基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路,其由正極電路d0、負(fù)極電路d1、主電路d2、單片機(jī)和開(kāi)關(guān)電路Sn組成，n＝0、1、2、....；其中正極電路d0、負(fù)極電路d1通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)分別連接所有電池的正極和負(fù)極，并且分別通過(guò)開(kāi)關(guān)電路Sn與單片機(jī)相連；主電路d2用于電池完成充放電。本發(fā)明具有反應(yīng)迅速、控制方便、能量損耗較少、節(jié)能環(huán)保和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)由磷酸鐵鋰構(gòu)成的汽車(chē)電池進(jìn)行主動(dòng)均衡，并且可靠性強(qiáng)，工作效率高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電池均衡領(lǐng)域，具體涉及一種基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)均衡電路。
【背景技術(shù)】
[0002]目前主流的電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)車(chē)蓄電池由大量的磷酸鐵鋰低壓小電池組成，而且每只電池的特性不一，在工作過(guò)程中會(huì)因?yàn)閭€(gè)別電池容量偏低使整體電池組不能完全充放電。同時(shí)也會(huì)嚴(yán)重減短電池的壽命，給電動(dòng)汽車(chē)的使用成本及環(huán)境污染帶來(lái)壓力。為了解決這個(gè)問(wèn)題，電池均衡技術(shù)得到了深入研究和廣泛應(yīng)用，使不同特性的電池能同步充電和放電。
[0003]磷酸鐵鋰汽車(chē)電池通常由幾個(gè)電池組并聯(lián)，每個(gè)電池組由多個(gè)電池串聯(lián)構(gòu)成。但是這種應(yīng)用普遍的配置通常并不能發(fā)揮其最大功效，因?yàn)殡姵厝萘康牟黄ヅ鋵?huì)降低整個(gè)電池包的容量。電池容量的不匹配包括充電狀態(tài)(SOC)失配和容量/能量(C/E)失配。在兩種情況下，電池包的總?cè)萘慷贾荒苓_(dá)到最弱電池的容量。在大多數(shù)情況下，引起電池失配的原因是工藝控制和檢測(cè)手段的不完善，而不是鋰離子本身的化學(xué)屬性變化。采用電池均衡處理技術(shù)可解決SOC和C/E失配問(wèn)題，從而改進(jìn)串聯(lián)磷酸鐵鋰電池包的性能。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的電池均衡電路包括無(wú)源電阻均衡電路和包含電容、電感或變壓器的有源均衡電路。無(wú)源電阻均衡電路通過(guò)電阻分流，以熱量的形式消耗掉多余的電量，效率低，不節(jié)能。而常見(jiàn)的包含電容、電感或變壓器的有源均衡電路由于存在電路過(guò)于復(fù)雜，且缺乏穩(wěn)定性等缺陷，也不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。
[0005]中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)(申請(qǐng)?zhí)?201010572115.x)公開(kāi)了一種電池均衡裝置，該裝置利用均衡電阻對(duì)電壓較高的電池進(jìn)行放電，能源利用率低，發(fā)熱嚴(yán)重，充電速度低。
[0006]中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)(申請(qǐng)?zhí)?201310076819.1)公開(kāi)了一種電池均衡電路，該電池均衡電路是利用電感作為儲(chǔ)能原件，將較高電量的電池中多余的電量轉(zhuǎn)移到電量較低的電池。此種電路可靠性差，過(guò)于復(fù)雜。
[0007]中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)(申請(qǐng)?zhí)?201410126118.9)公開(kāi)了一種電池均衡電路，該電池均衡電路則是利用超級(jí)電容進(jìn)行電量的轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到均衡的效果。在每一次充放電后都要根據(jù)所述超級(jí)電容兩端的電壓計(jì)算轉(zhuǎn)移的電量。此種電路過(guò)于繁瑣，不利于操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)單可靠，無(wú)需加入電感和電容，并且通過(guò)串聯(lián)限流電阻來(lái)保護(hù)電池，能量損耗較少的基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案:
[0010]本發(fā)明提供的基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路，是由正極電路d0、負(fù)極電路dl、
