CN208638071U - 一种可使用开关电源供电双向主动均衡管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及到电动汽车充放电技术领域，一种可使用开关电源供电双向主动均衡管理系统，包括直流开关电源电路、均衡选通电路和均衡板；所述均衡板包括与直流开关电源电路相连的原边线路，以及与均衡选通电路相连的副边线路；所述的直流开关电源电路上还连接有供电电压监测单元和均衡控制单元；所述供电电压监测单元，用于对均衡板供电电压监测，当出现供电过压情况时，能够向均衡控制单元输出使能；所述均衡控制单元，能够控制均衡板的原边线路和副边线路通断和电流方向。该可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统可根据预设条件和监测反馈条件，系统自动控制均衡板充放电方向以及接入的单体电池(锂电池)数量，维护模块正常工作。

Description

一种可使用开关电源供电双向主动均衡管理系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车充放电技术领域，尤其涉及一种可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、高内阻、高电压、高循环次数和低自放电率等特性，但是其对保护电路的要求很高，过充、放电都会引起电池寿命的下降甚至导致电池损坏、发生事故。目前，锂离子电池已广泛应用于电动汽车上，如何保障电池组一致性，延长电池使用寿命及令电动车更安全，是亟需解决的问题。

目前大部分BMS均采用均衡技术来保障锂离子电池组的一致性，少部分具有更高效的双向主动均衡技术，其理论是对锂离子电池能量进行转移。由于电池组内电池数量众多以及硬件成本考虑，采用储能器件进行能量中转是最常见的技术；在一般储能场景和特殊车辆应用场景下或电动汽车启动电源损坏的情况下，无储能器件进行能量中转，只采用开关电源供电。开关电源特性就是只是能单向输出能量(电流)装置，无法向内吸收能量，在进行主动均衡供电时，只能对模块供电，在主动均衡中可以对单体电池进行充电，但均衡中单体电池放出的电量会导致开关电源供电回路上产生反向电流，由于开关电源无法吸收，就到导致供电电压不断被抬高，最后导致开关电源和模块被保护或烧坏。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统，该可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统可使用开关电源供电，并可根据预设条件和监测反馈条件，系统自动控制均衡板充放电方向以及接入的单体电池(锂电池)数量，从而避免单体电池均衡放电导致开关电源和模块被保护或烧坏的问题，维护模块正常工作。

为了实现上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

一种可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统，包括直流开关电源电路、均衡选通电路和均衡板；所述均衡板包括与直流开关电源电路相连的原边线路，以及与均衡选通电路相连的副边线路，原边线路与副边线路互为感应线路；其特征在于：所述的直流开关电源电路上还连接有供电电压监测单元和均衡控制单元；所述供电电压监测单元，用于对均衡板供电电压监测，当出现供电过压情况时，能够向均衡控制单元输出使能；所述均衡板的原边线路上设有原边MOS管，均衡板的副边线路上设有副边MOS管，原边MOS管和副边MOS 管能够在直流电与交流电之间转换；所述的均衡选通电路包括多条并联支路，每条并联支路上均连接有单体电池和选通MOS管；所述均衡控制单元控制原边 MOS管和副边MOS管的开关频率，以及选通MOS管的开关；所述均衡控制单元，能够控制均衡板的原边线路和副边线路通断和电流方向；均衡控制单元构建的均衡回路中，处于放电状态的单体电池的均衡电流总量需小于或等于处于充电状态的单体电池的均衡电流总量。需要说明的是：此处所指的原边线路与副边线路互为感应线路，即指原边线路或副边线路产生交流电时，会在对方电路上产生感应电流，实际可理解为变压器。

