專利名稱：一種新型純電動汽車均衡系統集成設計的制作方法
技術領域：
本發明涉及純電動汽車動力電池組能量均衡技術領域。
背景技術：
隨著能源危機和環境問題的日益突出，純電動汽車因其低噪音、無污染等突出優點，逐漸成為全球汽車工業領域中的一個重要組成部分和發展方向。相較于以內燃機為動力源的傳統汽車而言，純電動汽車唯一的動力源為電池，以此驅動電機運轉為車輛的運行提供動力。為提高純電動汽車的續航里程，通常需要將動力電池串聯成電池組。但是受電池原材料品質、生產工藝、工作環境等因素的影響，動力電池組在經過多次充放電后，電池間差異將逐步顯現，造成電池組性能下降，嚴重情況下還會弓I發電池組爆炸等安全問題。針對電池組狀態逐漸離散的問題，開發出結構靈活、智能高效的電池組能量均衡系統已成為重要研究方向。當前大多數電池組均衡系統只考慮主動均衡技術，本發明兼顧被動均衡和主動均衡的優點，在考慮成本的前提下可以有效提高均衡效果，具有很高的實用價值。

發明內容
整個動力電池組根據車輛動力性需求可分為若干電池包,每個電池包由若干單體電池組成。基于動 力電池組布局設計，本發明目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種結構靈活、擴展性好且能兼容多種電池模型的新型純電動汽車電池組能量均衡系統。本發明采取的技術方案:數據采集模塊實習監測電池組單體電池電壓信息，作為均衡電路是否開啟的依據參數；被動均衡模塊，作用于每個電池包內單體電池之間，以各自電池包內單體電池平均電壓為參考值進行動態均衡，以此作為后續主動均衡的基礎；主動均衡模塊，作用于各個電池包之間，以被動均衡后電池包平均電壓為參考值進行動態均衡；所述主動均衡模塊具有能量動態雙向流動的功能，它既能向低于平均值電壓的電池包轉入能量，使其電壓值向平均值靠攏，又能從高于平均值電壓的電池包轉出能量，同樣使其電壓值向平均值靠攏；中央控制器，根據數據采集模塊監測到的電池電壓參數，通過設置好的均衡策略，分別控制被動均衡和主動均衡模塊的工作狀態，其中被動均衡模塊場效應開關管由通用IO 口輸出高低電平，經由驅動電路進行控制，而主動均衡模塊場效應開關管由控制器相應PWM模塊產生PWM，經由PWM驅動電路進行控制。


圖1為純電動汽車電池組均衡系統組成結構示意2為純電動汽車電池組均衡系統電路原理示意3為純電動汽車電池組均衡系統控制策略流程圖
具體實施例方式為便于本領域工程技術人員理解，下面結合