主電路d2、單片機(jī)和開(kāi)關(guān)電路Sn組成，η = O、1、2.....，其中:正極電路dO、負(fù)極電路dI通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)分別連接所有電池的正極和負(fù)極，并且分別通過(guò)開(kāi)關(guān)電路Sn與單片機(jī)相連;主電路d2用于電池完成充放電。
[0011]所述的正極電路(10，由限流電阻1?0、1?1、1?2、1?和11108管1'033、了639組成;所述限流電阻1?0、1?1、1?2、1?3，其一端并接于同一導(dǎo)線(xiàn)上，其另一端分別經(jīng)11108管1'0、了3、了6、了9、1'10與單片機(jī)的I/O端口相連。
[0012]所述的負(fù)極電路(11，由11108管1'1、了4、了7、1'10組成，其一端并接于同一導(dǎo)線(xiàn)上，其另一端分別與電池BTO、BTl、BT2、BT3的負(fù)極相連。
[0013]所述的主電路d2，由磷酸鐵鋰電池BT0、BT1、BT2、BT3和mos管T2、T5、T8組成，其中:磷酸鐵鋰電池ΒΤ0、ΒΤ1、ΒΤ2的負(fù)極分別與mos管Τ2、Τ5、Τ8的源極相連;磷酸鐵鋰電池ΒΤ1、ΒΤ2、ΒΤ3的正極分別與mos管Τ2、Τ5、Τ8的漏極相連;磷酸鐵鋰電池BTO的正極與mos管TO的源極相連，電池BT3的負(fù)極與mos管Tl O的源極相連。
[0014]所述的開(kāi)關(guān)電路Sn，其一端并接于單片機(jī)的1/0端口，在η不等于O時(shí)，其另一端分另Ij與mos管Τ3η、Τ3η+1的柵極和反相器bn-Ι的輸入端相連。
[0015]所述的單片機(jī)，采用STM32F103ZET6單片機(jī)。
[0016]本發(fā)明提供的上述基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路，其在使電動(dòng)汽車(chē)或電動(dòng)車(chē)的多個(gè)蓄電池同步充電和放電中的應(yīng)用。
[0017]本發(fā)明應(yīng)用時(shí)，由獨(dú)立的正極電路dO和負(fù)極電路dl分別連接所有電池的正極和負(fù)極，并由單片機(jī)采集電池的電量，通過(guò)排序算法得出需要均衡的電池，利用I/o端口輸入和輸出相應(yīng)電壓控制MOS管的通斷；導(dǎo)通支路上的MOS管后使其對(duì)應(yīng)的電池并聯(lián)到do和dl上，并且每一個(gè)電池都串聯(lián)一個(gè)相同特性的限流電阻R，用來(lái)保護(hù)電池；同時(shí)關(guān)斷電池之間接有反相器的mos管，從而使所有需要均衡的電池并聯(lián)到同一電路當(dāng)中，根據(jù)并聯(lián)電路兩端電壓相等的特性來(lái)完成電池的均衡。
[0018]本發(fā)明利用電池之間的充放電達(dá)到主動(dòng)均衡，高電量電池給低電量電池充電，直至電量均衡。
[0019]所述的排序算法是冒泡排序算法，主要是:在要排序的一組數(shù)中，對(duì)當(dāng)前還未排好序的范圍內(nèi)的全部數(shù)，自上而下對(duì)相鄰的兩個(gè)數(shù)依次進(jìn)行比較和調(diào)整，讓較大的數(shù)往下沉，較小的往上冒，即每當(dāng)兩相鄰的數(shù)比較后發(fā)現(xiàn)它們的排序與排序要求相反時(shí)，就將它們互換。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn):
[0021](I)反應(yīng)迅速，控制方便，輸入控制信號(hào)的數(shù)量與需要控制的電池?cái)?shù)量相同?？刂菩盘?hào)少，一個(gè)輸出電壓控制一個(gè)電池是否需要被均衡。
[0022](2)沒(méi)有電容和電感作為儲(chǔ)能原件，也沒(méi)有大量的能量損耗。能量損耗較少，節(jié)能環(huán)保。
[0023](3)電路所用器件利于集成，占體積小，發(fā)熱少，電池個(gè)數(shù)可以變化，均衡電路可以進(jìn)行擴(kuò)展。
[0024](4)電路簡(jiǎn)單，用類(lèi)似于總線(xiàn)的結(jié)構(gòu)將需要均衡的電池連接起來(lái)構(gòu)成均衡回路，可以對(duì)由磷酸鐵鋰構(gòu)成的汽車(chē)電池進(jìn)行主動(dòng)均衡，可靠性強(qiáng)，工作效率高。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路圖。
[0026]圖2是只有兩個(gè)電池進(jìn)行均衡時(shí)的工作過(guò)程中的簡(jiǎn)化電路圖。
[0027]圖3是所有電池進(jìn)行均衡時(shí)的工作過(guò)程中的簡(jiǎn)化電路圖。
