動力電池組的均衡充放電系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種用于諸如電動汽車的動力電池組的均衡充放電系統，屬于電 力控制技術領域。
【背景技術】
[0002] 用于電動汽車的動力電池組由多個單體電池串聯而成。由于單體電池性能存在不 一致性，在充放電時會出現單體電池電壓不一致，進而影響和制約著整個動力電池組的充 放電能力。在實際使用中，動力電池組內各單體電池的電壓偏差程度應控制在一定范圍內， 否則單體電池極易發生過充或過放，嚴重影響其安全性。對個別電池進行均衡充電或放電 是解決上述問題的重要途徑，這樣既可以更好地發揮電池性能，又可以延長動力電池組的 整體使用壽命。
[0003] 目前均衡電路的技術路線有兩種：一種是被動均衡電路，也稱為能耗型均衡電路， 通常采用在單體電池兩端并聯電阻的方式，通過電阻將電能轉換成熱能，來達到電壓平衡， 但是這種電路既消耗了單體電池的能量，又增加了單體電池熱管理的困難。另一種是主動 均衡電路，也即非能耗性均衡電路，利用電感或電容等儲能元件，把動力電池組中容量高的 單體電池的能量轉移到容量偏低的電池，這種電路通過切換電容開關，由電容傳遞相鄰單 體電池的能量，或通過電感儲能的方式，在相鄰單體電池之間進行雙向傳遞能量，雖然這種 電路的能量損耗很小，但是達到均衡必須要有多次傳輸，所以均衡速度較慢，不適于串聯單 體電池數量較多的動力電池組。
[0004] 由此可見，設計出一種電路簡單、運行方便的充放電技術方案，是目前急需解決的 問題。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型的目的在于提供一種動力電池組的均衡充放電系統，通過電池管理系 統與開關控制器相互配合，由開關陣列實現對動力電池組中需要均衡的單體電池進行一對 一的均衡充放電，充放電過程中的能量消耗小，可操作性強，均衡充放電效率高。
[0006] 為了實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案：
[0007] -種動力電池組的均衡充放電系統，其特征在于：它包括電池管理系統、開關控制 器和開關陣列、充放電端口、充電器和放電器，其中：
[0008] 電池管理系統采集動力電池組中串聯連接的各單體電池的電壓信息并將電壓信 息傳送給開關控制器；
[0009] 開關控制器根據接收的電壓信息來控制開關陣列，使動力電池組中的待充電和待 放電的單體電池逐一經由開關陣列與充放電端口相通，其中，待充電的單體電池的電壓偏 差值小于〇且絕對值大于偏差控制閾值，待放電的單體電池的電壓偏差值大于〇且大于偏 差控制閾值；
[0010] 充放電端口分兩路，一路與充電器連接，另一路與放電器連接，充放電端口與充電 器連接的線路上設有第一開關，充放電端口與放電器連接的線路上設有第二開關，第一開 關和第二開關的打開與閉合受開關控制器控制，其中，當存在待充電的單體電池時，第一開 關閉合而使待充電的單體電池經由開關陣列、充放電端口、第一開關與充電器連通，當存在 待放電的單體電池時，第二開關閉合而使待放電的單體電池經由開關陣列、充放電端口、第 二開關與放電器連通。
[0011] 本實用新型的優點是：
[0012] 本實用新型不消耗動力電池組的內部能量，在單體電池之間也不存在能量轉移， 而是通過電池管理系統與開關控制器相互配合，由開關陣列實現對動力電池組中需要均衡 的單體電池進行一對一的均衡充放電，保持動力電池組的荷電狀態（S0C)始終維持在合理 范圍內，有效延長了動力電池組的整體使用壽命。
[0013] 本實用新型的均衡方式具有指向性且易于實現，區別于在線均衡方式，本實用新 型僅在需要均衡時發揮作用，能量消耗小，可操作性強，提高了均衡充放電的效率，尤其對 于單只單體電池需要充電或放電時，可以在不拆開電池箱的情況下實現對單體電池的修 復。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型均衡充放電系統的組成示意圖。
[0015] 圖2是本實用新型均衡充放電系統的實施例1的電路連接示意圖。
[0016] 圖3是本實用新型均衡充放電系統的實施例2的電路連接示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 如圖1所示，本實用新型動力電池組的均衡充放電系統包括電池管理系統20、開 關控制器40和開關陣列30、充放電端口 50、充電器60和放電器70,其中：
