發揮電池組的最大使用效率，有效延長電池壽命的目的)
【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型實施例提供的一種動態平衡電池充電保護裝置的結構示意圖。
[0009]圖2是本實用新型實施例提供的一種歸零電路原理圖；
[0010]圖3是采用本實用新型實施例后的電池組的正邊電流波形圖；
[0011]圖4是采用本實用新型實施例后的電池組的正邊電壓波形圖；
[0012]圖5是采用本實用新型實施例后的電池組的反邊電流波形圖；
[0013]圖6是采用本實用新型實施例后的電池組的反邊電流波形圖。
【具體實施方式】
[0014]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。
[0015]參見圖1-2，本實用新型實施例提供了一種動態平衡電池充電保護裝置，其包括:電壓采集模塊、均衡控制模塊和均衡器模塊。電壓采集模塊用于檢測電池組的電池電壓，電池組由多個電池單體串聯或串并聯組成；均衡控制模塊與電壓采集模塊連接，用于根據電壓采集模塊檢測的電池電壓計算出各個電池單體的工作狀態，根據各個電池單體的工作狀態確定待均衡控制的電池單體，并產生MOSFET驅動信號；和均衡器模塊，與均衡控制模塊和電池組分別連接，用于在MOSFET驅動信號的驅動下對待均衡控制的電池單體進行能量管理。
[0016]動態平衡電池充電保護裝置還包括:脈沖信號產生電路，與均衡控制模塊和均衡器模塊分別連接，用于在MOSFET驅動信號的控制下產生脈沖信號以使均衡器模塊根據脈沖信號對待均衡控制的電池單體進行能量管理；脈沖信號產生電路具有:變壓器T、第一電容Cl、第二電容C2、第一電阻R1、第二電阻R2、變壓器T的初級繞組的MOSFET接收MOS驅動信號；變壓器的次級繞組的一端依次經第一電容Cl、第一電阻R1、第一二極管Dl的負極和第一二極管Dl的正極與電源地連接，變壓器的次級繞組的一端還經并聯的三極管Q和第四二極管D4與電源地連接，第四二極管D4的負極與變壓器的次級繞組的一端連接，第四二極管D4的正極與電源地連接，第一二極管Dl的負極還與第二二極管D2的正極和第二電阻R2的一端分別相連，第二二極管D2的負極與第二電容C2的一端、第三電阻R3的一端、第三二極管D3的正極分別連接，第二電容C2的另一端和第三電阻R3的另一端均與電源地連接，第三二極管D3的負極與第一電源VCC連接，變壓器T的次級繞組的另一端與第二電源V+連接，第二二極管D2的負極作為脈沖信號檢測輸出端DEGAUSS。優選，第一二極管Dl、第二二極管D2和第三二極管D3均為穩壓二極管。
[0017]下面對動態平衡電池充電保護裝置的使用過程進行詳細介紹:
[0018]該裝置通過電壓采集模塊持續檢測電池電壓，并將電壓信號通過MultiCAN實時傳輸到控制模塊，控制模塊的MCU根據測量電壓值和相關測量數據，通過動態規劃法和人工神經網絡數學模型，計算出每個電池的工作狀態，確定均衡對象、啟動及持續時間，然后產生MOSFET驅動信號驅動均衡器模塊對動力電池組(即由多個電池單體串聯或串并聯形成的電池組)進行能量管理。均衡器能量管理旨在建立一種歸零電路，對已經飽和的單體電池，使繞組電壓和能量歸零，以保障電池充電效率、延長電池壽命。如圖2所示。在變壓器初級繞組的MOSFET斷開之后，初級電流不斷減少，同時初級繞組非同名端的電壓迅速上升，此時第一電容Cl和第二電容C2通過電阻R1、R2、R3快速充電，電容兩端的電壓也不斷增加，由于存在箝位電路，第二電容C2的電壓只能上升至5V，并保持一段時間，直到第二電容C2的充電過程結束，開始通過電阻R3放電進入到放電階段，之后第二電容C2的電壓持續降低至0V，因此該電路可以在變壓器初級繞組的能量歸零時，在DEGAUSS檢測輸出端口產生一個5V脈沖電壓信號，因此該電路也成為脈沖信號產生電路，當檢測到脈沖信號后，均衡器模塊根據均衡控制模塊的指令，對每一單體電池進行智能充電管理，從而達到防止電池重復充、放電，保障單體電池電量飽和，發揮電池組的最大使用效率，有效延長電池壽命的目的。
