專利名稱：電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)靜態(tài)均衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是針對(duì)新能源的電動(dòng)汽車領(lǐng)域中鋰離子動(dòng)力電池在長(zhǎng)期使用中各個(gè)電池會(huì)產(chǎn)生容量不均衡的現(xiàn)象而制定的一種均衡方案，該技術(shù)方案由電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
隨著世界石油資源的日益緊張和機(jī)動(dòng)車輛對(duì)環(huán)境污染的不斷惡化，節(jié)能環(huán)保的電動(dòng)汽車已經(jīng)成為舉世關(guān)注的具有戰(zhàn)略意義的產(chǎn)業(yè)。鋰離子電池組作為電動(dòng)汽車動(dòng)力的主要來源，其工作的穩(wěn)定性和使用壽命直接影響整車的性能。鋰離子電池組由于電池自放電率的不同，長(zhǎng)時(shí)間的積累，造成電池的容量的差異；電池使用過程中，由于使用環(huán)境如溫度、電池接觸內(nèi)阻的差異，也會(huì)導(dǎo)致電池容量的不平衡。這些容量的不平衡會(huì)直接對(duì)電池的使用產(chǎn)生影響:在充電時(shí)，因?yàn)檎囯姵氐娜萘坎灰恢?，?huì)有先被充滿，為防止電池過充(鋰離子電池過充有可能發(fā)生起火爆炸的危險(xiǎn))充電過程停止，這樣整車的電池并沒有充滿，影響電動(dòng)汽車的續(xù)航里程；放電時(shí)，那些長(zhǎng)期充電不足的蓄電池，會(huì)使蓄電池容量下降，內(nèi)阻增力口，造成蓄電池的早期損壞，影響電池的使用壽命。如何抑制這種不平衡的產(chǎn)生，必須使用電池的均衡方法。目前對(duì)電池組進(jìn)行均衡管理的技術(shù)，都是在動(dòng)態(tài)的情況下，即電動(dòng)汽車處于運(yùn)行或者充電的狀態(tài)下進(jìn)行的，但是在這種動(dòng)態(tài)情況下進(jìn)行均衡會(huì)存在以下缺點(diǎn):
1、現(xiàn)在的均衡方法都是基于兩端的電壓來進(jìn)行的，動(dòng)態(tài)方式下管理系統(tǒng)所采集的電池端電壓不能真正反映電池的電動(dòng)勢(shì)(該端電壓包含電池電動(dòng)勢(shì)、歐姆內(nèi)阻產(chǎn)生電壓、極化內(nèi)阻產(chǎn)生電壓總和)，其中電池電動(dòng)勢(shì)真正反映電池的容量，其余兩項(xiàng)會(huì)造成均衡的誤差。所以在此狀態(tài)下進(jìn)行均衡，并不能達(dá)到均衡的效果；
2、均衡方法由MOS管等開關(guān)管來實(shí)現(xiàn)，在動(dòng)態(tài)方式下，整車的電磁干擾非常強(qiáng)，很容易把開關(guān)管擊穿，然后造成電池大電流自放電甚至短路的嚴(yán)重后果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免上述不足，提供一種當(dāng)電動(dòng)汽車處于靜態(tài)時(shí)對(duì)電池進(jìn)行充電放電均衡的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)靜態(tài)均衡方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)靜態(tài)均衡方法，包括以下步驟:電壓采集模塊2實(shí)現(xiàn)對(duì)電池電壓和溫度的采集，將采集結(jié)果上傳給主控單元I ;主控單元I匯總電壓采集模塊2上傳的數(shù)據(jù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池充放電電流的采集，控制電池的充放電、均衡以及輸出電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)。主控單元I獲得均衡電壓具體步驟為:
(1)、S102，給電壓采集模塊發(fā)獲取電壓數(shù)據(jù)指令，取得每一只電池的電壓數(shù)據(jù)VL...Vn ；
(2)、S103，采集電流數(shù)據(jù)；
(3)、S104,如果電流大于靜態(tài)電流的閾值，說明電動(dòng)汽車還處 于動(dòng)態(tài)，則重復(fù)步驟(1)，否則執(zhí)行步驟(3)；
(4)、S105，電流一直小于靜態(tài)電流的閾值10(0.05C)的時(shí)間大 于TO (可設(shè)為5分鐘)，則認(rèn)為電動(dòng)汽車已經(jīng)處于靜態(tài)；