[0028]圖中:BT0、BT1、BT2、BT3是磷酸鐵鋰電池，b0、bl、b2是反相器，Tl至TlO是MOS管，(10、(11、(12是三條主要的電路，1?0、1?1、1?2、1?3是限流電阻，30、31、32、33是單片機(jī)輸出的控制電壓信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明公開(kāi)了一種基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路，該電池均衡電路包括連接所有電池正極的支路和連接所有電池負(fù)極的支路，并且分別用兩條主線(xiàn)dO和dl連通，所有電池的正極電路dO中均串有相同物理特性的限流電阻Rn，η = O、1、2-----通過(guò)控制晶體管的柵極電壓來(lái)控制支路的通斷，同一個(gè)電池的正極、負(fù)極支路可以用同一個(gè)控制信號(hào)控制通斷。該汽車(chē)電池均衡電路的特點(diǎn)是將所有需要均衡的電池組同向并聯(lián)起來(lái)，利用并聯(lián)電路電壓相等的特性完成電池電壓的均衡，控制和采樣均由單片機(jī)完成。單片機(jī)負(fù)責(zé)控制開(kāi)關(guān)的通斷以及對(duì)電池狀態(tài)的檢測(cè)。
[0030]下面將結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不限定本發(fā)明。
[0031]本發(fā)明提供的基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)均衡電路，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由正極電路d0、負(fù)極電路dl、主電路d2、單片機(jī)和開(kāi)關(guān)電路Sn組成，n = 0，l，2，....。
[0032]所述的正極電路d0，其通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與所有電池BTn的正極相連，n = 0、l、2.....，用于連接需要均衡的電池的正極。該正極電路dO由限流電阻RO、Rl、R2、R3和mos管TO、T3、T6、T9、TlO組成。所述限流電阻R0、R1、R2、R3，其一端并接于同一導(dǎo)線(xiàn)上，其另一端分別經(jīng)mos管T0、T3、T6、T9與單片機(jī)相連。
[0033]所述的負(fù)極電路dl，其通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與所有電池BTn的負(fù)極相連，η= 0、1、2.....，用于連接需要均衡的電池的負(fù)極。該負(fù)極電路(11由11108管1'1、了4、了7、1'10組成，其一端并接于同一導(dǎo)線(xiàn)上，其另一端分別與電池BTO、BT1、ΒΤ2、ΒΤ3的負(fù)極相連。
[0034]所述的主電路d2，其通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與正極電路dO和負(fù)極電路dl分別相連，用于電池組的充放電。該主電路(12由磷酸鐵鋰電池81'0、81'1、8了2、8了3和11108管了2、了5、了8組成，其中:電池BT0、BT1、BT2的負(fù)極分別與mos管T2、T5、T8的源極相連；電池BT1、BT2、BT3的正極分別與mos管T2、T5、T8的漏極相連；電池BTO的正極與mos管TO的源極相連，電池BT3的負(fù)極與mos管TlO的源極相連。
[0035]所述的開(kāi)關(guān)電路Sn，其通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與mos管Tn的柵極相連，n = 0、l、2、....，用于導(dǎo)通或關(guān)閉MOS管。該開(kāi)關(guān)電路Sn由開(kāi)關(guān)SO，SI，…Sn組成，n = 0、1、2.....。所述開(kāi)關(guān)S0、S1、…、
Sn，其一端并接于單片機(jī)的1/0端口，其另一端分別與mos管T3n、T3n+l的柵極和反相器bn-1的輸入端相連(n = 0時(shí)開(kāi)關(guān)Sn不與反相器連接)。
[0036]所述的單片機(jī)，采用STM32F103ZET6單片機(jī)，其1/0端口與開(kāi)關(guān)電路Sn相連，用于輸出控制信號(hào)。
[0037]本發(fā)明提供的基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)均衡電路，其工作過(guò)程如下:
[0038]在平衡開(kāi)始前，需要斷開(kāi)外部充電電源或降低電源電壓，防止磷酸鐵鋰電池因過(guò)充而爆炸。
[0039]當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到電池BT0、BT1需要均衡時(shí)，只需要輸出SO和SI為“I”(mos管的導(dǎo)通電壓)，其它控制信號(hào)S均為“O”(低于導(dǎo)通電壓)，電池BTO和BTl并聯(lián)，且正極與正極相連，存在電壓差，則高電壓電池會(huì)給低電壓電池充電，直至電池BTO和BTl電量相等，完成均衡，如圖2。
[0040]當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到所有電池BTn都需要均衡時(shí)，則輸出S全為“I”，所有電池BTn并聯(lián)在一起，將所有電池并聯(lián)等效成只有兩個(gè)并聯(lián)時(shí)的情況，可知最后電量可以達(dá)到平衡，如圖
