一种基于电池模组的电池组均衡控制电路及方法

技术领域

本发明涉及电池均衡技术领域，具体涉及一种基于电池模组的电池组均衡控制电路及方法。

背景技术

已知的，动力电池是电动汽车的重要组成部分，在很大程度上决定了电动汽车的性能。

单体电池在制造中不可避免地存在不一致性，电动汽车频繁且不规则的起步停车、加速爬坡及减速制动等工况切换造成了电池组的充放电方式、电流大小及历时长短的不确定性，导致了电池组内热环境的不均匀性，因而加剧了电池间不一致性。这种不一致性的加剧将致使单体电池寿命急速衰减，直至失效。

均衡板是电池均衡的硬件保障，是均衡性能优化的基础，可以有效改善电池组的不一致性。因此，如何提供一种基于电池模组的电池组均衡控制电路及方法就成了本领域技术人员的长期技术诉求。

发明内容

为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种基于电池模组的电池组均衡控制电路及方法，本发明可以改善电池组的不一致性、提高均衡能量效率与时间效率等。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种基于电池模组的电池组均衡控制电路，包括电池模组、用电器、电池包和均衡板，所述电池模组连接用电器为用电器供电，电池模组连接电池包并对电池包中需要均衡的电池组进行充放电均衡，电池包为电池模组供电使电池模组的电量始终稳定在合理区间，在电池模组与电池包之间设置均衡板进行信号信号传输，均衡板用于采集电池包中各电池组、电池模组的信息，判断各电池组是否需要均衡以及电池模组是否需要充电形成所述的基于电池模组的电池组均衡控制电路。

所述的基于电池模组的电池组均衡控制电路，所述电池模组经过Q1开启后，通过低压DC/DC降压后负责给用电器供电。

所述的基于电池模组的电池组均衡控制电路，所述电池模组通过均衡板获取电池包中电池组的状态信息，判断均衡条件，开启Q3，通过低压DC/DC升压后开始给各电池组进行均衡。

所述的基于电池模组的电池组均衡控制电路，所述电池包由复数个电池组组成，复数个电池组串联连接，每个电池组均通过一个MOSFET与低压DC/DC相连接。

所述的基于电池模组的电池组均衡控制电路，所述各电池组通过高压DC/DC，经Q2的开启给电池模组充电。

所述的基于电池模组的电池组均衡控制电路，所述每个电池组由复数节单体电池相连接，每节单体电池分别通过二极管和MOSFET经过低压DC/DC后相互连接。

所述的基于电池模组的电池组均衡控制电路，所述MOSFET的开闭负责每节单体电池的均衡。

所述的基于电池模组的电池组均衡控制电路，所述二极管负责整流。

所述的基于电池模组的电池组均衡控制电路，所述用电器用于使各系统正常运行。

一种基于电池模组的电池组均衡控制电路的方法，所述方法具体包括如下步骤：

第一步、当总开关接通后，电池模组开始工作，降压后给用电器进行供电，检测无误后车辆各系统开始运行；

第二步、车辆各系统开始工作时，均衡板开始采集电池组、电池模组的相关信息，判断各电池组是否需要均衡以及电池模组是否需要充电；

第三步、收到均衡板的信号后，电池模组给各个电池组进行充放电，以达到电池组的均衡目的；

第四步、在电池组的内部，所有的单体电池相连接，并通过能量转换均衡电路进行均衡；

第五步、在均衡过程中，均衡板监测电池模组的电量，整个电池组负责给电池模组进行充电，使其电量始终稳定在一个合理的区间，使得整个系统能够稳定运行。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明通过设置均衡板和电池模组，目的在于改善电池组的不一致性、提高电池组输出功率及增加续驶里程，电池模组通过降压后负责给用电器供电，均衡板采集电池包、电池模组的相关信息，判断各电池组是否需要均衡以及电池模组是否需要电池包为其充电，使其电量稳定在一个合适的区间，这样，虽然增大了电池模组的使用量，但其既替代了传统汽车上的低压蓄电池，又提高了电池组的均衡效率，不仅可以改善电池包的性能，还可以延长电池包的寿命等，适合大范围的推广和应用。

附图说明

图1为本发明的工作流程图；

图2为本发明中基于电池模组的电池组均衡控制电路图；

图3为本发明中电池模组对用电器供电电路图；

图4是本发明中电池模组对电池组充电均衡电路图；

图5是本发明中电池模组对电池组放电均衡电路图；

图6是本发明中电池组对电池模组充电电路图；

图7是本发明中电池组内部单体电池均衡电路图。

具体实施方式

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

结合附图1～7所述的一种基于电池模组的电池组均衡控制电路，包括电池模组、用电器、电池包和均衡板，所述电池模组连接用电器为用电器供电，当电动汽车开始运行时，电池模组为低压用电器供电以保证各低压系统稳定运行；电池模组连接电池包并对电池包中需要均衡的电池组进行充放电均衡，电池包为电池模组供电使电池模组的电量始终稳定在合理区间，在电池模组与电池包之间设置均衡板进行信号信号传输，均衡板用于采集电池包中各电池组、电池模组的信息，判断各电池组是否需要均衡以及电池模组是否需要充电形成所述的基于电池模组的电池组均衡控制电路。

实施时，电池模组给用电器供电，电池模组对电池组充电，电池模组吸收电池组能量，电池组中所有的单体电池进行均衡，电池组对电池模组充电，如图2所示，电池模组在整个系统中起着至关重要的作用，所述电池模组经过MOSFET（Q1）开启后，通过低压DC/DC降压后负责给用电器供电；电池模组通过均衡板获取电池包中电池组的状态信息，判断均衡条件，开启MOSFET（Q3），通过低压DC/DC升压后开始给各电池组进行均衡。

