[實(shí)用新型]一種基于FPGA架構(gòu)的復(fù)合主動(dòng)均衡電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201621086019.3
• 申請日: 2016-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN206340988U
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬仁卓;鄒崇濤;王駿;楊帆
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢紡織大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種均衡電路，尤其涉及一種基于FPGA架構(gòu)的復(fù)合主動(dòng)均衡電路。

背景技術(shù)

均衡控制是電池組均衡技術(shù)是電池管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一，建立在電池電壓、電流、溫度等參數(shù)的精確測量的基礎(chǔ)上，通過各種評估方法得到剩余電量和SoC，進(jìn)而對單體電池的剩余電量進(jìn)行均衡處理。絕大多數(shù)的電池應(yīng)用需要比單個(gè)或數(shù)串電池更高的電壓，所以使用過程中往往是多電芯、多電池包的組合應(yīng)用。而電芯間的不均衡在電池組系統(tǒng)中很常見，如果缺乏均衡技術(shù)，會(huì)導(dǎo)致電芯過充、充電不足甚至過度放電，大大縮短電池壽命。所以說均衡對鋰電池系統(tǒng)尤為重要。

目前的電池均衡電路設(shè)計(jì)主流方案有：

1.被動(dòng)均衡式電路設(shè)計(jì)：就是把整組電池系統(tǒng)中，串聯(lián)成組的單體電池電壓差異性，通過BMS進(jìn)行電壓采集，以事先預(yù)設(shè)的充電電壓的“上限閾值電壓”為基準(zhǔn)，任何一只單體電池只要在充電時(shí)最先達(dá)到“上限閾值電壓”并檢測出與相鄰組內(nèi)電池差異時(shí)，即對組內(nèi)單體電壓最高的那只電池，通過并聯(lián)在單體電池的能耗電阻進(jìn)行放電電流，一直到電壓最低的那只單體電池到達(dá)“上限閾值電壓”為一個(gè)平衡周期。通過放電均衡的辦法讓電池組內(nèi)的電池電壓趨于一致。

2.基于Freescale芯片的主動(dòng)均衡電路設(shè)計(jì)：通過類似于Freescale芯片等單片機(jī)或嵌入式系統(tǒng)搭建硬件電路，為芯片寫入一定程序控制此硬件電路來控制均衡，但硬件成本高，工作效率低。

3.單均衡電路的電池管理系統(tǒng)。

在整個(gè)電池均衡系統(tǒng)中根據(jù)電池?cái)?shù)量/功率大小/空間成本選擇使用一種均衡電路結(jié)構(gòu)。

電池管理的均衡技術(shù)如此重要，但現(xiàn)有技術(shù)方案存在效率不高、成本高、電路復(fù)雜、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)；所以，針對現(xiàn)有技術(shù)效率和成本的問題，本技術(shù)提出了一種基于FPGA架構(gòu)的復(fù)合主動(dòng)均衡電路設(shè)計(jì)。

現(xiàn)有的被動(dòng)均衡式的電路，采用電阻耗能，會(huì)產(chǎn)生熱量，從而使整個(gè)系統(tǒng)的工作效率降低。同時(shí)均衡電流很小，通常情況下小于100mA，對大容量電池的作用可以忽略不記，電池荷電狀態(tài)估算(SoC)精度也很低。由于放電電阻不能選得太小，充電結(jié)束時(shí)，根據(jù)電池特性往往小容量電池的電壓是最高的，所以在均衡時(shí)，放掉的恰恰是小容量電池的電量，反而會(huì)加大了電池間的互差。而且因?yàn)殡姵氐哪芰勘浑娮柘?，能量效率很低?/p>

現(xiàn)有的Freescale方案雖可以實(shí)現(xiàn)電源管理系統(tǒng)主動(dòng)均衡的策略，但因單體電池和電池包數(shù)量多使這種方案存在如下問題：

工作效率低。因?yàn)镕reeScale芯片并不具有強(qiáng)大的并行處理數(shù)據(jù)的功能，所以當(dāng)同時(shí)控制多組電池時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)快速均衡。

電路復(fù)雜，安全性能差。由于面臨多路的電壓、電流和溫度采集，以及均衡控制電路和控制策略，導(dǎo)致電路元件大大增加，電路復(fù)雜，從而降低了系統(tǒng)的安全性。

成本高，包括開發(fā)成本和維護(hù)或升級成本。每個(gè)電池包都需要一個(gè)控制器、多個(gè)電池包之間也需要一個(gè)控制器，使用FreeScale方案就意味著芯片用量大、元器件多、電路面積大，造成硬件成本高的問題。FreeScale芯片是定制好了的芯片，一款FreeScale均衡系統(tǒng)只能對應(yīng)特定電池包，當(dāng)電池組改變或改變均衡方式時(shí)就需要重新配置控制系統(tǒng)，致使該方案開發(fā)周期長，后期成本高。

穩(wěn)定性差。FreeScale方案需要多個(gè)MCU的共同配合，開發(fā)難度大，致使系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高。

易被仿制。系統(tǒng)過于依賴硬件電路實(shí)現(xiàn)，而硬件電路很容易被抄襲。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種基于FPGA架構(gòu)的復(fù)合主動(dòng)均衡電路。

本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：

本實(shí)用新型包括電池組、電池信息采集電路、均衡電路和FPGA模塊，所述電池組的輸出端與所述電池信息采集電路的輸入端連接，所述電池信息采集電路的輸出端通過所述FPGA模塊與所述均衡電路的輸入端連接，所述均衡電路的輸出端與所述電池組的輸入端連接。