(5)、S106，當(dāng)電動(dòng)汽車處于靜態(tài)時(shí)，對(duì)所有采集的電壓求均值，
該均值即為電動(dòng)汽車在該時(shí)刻的均衡電壓值V0，各電壓采集模塊根據(jù)該均衡電壓值VO對(duì)電池進(jìn)行充電或放電；
(6)、S107，主控單元I將求得的均衡電壓值VO下傳給各電壓 采集模塊2。電壓采集模塊2采集電池電壓、溫度，將數(shù)據(jù)上傳給主控單元1，具體步驟為:
(1)、S202，采集電池電壓、溫度；
(2)、S203，S204，如果收到主控單元I上傳采集結(jié)果的命令，
將采集的數(shù)據(jù)通過內(nèi)部總線，上傳給主控單元I ;
(3)、S204，車輛如果沒有進(jìn)入靜態(tài)，重復(fù)步驟(I)、(2)，否則執(zhí)行步驟(4)；
(4)、S205，根據(jù)主控單元I下傳的均衡電壓VO，對(duì)電池進(jìn)行充放電均衡。電壓采集模塊2執(zhí)行靜態(tài)均衡，具體步驟為:
(1)、S302、S303，當(dāng)電壓采集模塊2所采集的電池電壓都高于主控單元I所下傳的均衡電壓VO時(shí)，采用大功率電阻對(duì)電池放電；
(2)、S302、S304，當(dāng)電壓采集模塊2所采集的電池電壓有的高
于主控單元(I)所下傳的均衡電壓V0，有的低于均衡電壓VO時(shí)，利用超級(jí)電容，使用能量轉(zhuǎn)移的方式，將電量從電壓高的電池轉(zhuǎn)移到電壓低的電池；
(3)、S305、S306，采集電池的電壓，當(dāng)所有電池的電壓與均衡電壓VO的差值小于設(shè)定的門限Vl時(shí)，停止均衡。電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)靜態(tài)均衡裝置，主要由主控單元I和電壓采集模塊2組成，其中:所述的主控單元I連接電流傳感器5采集電流；電壓采集模塊2通過電池采樣線4連接動(dòng)力電池，采集每只電池的電壓和相應(yīng)的溫度信息；主控單元I和電壓采集模塊2之間由內(nèi)部通信總線3連接，通過內(nèi)部通信總線3，主控單元I給電壓采集模塊2下達(dá)指令，并獲取電池的電壓、溫度數(shù)據(jù)。電壓采集模塊2包括AQW210單路光隔繼電器2_1、AQW210單路光隔繼電器2_2、DC/DC開關(guān)電源模塊2-3、超級(jí)電容2-4、大功率放電電阻2_5、通信隔離接口電路2_6、單片機(jī)2-7、ADC采樣電路2-8以及多個(gè)雙路光隔繼電器組成2-9 2_n，AQff210單路光隔繼電器2-l、AQW210單路光隔繼電器2-2分別連接超級(jí)電容2_4、大功率放電電阻2_5進(jìn)行充放電均衡；DC/DC開關(guān)電源模塊2-3給整個(gè)模塊提供電源；通信隔離接口電路2-6輸出側(cè)連接通信CAN總線，輸入側(cè)與單片機(jī)2-7相連；單片機(jī)2-7是電壓采集模塊2的核心，與其它部分相連；ADC采樣電路2-8負(fù)責(zé)采集電池電壓和溫度，通過SPI總線與單片機(jī)2-7相連；雙路光隔繼電器組成2-9 2-n的輸入連接電池，輸出連接ADC采樣電路2_8，并由單片機(jī)2_7控制打開和閉合。所述的通信隔離接口電路2-6所用的CAN通信接口芯片為SN65HV1050Q，單片機(jī)2-7 型號(hào)為 R5F21236。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果: 1、本發(fā)明在靜態(tài)方式下均衡，整車的動(dòng)力電池的充放電電流非常小或?yàn)镺(車輛熄火)，電池的歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻幾乎不會(huì)產(chǎn)生電壓，所采集的電池端電壓非常接近電池電動(dòng)勢(shì)，可以直接反映電池的容量，因此可以達(dá)到更加理想的均衡效果；
2、本發(fā)明在靜態(tài)方式下均衡，整車的所產(chǎn)生電磁干擾非常小，均衡電路不會(huì)因電磁干擾而受到影響，避免了在動(dòng)態(tài)方式下，整車的電磁干擾非常強(qiáng)，均衡電路頻繁開啟、關(guān)閉，其開關(guān)管非常容易被強(qiáng)干擾所擊壞；
3、對(duì)于機(jī)動(dòng)車來說，大多數(shù)的時(shí)間處于靜態(tài)，在該方式下可以充分實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的均衡，改善動(dòng)力電池在使用的過程中因容量不平衡而造成電池使用壽命衰減問題。