进一步，所述电池包由复数个电池组组成，复数个电池组串联连接，每个电池组均通过一个MOSFET（Q4-QN）与低压DC/DC相连接，各电池组通过高压DC/DC，经MOSFET（Q2）的开启给电池模组充电。

进一步，每个电池组由复数节单体电池（B1-BM）相连接，每节单体电池分别通过二极管（D1-DM）和MOSFET（QB1-QBM）经过低压DC/DC后相互连接，其中所述MOSFET（QB1-QBM）的开闭负责每节单体电池的均衡，其中所述二极管（D1-DM）负责整流。

一种基于电池模组的电池组均衡控制电路的方法，所述方法具体包括如下步骤：

第一步、当总开关接通后，电池模组开始工作，降压后给用电器进行供电，检测无误后车辆各系统开始运行；

第二步、车辆各系统开始工作时，均衡板开始采集电池组、电池模组的相关信息，判断各电池组是否需要均衡以及电池模组是否需要充电；

第三步、收到均衡板的信号后，电池模组给各个电池组进行充放电，以达到电池组的均衡目的；

第四步、在电池组的内部，所有的单体电池相连接，并通过能量转换均衡电路进行均衡；

第五步、在均衡过程中，均衡板监测电池模组的电量，整个电池组负责给电池模组进行充电，使其电量始终稳定在一个合理的区间，使得整个系统能够稳定运行。

本发明在具体实施时，其工作流程图如图1所示，当电动汽车开始运行时，电池模组为低压用电器供电以保证各低压系统稳定运行。

当电动汽车各系统正常运行时，均衡板开始采集电池组、电池模组等相关信息，判断各电池组是否需要均衡以及电池模组是否需要充电。如电池组需要均衡，均衡系统开始工作。

在均衡过程中，判断电池模组电量信息，如电池模组电量高于电池模组均衡设定值，则利用电池模组对电池包中能量较低的电池组进行充电，以达到电池组均衡目的。

如电池模组电量低于电池模组均衡设定值，则利用电池包中能量较高的电池组对电池模组进行充电，以达到电池组均衡目的。

此外，当整车各系统正常工作时，判断电池模组电压是否低于低压系统正常工作电压设定值，如低于该值，需利用电池组为电池模组进行充电，确保整车低压系统正常运行。

如图2所示，给出了本发明中基于电池模组的电池组均衡控制电路图，包括用电器，电池模组，N个电池组，2组低压DC/DC,1组高压DC/DC，N个MOSFET开关。现以图2具体描述电路工作原理和各个部件的工作状态和作用。

如图3所示，电池模组在整个系统中起着至关重要的作用，开始工作时，电池模组经过MOSFET（Q1）的开启后，电池模组通过低压DC/DC降压后为用电器供电。

通过均衡板获取的电池组、电池模组相关状态信息，判断是否满足均衡条件，如满足均衡条件（1），即电池包内各电池组能量不均衡度达到均衡阈值，且电池模组电量高于电池模组均衡设定值，如图4所示，开启MOSFET（Q3），通过低压DC/DC为电池包中需要均衡的能量较低的电池组进行充电均衡；如满足均衡条件（2），即电池包内各电池组能量不均衡度达到均衡阈值，且电池模组电量低于电池模组均衡设定值，如图5所示，开启MOSFET（Q3），电池包中需要均衡的能量较高的电池组通过低压DC/DC给电池模组进行充电，实现放电均衡。

其中，N个电池组是串联的，每个电池组都通过一个MOSFET（Q4-QN）与低压DC/DC相连接。当某个电池组需要充电或者放电时，与之相连的MOSFET打开给电池组进行均衡，完成后MOSFET关闭。其余工作状态正常的电池组的MOSFET保持关闭状态。

如图6所示，在工作过程中，当电池模组的能量低于设定值时，整个电池组通过高压DC/DC降压后，然后经过MOSFET（Q2）的开启给电池模组充电，来确保整个低压系统正常运行。

如图7所示，给出了本发明中电池组内部单体电池均衡电路图，包括M节单体电池（B1-BM），M个二极管（D1-DM），M个MOSFET（QB1-QBM），M个低压DC/DC。下面将以图3具体描述电路工作原理和各个部件的工作状态和作用。

在每个电池组中，有M节单体电池（B1-BM）相连接。其中，每节单体电池都通过二极管（D1-DM）和MOSFET（QB1-QBM）经过低压DC/DC后相互连接。

当某单体电池的电量低于或高于正常值时，通过 MOSFET（QB1-QBM）的开闭，经过低压DC/DC进行能量转换，二极管（D1-DM）负责整流，来达到所有单体电池的均衡。

本发明所达到的有益效果是：

（1）所有的电池组都可以及时的转移多余的能量或补充能量以改善整个电池组的不一致性。

（2）对于大容量串联电池组，该均衡电路不仅简化了电路结构，而且可以根据当前电池组的状态参数，灵活切换电池模组对电池组的充放电，并实时调控均衡模式，降低均衡能耗、提高均衡速度。

（3）对于电池组内部的单体电池采用的能量转换均衡，使得每节单体电池在均衡时调控灵活，均衡速度快。

（4）对于以电池模组为核心的衡控制电路及方法，电池模组既降低均衡能耗、提高均衡速度，又替代了传统汽车上的低压蓄电池，最终使电池组的不一致性得到良好的改善。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。