一種電動汽車電池均衡控制系統及其控制方法
2023-06-02 21:12:06
一種電動汽車電池均衡控制系統及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種電動汽車電池均衡控制系統，包括控制器、電池組、電池電壓採集模塊、電源模塊，所述的控制器與電池組之間通過均衡模塊連接，所述的控制器的輸入端與電池電壓採集模塊連接。採用上述結構，本發明具有以下優點：1、本發明同樣的時間裡只需要各自均衡組內的兩節單體電池即可，即同樣的時間可以進行兩組均衡，提高了效率。在靜態的過程中，上述均衡方式幾乎可以一步到位；2、各均衡子程序裡都有控制LED亮滅的指令，所以如果LED指示燈點亮，則表明均衡器正在工作中；相反，如果LED熄滅，則表面均衡器均衡完畢，處於非均衡工作狀態中。
【專利說明】一種電動汽車電池均衡控制系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電動汽車電源控制技術，特別涉及一種電動汽車電池均衡控制系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]目前，由4節12V的單個電池串聯組成的電池組廣泛應用於電動車的動力電池中，由於電池製造工藝因素影響，使其容量、內阻等參數單體之間一致性有差異，導致了單塊電池性能的差異，同時電池組在使用一段時間後，單節電池之間的差異性會變大，進一步影響電池的性能和壽命。均衡控制系統通過均衡各節電池之間的電量，避免在放電過程中，出現過分，充電過程中，出現過充，儘量實現電池容量的一致性，從而延長電池的壽命。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種能夠有效均衡各節電池之間的電量，提高電池的性能和壽命的電動汽車均衡控制系統及其控制方法。
[0004]為解決上述技術問題，本發明涉及的技術方案是:一種電動汽車電池均衡控制系統，包括控制器、電池組、電池電壓採集模塊、電源模塊，所述的控制器與電池組之間通過均衡模塊連接，所述的控制器的輸入端與電池電壓採集模塊連接。
[0005]所述的均衡模塊包括由場效電晶體構成的開關網絡、由電容構成的電容網絡，利用電容實現不同單體之間電量的轉移。
[0006]所述的控制器，用於根據電池電壓採集模塊採集的電池組各節單體電池的電壓信號，通過利用電容網絡的電容充放電調節電池組各節電池電壓，使得各節電池電壓大小一致。具體為，當檢測到單體電壓超出整體電壓平均值後，利用電容網絡將電容與這個單體並聯，電池單體對電容充電，當電容電壓和電池電壓一致後，利用場效電晶體構成的開關網絡，將電容與電池電壓最低的單體電池並聯，電容將對單體電池充電。如此過程不停的重複，實現將單體電壓高的電池能量通過電容對單體電池電壓低的電池進行能量補充，有效的避免放電時電壓低的電池過放。充電時,單體電壓高的電池過充。進一步提高電池使用循環壽命。
[0007]所述的電源模塊是通過電源晶片將電池組電壓變為5V電壓，給控制器提供工作電壓。
[0008]所述的控制器的輸出端連接有指示燈。
[0009]所述的控制器採用單片機，其型號為XC866。
[0010]所述的控制器連接有JTAG接口。
[0011]所述的電池組為四節電池。
[0012]一種電動汽車電池均衡控制系統的控制方法，所述的方法包括以下步驟:
[0013]a)系統將電池組分成兩個小組，採集每個小組的單節電池兩端的電壓，比較第一小組的單節電池電壓之和與第二小組的單節電池電壓之和,將電量從電壓高的小組向電壓低的小組轉移直至兩組之間的電壓相等或相近；
[0014]b)系統比較各小組內各節電池之間的電壓差，將電量從電壓高的單節電池向電壓低的電池轉移直至兩者之間的電壓相等或相近；
[0015]在步驟a)、b)中的電能轉移過程中系統點売指TjV燈。
[0016]所述的方法包括以下兩個階段:
[0017]第一階段系統把電池組分成兩個小組，第一單節電池與第二單節電池的串聯為1#組，第三單節電池與第四單節電池的串聯為2#組，通過數據採集可以得到各單節電池兩端的電壓，然後比較第一單節與第二單節電池之和Vl與第三單節與第四單節電池之和V2的大小,如果V1>V2，則1#組的電能向2#組的電能轉移直至兩組之間的能量相等；相反，如果V2>V1，則2#組的電能向1#組的電能轉移直至兩組之間的能量相等；
