[實用新型]動力電池組的均衡控制系統

有效

• 申請號: 201320807164.6
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN203707815U
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 趙田麗;張君鴻;王忠民;潘國富;魯連軍;王野;孫江元;張勝
• 申請（專利權）人: 北汽福田汽車股份有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本實用新型涉及汽車制造技術領域，特別涉及一種動力電池組的均衡控制系統。

背景技術

動力電池是電動汽車的動力來源，動力電池的使用情況直接影響電動汽車的行駛里程。電動汽車中的電池組由數百節單體電池串聯而成，電池成組后單體電池間存在著性能上的差異，由于單體電池在充/放電時會出現單體電壓不一致的情況，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，否則單體電池會發生過充或過放，嚴重影響其壽命。因此對單體電池的有效均衡顯得尤為重要。

目前，均衡技術主要有耗能式的被動均衡和非耗能式的主動均衡2種。前者技術比較成熟，但是其均衡效率低，均衡效果差，且存在能量的浪費、均衡時間長和散熱的問題，不符合節能減排的要求，一般只用于充電狀態下的均衡。后者與前者相比，其結構與控制理論要復雜很多。

當前常見的主動均衡方案，通常將單片機作為控制核心并輔以相應的元器件構成一個整體。這種方法硬件連線復雜、可靠性差，且在實際應用中往往需要外加擴展芯片，這無疑會增大控制系統的體積，還會增加引入干擾的可能性。另外單片機在應用過程中，存在以下缺點：1）低速。由于單片機工作在串行工作狀態下，即使是高速度單片機也只能工作在μs級；2）低可靠性。雖然目前有很多器件與設計在一定程度上解決了部分問題，如看門狗的廣泛應用，但在某些情況下瞬間的復位也會造成嚴重后果。

作為一個例子，如圖1所示，目前基于變壓器的主動平衡控制系統由單片機作為主控制器，由單片機通過通用IO接口直接控制均衡變壓器的開關管。

均衡模塊采用變壓器繞組形式，功能類似于DC/DC轉換器，Np為原邊繞組接在電池組兩端，N1～Nn為副邊繞組接在電池單體兩邊，均衡控制器通過平衡開關控制哪一路電池進行充電放電均衡，均衡控制器首先檢測每節單體電池電壓，確定最大單體電壓和最低單體電壓，通過平衡開關，使最大單體電壓能量流向整組電池，最大單體電池給整組電池充電；整組電池能量流向最小單體電壓，實現整組電池給最小電池充電，使整組電池所有單體電池滿足平衡。

由于當前基于變壓器的主動平衡控制系統采用純單片機系統，由單片機直接控制平衡開關，若增加平衡電池的數量，則需重新布線，且平衡單體電池的最大數量受限于單片機通用IO口的數量。并且，純單片機系統的抗干擾能力相對較差，在系統設計中，雖然注意了芯片、器件選擇、去耦濾波、電路板的布線，通道隔離以及屏蔽，但在某些情況下瞬間的復位也會造成嚴重后果。而且單片機在上、下電時，管腳的狀態不定，系統的安全性也受到影響。

實用新型內容

本實用新型旨在至少解決上述技術問題之一。

為此，本實用新型的目的在于提供一種動力電池組的均衡控制系統，該系統根據控制器和執行器的協調、互補，具有較高的均衡速率、可靠性和安全性，另外，該系統采用純硬件結構作為執行器，因此，還具有極強抗干擾能力。

為了實現上述目的，本實用新型提供了一種動力電池組的均衡控制系統，所述動力電池組包括串聯的多個單體電池，所述動力電池組的均衡系統包括：均衡裝置，所述均衡裝置包括分別用于對所述多個單體電池中每個單體電池進行均衡的多個單體電池均衡器，所述均衡器與對應的單體電池并聯構成單體電池充/放電回路；多個控制開關，所述多個控制開關一一對應地設置在每個單體電池充/放電回路中；用于根據開關控制指令控制所述多個控制開關開啟和閉合的執行器，所述執行器分別與所述多個控制開關相連；控制器，所述控制器與所述執行器相連，以在判斷所述動力電池組達到單體電池平衡開啟條件時向所述執行器發送所述開關控制指令。

根據本實用新型的動力電池組的均衡控制系統，控制器（例如為單片機）在動力電池組達到單體電池平衡開啟條件時向執行器發送開關控制指令，執行器（例如為CPLD）控制充/放電回路中的控制開關的閉合或斷開，從而實現動力電池組的均衡。該控制系統充分利用控制器（單片機）較強的邏輯控制和數據處理能力，以及執行器（CPLD）的集成度高、運算速度快、開發周期短、非易失和高保密等特點，使該控制系統具有較高的性價比。另外，均衡控制由執行器（CPLD）來實現，使得均衡控制的時序邏輯變得簡單、可預測，且CPLD的引腳到引腳的時延較短，大大提高了均衡控制的速率，同時，系統也具有更高的可靠性和安全性，并且執行器（CPLD）采用純硬件結構，不會存在單片機的因外部干擾而使程序跑飛和死機等問題，因此，該系統具有極強的抗干擾能力。

另外，根據本實用新型上述的動力電池組的均衡控制系統還可以具有如下附加的技術特征：