圖1為本發(fā)明主控單元產(chǎn)生均衡電壓的流程示意圖 圖2為本發(fā)明電壓采集模塊的工作流程示意圖
圖3為本發(fā)明電壓采集模塊的均衡過程流程示意圖 圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖 圖5為本發(fā)明電壓采集模塊的內(nèi)部原理框圖。
具體實(shí)施例方式為能清楚說明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。一種電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)靜態(tài)均衡方法，利用單片機(jī)、數(shù)字電路、光隔繼電器、超級(jí)電容等技術(shù)，由主控單元I和電壓采集模塊2組成電池管理系統(tǒng)，電壓采集模塊2實(shí)現(xiàn)對(duì)電池電壓和溫度的采集，將采集結(jié)果上傳給主控單元I ;主控單元I匯總電壓采集模塊2上傳的數(shù)據(jù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池充放電電流的采集，控制電池的充放電、均衡以及輸出電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)。如圖1所示，主控單元I在該方法中的主要作用為獲得均衡電壓，所執(zhí)行的步驟為:
(I )、S102,給電壓采集模塊發(fā)獲取電壓數(shù)據(jù)指令，取得每一只電池的電壓數(shù)據(jù)VL...Vn ；
(2)、S103，采集電流數(shù)據(jù)；
(3)、S104,如果電流大于靜態(tài)電流的閾值，說明電動(dòng)汽車還處于動(dòng)態(tài)，則重復(fù)步驟(1)，否則執(zhí)行步驟(4)；
(4)、S105，電流一直小于靜態(tài)電流的閾值IO(0.05C)的時(shí)間大于TO (可設(shè)為5分鐘)，則認(rèn)為電動(dòng)汽車已經(jīng)處于靜態(tài)；
(5)、S106，當(dāng)電動(dòng)汽車處于靜態(tài)時(shí)，對(duì)所有采集的電壓求均值，該均值即為電動(dòng)汽車在該時(shí)刻的均衡電壓值V0，各電壓采集模塊根據(jù)該均衡電壓值VO對(duì)電池進(jìn)行充電或放電；
(6)、S107，主控單元I將求得的均衡電壓值VO下傳給各電壓 采集模塊。表I為24只電池的微型電動(dòng)汽車在某時(shí)刻的均衡電壓值，其中單位為V。表I均衡電壓值
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)靜態(tài)均衡方法，包括以下步驟:電壓采集模塊2實(shí)現(xiàn)對(duì)電池電壓和溫度的采集，將采集結(jié)果上傳給主控單元I ;主控單元I匯總電壓采集模塊2上傳的數(shù)據(jù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池充放電電流的采集，控制電池的充放電、均衡以及輸出電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)靜態(tài)均衡方法，其特征在于:主控單元I獲得均衡電壓具體步驟為， (1)、S102，給電壓采集模塊發(fā)獲取電壓數(shù)據(jù)指令，取得每一只電池的電壓數(shù)據(jù)VL...Vn ； (2)、S103，采集電流數(shù)據(jù)； (3)、S104,如果電流大于靜態(tài)電流的閾值，說明電動(dòng)汽車還處于動(dòng)態(tài)，則重復(fù)步驟(1)，否則執(zhí)行步驟(4); (4)、S105，電流一直小于靜態(tài)電流的閾值IO(0.05C)的時(shí)間大于TO (可設(shè)為5分鐘)，則認(rèn)為電動(dòng)汽車已經(jīng)處于靜態(tài)； (5)、S106，當(dāng)電動(dòng)汽車處于靜態(tài)時(shí)，對(duì)所有采集的電壓求均值，該均值即為電動(dòng)汽車在該時(shí)刻的均衡電壓值V0，各電壓采集模塊根據(jù)該均衡電壓值VO對(duì)電池進(jìn)行充電或放電； (6)、S107，主控單元I將求得的均衡電壓值VO下傳給各電壓采集模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)靜態(tài)均衡方法，其特征在于:電壓采集模塊2采集電池電壓、溫度，將數(shù)據(jù)上傳給主控單元I，具體步驟為， (1)、S202，采集電池電壓、溫度； (2)、S203，S204，如果收到主控單元I上傳采集結(jié)果的命令，將采集的數(shù)據(jù)通過內(nèi)部總線，上傳給主控單元I ; (3)、S204，車輛如果沒有進(jìn)入靜態(tài)，重復(fù)步驟(I)、(2)，否則執(zhí)行步驟(4)； (4)、S205，根據(jù)主控單元I下傳的均衡電壓VO，對(duì)電池進(jìn)行充放電均衡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)靜態(tài)均衡方法，其特征在于:電壓采集模塊2執(zhí)行靜態(tài)均衡，具體步驟為， (1)、S302、S303，當(dāng)電壓采集模塊2所采集的電池電壓都高于主控單元I所下傳的均衡電壓VO時(shí)，采用大功率電阻對(duì)電池放電； (2)、S302、S304，當(dāng)電壓采集模塊2所采集的電池電壓有的高于主控單元I所下傳的均衡電壓V0，有的低于均衡電壓VO時(shí)，利用超級(jí)電容，使用能量轉(zhuǎn)移的方式，將電量從電壓高的電池轉(zhuǎn)移到電壓低的電池； (3)、S305、S306，采集電池的電壓，當(dāng)所有電池的電壓與均衡電壓VO的差值小于設(shè)定的門限Vl時(shí)，停止均衡。
5.一種電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)靜態(tài)均衡裝置，主要由主控單元I和電壓采集模塊2組成，其特征在于:所述的主控單元I連接電流傳感器5采集電流；電壓采集模塊2通過電池采樣線4連接動(dòng)力電池，采集每只電池的電壓和相應(yīng)的溫度信息；主控單元I和電壓采集模塊2之間由內(nèi)部通信總線3連接，通過內(nèi)部通信總線3，主控單元I給電壓采集模塊2下達(dá)指令，并獲取電池的電壓、 溫度數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)靜態(tài)均衡裝置，其特征在于:所述的電壓采集模塊2包括AQW210單路光隔繼電器2-1、AQW210單路光隔繼電器2_2、DC/DC開關(guān)電源模塊2-3、超級(jí)電容2-4、大功率放電電阻2-5、通信隔離接口電路2-6、單片機(jī)2_7、ADC采樣電路2-8以及多個(gè)雙路光隔繼電器組成2-9 2-n，AQW210單路光隔繼電器2-1、AQW210單路光隔繼電器2-2分別連接超級(jí)電容2-4、大功率放電電阻2_5進(jìn)行充放電均衡；DC/DC開關(guān)電源模塊2-3給整個(gè)模塊提供電源；輸出側(cè)連接通信CAN總線，輸入側(cè)與單片機(jī)2-7相連；單片機(jī)2-7是電壓采集模塊2的核心，與其它部分相連;ADC采樣電路2_8負(fù)責(zé)采集電池電壓和溫度，通過SPI總線與單片機(jī)2-7相連；雙路光隔繼電器2-9 2-n的輸入連接電池，輸出連接ADC采樣電路2-8，并由單片機(jī)2-7控制打開和閉合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)靜態(tài)均衡裝置，其特征在于:所述的通信隔離接口電路2-6所用的CAN通信接口芯片為SN65HV1050Q，單片機(jī)(2-7)型號(hào)為R5F2 1236。
全文摘要
本發(fā)明涉及新能源電動(dòng)汽車中鋰離子動(dòng)力電池，尤其是電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的靜態(tài)均衡方法。本發(fā)明利用單片機(jī)、數(shù)字電路、光隔繼電器、超級(jí)電容等技術(shù)，依靠動(dòng)力電池管理系統(tǒng)中的電壓采集模塊，在電動(dòng)汽車處于靜態(tài)(電流小于電池容量的0.05C)時(shí)進(jìn)行均衡，均衡方式為(1)利用超級(jí)電容實(shí)現(xiàn)能量的搬移(將電能從電動(dòng)勢(shì)高的電池搬移到電動(dòng)勢(shì)低的電池)；(2)利用大功率電阻對(duì)整組電池進(jìn)行放電；將兩種方式進(jìn)行結(jié)合，同時(shí)結(jié)合絕大多數(shù)機(jī)動(dòng)車處于靜態(tài)的間很長(zhǎng)的特點(diǎn)，最終可以實(shí)現(xiàn)整車電池的容量平衡。本發(fā)明改善動(dòng)力電池在使用的過程中因容量不平衡而造成電池使用壽命衰減等問題。
文檔編號(hào)H02J7/00GK103107565SQ20111036091
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者趙俊義 申請(qǐng)人:趙俊義