[0018]第二階段系統比較1#組內各節電池之間的電壓差，將電量從電能高的單節電池向電能低的電池轉移直至兩者之間的電能相等，系統比較2#組內各節電池之間的電壓差，將電量從電能高的單節電池向電能低的電池轉移直至兩者之間的電能相等。
[0019]本發明採用上述結構和方法，具有以下優點:1、本發明的均衡是自頂向下、單方向式的，即先均衡兩組之間的電能，再分別均衡各組組內的兩節單體電池，而且各組組內的兩節單體電池之間的均衡可以同時進行。單向式均衡縮短了時間，而同樣的時間裡只需要各自均衡組內的兩節單體電池即可，即同樣的時間可以進行兩組均衡，提高了效率。在靜態的過程中，上述均衡方式幾乎可以一步到位；2、各均衡子程序裡都有控制LED亮滅的指令，所以如果LED指示燈點亮，則表明均衡器正在工作中；相反，如果LED熄滅，則表面均衡器均衡完畢，處於非均衡工作狀態中，易於對系統運行狀態監控。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明；
[0021]圖1為本發明的邏輯結構框圖；
[0022]圖2為本發明的結構框圖；
[0023]圖3為本發明中均衡模塊的電路圖；
[0024]圖4為本發明中系統均衡電池組的四節電池的電壓的軟體流程圖；
[0025]在圖1?圖2中，1、控制器；2、電池電壓採集模塊；3、均衡模塊。
【具體實施方式】
[0026]如圖1?圖4所示一種電動汽車電池均衡控制系統，包括控制器1、電池組、電池電壓採集模塊2、電源模塊，控制器I與電池組之間通過均衡模塊3連接，控制器I的輸入端與電池電壓採集模塊2連接。均衡模塊3包括由場效電晶體構成的開關網絡、由電容構成的電容網絡，如圖3所示。
[0027]控制器，用於根據電池電壓採集模塊採集的電池組各節單體電池的電壓信號，通過利用電容網絡的電容充放電調節電池組各節電池電壓,使得各節電池電壓大小一致。具體為，當檢測到單體電壓超出整體電壓平均值後，利用電容網絡將電容與這個單體並聯，電池單體對電容充電，當電容電壓和電池電壓一致後，利用場效電晶體構成的開關網絡，將電容與電池電壓最低的單體電池並聯，電容將對單體電池充電。如此過程不停的重複，實現將單體電壓高的電池能量通過電容對單體電池電壓低的電池進行能量補充，有效的避免放電時電壓低的電池過放。充電時,單體電壓高的電池過充。進一步提高電池使用循環壽命。電源模塊是通過電源晶片將電池組電壓變為5V電壓，給控制器提供工作電壓。
[0028]控制器的輸出端連接有指示燈，指示燈為LED指示燈。控制器採用單片機，其型號為XC866。控制器連接有JTAG接口。電池組為四節電池。單片機XC866的電源和電壓轉換電路電源都是利用NCS1002來實現的，電壓轉換電路由高性能模數轉換單元A/D構成，該高性能模數轉化單元A/D是由單片機XC866內部包含的，本發明用到了 A/D的四路通道，用於採集四節電池的電壓。均衡電路模塊採用電容作為儲能元件，實現了能量的無損耗。均衡電路模塊通過利用場效電晶體控制電池與電容的連接，通過電容的充放電來實現電池電壓的均衡的。
[0029]一種電動汽車電池均衡控制系統的控制方法，所述的方法包括以下步驟:
[0030]a)系統將電池組分成兩個小組，採集每個小組的單節電池兩端的電壓，比較第一小組的單節電池電壓之和與第二小組的單節電池電壓之和,將電量從電壓高的小組向電壓低的小組轉移直至兩組之間的電壓相等或相近；
[0031]b)系統比較各小組內各節電池之間的電壓差，將電量從電壓高的單節電池向電壓低的電池轉移直至兩者之間的電壓相等或相近；
[0032]在步驟a)、b)中的電能轉移過程中系統點亮指示燈。
[0033]方法包括以下兩個階段:
[0034]第一階段系統把電池組分成兩個小組，第一單節電池與第二單節電池的串聯為1#組，第三單節電池與第四單節電池的串聯為2#組，通過數據採集可以得到各單節電池兩端的電壓，然後比較第一單節與第二單節電池之和Vl與第三單節與第四單節電池之和V2的大小,如果V1>V2，則1#組的電能向2#組的電能轉移直至兩組之間的能量相等；相反，如果V2>V1，則2#組的電能向1#組的電能轉移直至兩組之間的能量相等。此時，1#組間的48V單節電池與36V單節電池之間的電壓很可能不相等，這時再對1#組裡的兩個單節電池繼續均衡就可以了。對於2#組間的24V單節電池與12V單節電池同樣如此，不相等時可以通過均衡使二者的電壓差為零。