3。然后輸出S全變?yōu)椤癘”，d0和dl上所有開(kāi)關(guān)Tn均斷開(kāi)，主電路d2上開(kāi)關(guān)Tn均導(dǎo)通，所有電池都被串聯(lián)在電路中同時(shí)放電，直到放電結(jié)束，進(jìn)入下一個(gè)周期。
[0041 ]本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路，其特征是由正極電路do、負(fù)極電路dl、主電路d2、單片機(jī)和開(kāi)關(guān)電路Sn組成，n = 0、l、2......其中正極電路dO、負(fù)極電路dl通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)分別連接所有電池的正極和負(fù)極，并且分別通過(guò)開(kāi)關(guān)電路Sn與單片機(jī)相連;主電路d2用于電池完成充放電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路，其特征在于所述的正極電路(10，由限流電阻如、1?1、1?2、1?和11108管1'0、了3、了6、了9組成;所述限流電阻1?0、1?1、1?2、1?3，其一端并接于同一導(dǎo)線(xiàn)上，其另一端分別經(jīng)mos管T0、T3、T6、T9、T10與單片機(jī)的I/O端口相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路，其特征在于所述的負(fù)極電路(11，由11108管1'1、了4、了7、1'10組成，其一端并接于同一導(dǎo)線(xiàn)上，其另一端分別與電池81'0、ΒΤ1、ΒΤ2、ΒΤ3的負(fù)極相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路，其特征在于所述的主電路(12，由磷酸鐵鋰電池町0、81'1、8了2、8了3和11108管了2、了5、了8組成，其中:磷酸鐵鋰電池町0、811、8了2的負(fù)極分別與11108管了2、了5、了8的源極相連;磷酸鐵鋰電池階1、8了2、8了3的正極分別與mos管Τ2、Τ5、Τ8的漏極相連;磷酸鐵鋰電池BTO的正極與mos管TO的源極相連，電池ΒΤ3的負(fù)極與mos管TlO的源極相連。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路，其特征在于所述的開(kāi)關(guān)電路Sn，其一端并接于單片機(jī)的I/O端口，在η不等于O時(shí)，其另一端分別與mos管Τ3η、Τ3η+1的柵極和反相器bn-1的輸入端相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路，其特征在于所述的單片機(jī)，采用STM32F103ZET6單片機(jī)。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一所述基于磷酸鐵鋰的汽車(chē)電池均衡電路的應(yīng)用，其特征在于該汽車(chē)電池均衡電路在使電動(dòng)汽車(chē)或電動(dòng)車(chē)的多個(gè)蓄電池同步充電和放電中的應(yīng)用。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于應(yīng)用時(shí)，由獨(dú)立的正極電路dO和負(fù)極電路dI分別連接所有電池的正極和負(fù)極，并由單片機(jī)采集電池的電量，通過(guò)排序算法得出需要均衡的電池，利用I/O端口輸入和輸出相應(yīng)電壓控制MOS管的通斷；導(dǎo)通支路上的MOS管后使其對(duì)應(yīng)的電池并聯(lián)到dO和dl上，并且每一個(gè)電池都串聯(lián)一個(gè)相同特性的限流電阻R，用來(lái)保護(hù)電池；同時(shí)關(guān)斷電池之間接有反相器的mos管，從而使所有需要均衡的電池并聯(lián)到同一電路當(dāng)中，根據(jù)并聯(lián)電路兩端電壓相等的特性來(lái)完成電池的均衡。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征是利用電池之間的充放電達(dá)到主動(dòng)均衡，高電量電池給低電量電池充電，直至電量均衡。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于所述的排序算法是冒泡排序算法，主要是:在要排序的一組數(shù)中，對(duì)當(dāng)前還未排好序的范圍內(nèi)的全部數(shù)，自上而下對(duì)相鄰的兩個(gè)數(shù)依次進(jìn)行比較和調(diào)整，讓較大的數(shù)往下沉，較小的往上冒，即每當(dāng)兩相鄰的數(shù)比較后發(fā)現(xiàn)它們的排序與排序要求相反時(shí)，就將它們互換。
【文檔編號(hào)】B60L11/18GK106058986SQ201610518361
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月4日
【發(fā)明人】徐小強(qiáng), 譚顯烽, 李正
【申請(qǐng)人】武漢理工大學(xué)