[0018] 電池管理系統20采集動力電池組10中串聯連接的各單體電池的電壓信息，電壓 信息包括單體電池兩端的電壓，并將電壓信息傳送給開關控制器40,如圖1，電池管理系統 20與開關控制器40之間進行通訊，電池管理系統20受開關控制器40的控制而進行電壓的 檢測；
[0019] 開關控制器40根據接收的電壓信息來控制開關陣列30,使動力電池組10中的待 充電和待放電的單體電池逐一經由開關陣列30與充放電端口 50相通，其中，待充電的單體 電池的電壓偏差值小于0且絕對值大于偏差控制閾值，待放電的單體電池的電壓偏差值大 于0且大于偏差控制閾值，單體電池的電壓偏差值等于自身兩端電壓值減去動力電池組10 中各單體電池兩端電壓值的均值；
[0020] 充放電端口 50分兩路，一路與充電器60連接，另一路與放電器70連接，充放電端 口 50與充電器60連接的線路上設有第一開關KA，充放電端口 50與放電器70連接的線路 上設有第二開關KB，第一開關KA和第二開關KB的打開與閉合可受開關控制器40控制，或 者也可手動控制，其中，當存在待充電的單體電池時，第一開關KA閉合而使待充電的單體 電池經由開關陣列30、充放電端口 50、第一開關KA與充電器60連通，當存在待放電的單體 電池時，第二開關KB閉合而使待放電的單體電池經由開關陣列30、充放電端口 50、第二開 關KB與放電器70連通。
[0021] 如圖1，電池管理系統20的檢測端口與動力電池組10中串聯連接的各單體電池 的兩端連接，以用來檢測單體電池兩端電壓，電池管理系統20的通訊端口與開關控制器40 的通訊端口連接，電池管理系統20與開關控制器40之間進行通訊，電池管理系統20受開 關控制器40的控制來進行電壓的檢測以及將檢測得到的電壓信息傳送給開關控制器40， 開關控制器40的控制端口與開關陣列30的控制信號輸入端口連接，充放電端口 50的內側 正、負端、各單體電池的正、負極分別與開關陣列30的相應響應端連接，充放電端口 50的外 側正端分兩路，一路經由第一開關KA與充電器60的正極連接，另一路經由第二開關KB與 放電器70的正極連接，充放電端口 50的外側負端與充電器60、放電器70的負極連接。
[0022] 在實際設計中，開關控制器40可為單片機、嵌入式控制器或其它計算處理器。
[0023] 在實際設計中，開關陣列30可包括雙路觸點常開繼電器，每個單體電池配有一個 雙路觸點常開繼電器，其中：對于單體電池及為其配設的雙路觸點常開繼電器而言，雙路觸 點常開繼電器的線圈兩端分別與電源（圖中未示出）的正極、開關控制器40的相應控制端 連接，雙路觸點常開繼電器的第一路常開觸點的兩端分別與單體電池的正極、充放電端口 50的內側正端連接，第二路常開觸點的兩端分別與單體電池的負極、充放電端口 50的內側 負端連接。
[0024] 開關陣列30也可包括多選一電子開關，動力電池組10中的所有單體電池分成多 組，每組對應配設有兩個多選一電子開關，每組中的每個單體電池與該兩個多選一電子開 關連接，其中：對于每組中的每個單體電池及為其配設的兩個多選一電子開關而言，多選一 電子開關的控制端和使能端與開關控制器40的相應控制端連接，一多選一電子開關的一 輸入端與單體電池的正極連接，而單體電池的負極與另一多選一電子開關的相應一輸入端 連接，與單體電池的正極連接的多選一電子開關的輸出端與充放電端口 50的內側正端連 接，與單體電池的負極連接的多選一電子開關的輸出端與充放電端口 50的內側負端連接。
[0025] 在本實用新型中，開關陣列30還可有其它構成形式，并不局限于上述。
[0026] 在本實用新型中，動力電池組10包括串聯連接的多個單體電池。電池管理系統20 為本領域的公知系統，其可采集動力電池組10中各個單體電池兩端的電壓、動力電池組10 的總電壓和電流，電池管理系統20的具體構成不在這里詳述。充電器60、放電器70、充放 電端口 50均為本領域的已有器件，故其具體構成不在這里詳述。
[0027] 本實用新型均衡充放電系統的均衡充放電過程包括步驟：
[0028] 1)電池管理系統20采集動力電池組10中各單體電池的電壓信息，并將電壓信息 傳送給開關控制器40 ;
[0029] 2)開關控制器40根據接收的電壓信息進行判斷，具體為：
[0030] 若一單體電池的電壓偏差值小于0且電壓偏差值的絕對值大于偏差控制閾值，貝1J 該單體電池需要充電，轉至3);若一單體電池的電壓偏差值大于0且大于偏差控制閾值，貝U 該單體電池需要放電，轉至4);其中：單體電池的電壓偏差值等于單體電池兩端電壓值減 去動力電池組10中各單體電池兩端電壓