[0035]第二階段系統比較1#組內各節電池之間的電壓差，將電量從電能高的單節電池向電能低的電池轉移直至兩者之間的電能相等，系統比較2#組內各節電池之間的電壓差，將電量從電能高的單節電池向電能低的電池轉移直至兩者之間的電能相等。
[0036]本發明中電壓採集模塊獲得各節電池的電壓信息後，單片機控制均衡模塊的電容網絡以及開關網絡實現對單節電池進行一對一、多對一、組對一的電量均衡調節，使各單節電池之間的電量大小保持一致,從而提高電池的性能和壽命。
[0037]本發明的均衡是自頂向下、單方向式的，即先均衡兩組之間的電能，再分別均衡各組組內的兩節單體電池，而且各組組內的兩節單體電池之間的均衡可以同時進行。單向式均衡縮短了時間，而同樣的時間裡只需要各自均衡組內的兩節單體電池即可，即同樣的時間可以進行兩組均衡，提高了效率。在靜態的過程中，上述均衡方式幾乎可以一步到位；各均衡子程序裡都有控制LED亮滅的指令，所以如果LED指示燈點亮，則表明均衡器正在工作中；相反，如果LED熄滅，則表面均衡器均衡完畢，處於非均衡工作狀態中。
[0038]上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現並不受上述方式的限制，只要採用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經改進直接應用於其它場合的，均在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種電動汽車電源均衡控制系統，其特徵在於:包括控制器(I)、電池組、電池電壓採集模塊(2)、電源模塊，所述的控制器(I)與電池組之間通過均衡模塊(3)連接，所述的控制器(I)的輸入端與電池電壓採集模塊(2)連接。
2.根據權利要求1所述的一種電動汽車電源均衡控制系統，其特徵在於:所述的均衡模塊(3)包括由場效電晶體構成的開關網絡、由電容構成的電容網絡。
3.根據權利要求1或2所述的一種電動汽車電源均衡控制系統，其特徵在於:所述的控制器，用於根據電池電壓採集模塊採集的電池組各節單體電池的電壓信號，通過利用電容網絡的電容充放電調節電池組各節電池電壓,使得各節電池電壓大小一致。
4.根據權利要求1所述的一種電動汽車電源均衡控制系統，其特徵在於:所述的控制器的輸出端連接有指示燈。
5.根據權利要求1所述的一種電動汽車電源均衡控制系統，其特徵在於:所述的控制器採用單片機，其型號為XC866。
6.根據權利要求1所述的一種電動汽車電源均衡控制系統，其特徵在於:所述的控制器連接有JTAG接口。
7.根據權利要求1所述的一種電動汽車電源均衡控制系統，其特徵在於:所述的電池組為四節電池。
8.一種根據權利要求1所述的電動汽車電源均衡控制系統的控制方法，其特徵在於:所述的方法包括以下步驟: a)系統將電池組分成兩個小組，採集每個小組的單節電池兩端的電壓，比較第一小組的單節電池電壓之和與第二小組的單節電池電壓之和，將電量從電壓高的小組向電壓低的小組轉移直至兩組之間的電壓相等或相近； b)系統比較各小組內各節電池之間的電壓差，將電量從電壓高的單節電池向電壓低的電池轉移直至兩者之間的電壓相等或相近； 在步驟a)、b)中的電能轉移過程中系統點亮指示燈。
9.根據權利要求7所述的電動汽車電源均衡控制系統的控制方法，其特徵在於:所述的方法包括以下兩個階段: 第一階段系統把電池組分成兩個小組，第一單節電池與第二單節電池的串聯為1#組，第三單節電池與第四單節電池的串聯為2#組，通過數據採集可以得到各單節電池兩端的電壓，然後比較第一單節與第二單節電池之和Vl與第三單節與第四單節電池之和V2的大小，如果V1>V2，則1#組的電能向2#組的電能轉移直至兩組之間的能量相等；相反，如果V2>V1，則2#組的電能向1#組的電能轉移直至兩組之間的能量相等； 第二階段系統比較1#組內各節電池之間的電壓差，將電量從電能高的單節電池向電能低的電池轉移直至兩者之間的電能相等，系統比較2#組內各節電池之間的電壓差，將電量從電能高的單節電池向電能低的電池轉移直至兩者之間的電能相等。
【文檔編號】H02J7/00GK104037881SQ201410277054
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月19日 優先權日:2014年6月19日
【發明者】鄧飛賀, 朱得亞 申請人:奇瑞汽車股份有限公司