[0019]圖3-6為采用本實用新型實施例后電池組的實驗結果(圖中為實測)與理論值(圖中為仿真)的波形圖，分別為正邊(即原邊)電流波形圖、正邊(即原邊)電壓波形圖、反邊(即副邊)電流波形圖、反邊(即副邊)電壓波形圖。
[0020]實際應用時，電壓采集模塊可基于LTC6802芯片設計，基于此可在13ms內就可以完成電池組的電壓檢測，整體測量誤差不超過0.25 %。均衡控制模塊采用的是英飛凌XC2238N高性能微處理器。
[0021]綜上所述，本實用新型實施例帶來的有益效果如下:
[0022]均衡器模塊根據均衡控制模塊的指令，對每一單體電池進行智能充電管理，從而防止電池重復充、放電，保障單體電池電量飽和，發揮電池組的最大使用效率，有效延長電池壽命。
[0023]本實用新型未詳細說明部分屬本領域技術人員公知常識。
【主權項】
1.一種動態平衡電池充電保護裝置，其特征在于，所述動態平衡電池充電保護裝置包括: 電壓采集模塊，用于檢測電池組的電池電壓，所述電池組由多個電池單體串聯或串并聯組成； 均衡控制模塊，與所述電壓采集模塊連接，用于根據所述電壓采集模塊檢測的電池電壓計算出各個電池單體的工作狀態，根據所述各個電池單體的工作狀態確定待均衡控制的電池單體，并產生MOSFET驅動信號；和 均衡器模塊，與所述均衡控制模塊和所述電池組分別連接，用于在所述MOSFET驅動信號的驅動下對所述待均衡控制的電池單體進行能量管理。
2.根據權利要求1所述的動態平衡電池充電保護裝置，其特征在于，所述動態平衡電池充電保護裝置還包括:脈沖信號產生電路，與所述均衡控制模塊和所述均衡器模塊分別連接，用于在所述MOSFET驅動信號的控制下產生脈沖信號以使所述均衡器模塊根據所述脈沖信號對所述待均衡控制的電池單體進行能量管理； 所述脈沖信號產生電路具有:變壓器、第一電容、第二電容、第一電阻、第二電阻，變壓器的初級繞組的MOSFET接收所述MOSFET驅動信號； 變壓器的次級繞組的一端依次經第一電容、第一電阻、第一二極管的負極和第一二極管的正極與電源地連接，所述變壓器的次級繞組的一端還經并聯的三極管和第四二極管與電源地連接，所述第四二極管的負極與所述變壓器的次級繞組的一端連接，所述第四二極管的正極與所述電源地連接，所述第一二極管的負極還與第二二極管的正極和所述第二電阻的一端分別相連，所述第二二極管的負極與所述第二電容的一端、第三電阻的一端、第三二極管的正極分別連接，所述第二電容的另一端和所述第三電阻的另一端均與所述電源地連接，所述第三二極管的負極與第一電源連接，所述變壓器的次級繞組的另一端與第二電源連接，所述第二二極管的負極作為脈沖信號檢測輸出端。
3.根據權利要求2所述的動態平衡電池充電保護裝置，其特征在于，所述第一二極管、第二二極管和第三二極管均為穩壓二極管。
【專利摘要】本實用新型公開了一種動態平衡電池充電保護裝置，適用于由大量單體串、并聯組成的電動汽車電池組，其根據不同工況，對單體電池進行獨立均衡，對整個電池組采取主動和被動均衡控制。本實用新型通過上述技術方案防止了電池重復充、放電，保障了單體電池電量飽和，發揮了電池組的最大使用效率，有效延長了電池壽命。
【IPC分類】H02J7-00
【公開號】CN204517431
【申請號】CN201520075586
【發明人】姜金俊, 徐芮, 智彥利, 滕朝華, 譚麗, 梁冠亮, 張立志, 張禹
【申請人】中國航天空氣動力技術研究院
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年2月3日