作進一步詳細說明。如圖1所示，本發明所述的純電動汽車動力電池組能量均衡系統包括:數據采集模塊、被動均衡模塊、主動均衡模塊、驅動模塊和中央控制器。如圖2所示，動力電池組依據車輛動力性需求和經濟性要求，由若干電池包組成，每個電池包由若干單體電池組成。其中每一單體電池與一個增強型NM0SFET開關管、耗散電阻并聯，構成被動均衡電路；而每對電池包之間由兩個帶二極管的增強型NMOS開關管和一個儲能電感，構成能量可雙向動態轉換的主動均衡電路。電流I由車輛工作狀態決定，當智能充電機正在對動力電池組充電時，I為充電電流；當動力電池組正在對電氣負載放電時，I為放電電流；在其他情況下動力電池組處于靜置均衡。無論動力電池組處于充電、放電還是靜置時，數據采集模塊實時監測動力電池組電池參數，作為均衡系統是否工作的依據。如圖3所示，本發明所述的純電動車動力電池組能量均衡系統的工作流程如下:首先均衡系統中央控制器各個寄存器和端口進入初始化，其次數據采集模塊實時監測各個單體電池電壓，由中央控制器內置程序計算各個電池包內單體電池電壓平均值，作為電池包內單體電池是否進行被動均衡的依據。若某一單體電池電壓高于此平均值，則由中央控制器相應IO 口電平狀態變化，輸出控制信號經由驅動電路驅動場效應開關管開啟，進行單體電池被動均衡。這一過程持續進行直到單體電池電壓和平均值相同。再次中央控制器內置程序計算各個電池 包整體電壓平均值，作為電池包間是否進行主動均衡的依據。因為基于儲能電感設計的主動均衡電路能量可動態雙向流動，只要電池包電壓不等于此平均值，就由中央控制器PWM模塊根據模糊控制策略產生PWM，經由PWM驅動電路來控制場效應開關管的開閉，以此進行電池包間的主動均衡。本發明在此不對所有功能模塊作詳細的技術闡述，如數據采集模塊可采用分立元器件構成差模檢測電路，或者由專用的電壓采集集成電路模塊構成均可滿足本發明的功能要求。
權利要求
1.一種新型純電動汽車動力電池組能量均衡系統，包括數據采集模塊、被動均衡模塊、基于儲能電感的主動均衡模塊、驅動電路模塊以及中央控制器。其關鍵特征包括: 數據采集模塊實習監測電池組單體電池電壓信息，作為均衡電路是否開啟的依據參數； 被動均衡模塊，作用于每個電池包內單體電池之間，以各自電池包內單體電池平均電壓為參考值進行動態均衡，以此作為后續主動均衡的基礎； 主動均衡模塊，作用于各個電池包之間，以被動均衡后電池包平均電壓為參考值進行動態雙向均衡； 中央控制器，根據數據采集模塊監測到的電池電壓參數，通過設置好的均衡策略，分別控制被動均衡和主動均衡模塊的工作狀態。
2.根據權利要求1所述的純電動車動力電池組能量均衡系統，其結構特征在于均衡裝置中包含均衡行為主電路和均衡信號控制電路。主電路由耗散電阻和場效應開關管串聯后，再與單體電池并聯構成被動均衡電路；以及由儲能電感、場效應功率開關管、續流二極管構成的主動均衡電路組成。控制電路包括場效應管驅動電路和PWM驅動電路。
3.根據權利要求2所述的純電動車動力電池組能量均衡系統，其功能特征在于經由雙層均衡模塊對動力電池組單體電池電壓值和電池包電壓值進行均衡，以期達到整體電池組均衡的效果。首先根據數據采集模塊監測所得的電池組電壓信息，基于設定好的均衡策略由中央控制器做出相應決定，控制信號通過驅動電路以此驅使雙層均衡裝置工作。其中被動均衡模塊作用于每個電池包內單體電池之間，以各自電池包內單體電池平均電壓為參考值進行動態均衡，以此作為后續主動均衡的基礎；主動均衡模塊作用于各個電池包之間，以被動均衡后電池包平均電壓為 參考值進行動態雙向均衡，它既能向低于平均值電壓的電池包轉入能量，使其電壓值向平均值靠攏，又能從高于平均值電壓的電池包轉出能量，同樣使其電壓值向平均值靠攏。
4.根據權利要求3所述的純電動車動力電池組能量均衡系統，其邏輯功能在于中央控制器通過設置IO 口電平狀態和PWM模塊相應寄存器狀態，使均衡裝置有序工作。其中被動均衡模塊場效應開關管由通用IO 口輸出高低電平，經由驅動電路進行控制，而主動均衡模塊場效應開關管由控制器相應PWM模塊產生PWM，經由PWM驅動電路進行控制。
全文摘要
本發明涉及純電動汽車串聯電池組均衡系統，該系統結合兩類均衡方法的優點，采用雙層均衡裝置，包括數據采集模塊、被動均衡模塊、基于儲能電感的主動均衡模塊以及中央控制器。本發明總體均衡思路首先由數據采集系統實時監測單體電池電壓，得到各個電池包內單體電池電壓平均值，以此參數進行被動均衡；其次在被動均衡基礎上監測各個電池包電壓，得到電池包電壓平均值，以此參數進行主動均衡。所述串聯電池組均衡系統能在電池組靜置期間、充放電期間進行高效均衡，是一種全方位的電池組均衡技術，可有效解決純電動汽車行駛過程中電池組狀態逐漸離散的問題。總之，本發明既能滿足動力電池組多樣性要求，又能使得均衡系統結構靈活且擴展性好。
文檔編號H02J7/00GK103248090SQ20131013570
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月18日 優先權日2013年4月18日
發明者朱浩, 趙策, 鄧元望, 劉云峰 申請人:湖南大學