作为优选，所述均衡板设有多组，多组均衡板的原边线路并联在直流开关电源电路上，且设有多组均衡选通电路分别与多组均衡板的副边线路连接。

作为优选，所述均衡板的副边线路上还设有均衡电流采集功能模块；所述均衡电流采集功能模块对于主动均衡电流实时采集，并在过流时，向均衡控制单元输出使能。

作为优选，所述均衡选通电路上设有电压采集模块，所述电压采集模块用于采集单体电池电压，并将其反馈给均衡控制单元。

本实用新型采用上述技术方案，该技术方案涉及一种可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统，该可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统中的供电电压监测单元用于对均衡板供电电压监测，均衡控制单元则可用于控制切换单个均衡板充放电方向和控制选通MOS管开启与关闭；因此采用该可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统即可根据预设条件和监测反馈条件，系统自动控制均衡板充放电方向以及接入的单体电池(锂电池)数量，从而可避免均衡过程中多余能量输入开关电源，可避免开关电源和可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统内模块被保护或烧坏的问题，保证系统正常工作。

附图说明

图1为可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统处于两节电池均衡放电状态示意图。

图2为可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统处于一节均衡充电，一节均衡放电状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的优选实施方案作进一步详细的说明。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1～2所示的一种可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统，包括直流开关电源电路a、均衡选通电路b和均衡板。所述均衡板包括与直流开关电源电路a相连的原边线路c，以及与均衡选通电路b相连的副边线路d，原边线路c与副边线路d互为感应线路，均衡选通电路b上设有单体电池。需要说明的是：此处所指的原边线路c与副边线路d互为感应线路，即指原边线路c或副边线路d产生交流电时，会在对方电路上产生感应电流，实际可理解为变压器1。在其中一种实施方式中，所述均衡板设有多组，多组均衡板的原边线路c并联在直流开关电源电路a上，且设有多组均衡选通电路b分别与多组均衡板的副边线路d连接。

所述的直流开关电源电路a上除了设有开关电源8以外，还连接有供电电压监测单元6和均衡控制单元7。所述供电电压监测单元6，用于对均衡板供电电压监测，当出现供电过压情况时，能够向均衡控制单元7输出使能。所述均衡控制单元7，能够控制均衡板的原边线路c和副边线路d通断和电流方向。具体来说，所述的均衡板的原边线路c上设有原边MOS管2，均衡板的副边线路 d上设有副边MOS管3和均衡电流采集功能模块9。所述均衡选通电路b上设有电压采集模块10，电压采集模块10用于采集同一并联支路上的单体电池4电压，并将其反馈给均衡控制单元7。在进一步地优选方案中，每组的均衡选通电路b可包括多条并联支路，每条并联支路上均设有单体电池4和选通MOS管5。均衡控制单元7控制原边MOS管2和副边MOS管3的开关频率，上述方案中的供电电源和单体电池4都是直流电压，此主动均衡设计是通过变压器1进行电量转移交换，原边MOS管2和副边MOS管3主要有两个功能，第一：把直流电转变为交流电，提供磁场转换变化进行电量转移。第二：通过控制原边MOS 管2和副边MOS管3开关频率不同，进行单体电池4均衡充电、放电方向控制，可实现均衡安全自动切换和关断。所述均衡控制单元7控制选通MOS管5，从而控制每条并联支路的通断，即可相应的选择性均衡某一节。

实际运用中，每个均衡板一般可连接六节单体电池4。所述均衡电流采集功能模块9对于主动均衡电流实时采集；并在过流时，向均衡控制单元7输出使能；均衡控制单元7能够快速切断均衡电路，实现过流保护。所述的电压采集模块10用于采集同一并联支路上的单体电池4电压，并将其反馈给均衡控制单元7。进一步地，上述均衡控制单元7的硬件构成均衡回路构建、电量监测反馈。对电量计算判断、下发出充放电均衡控制策略，具体是采集单体电池4电压值、根据记录SOC芯片和单体电池4充放电记录进行计算维持能量平衡；且均衡控制单元7所构建的均衡回路中，处于放电状态的单体电池的均衡电流总量需小于或等于处于充电状态的单体电池的均衡电流总量。

以下为均衡控制单元7构建均衡回路的步骤：

1.当使用开关电源8供电情况下，出现需要均衡放电状态的单体电池4的均衡电流总量大于处于需要均衡充电状态的单体电池4的均衡电流总量时，会触发模块开关电源出现过压现象。

2.供电电压监测单元6对于均衡板供电电压监测，可触发供电电压监测单元6 输出过压使能。

3.均衡控制单元7收到供电电压监测单元6的过压触发信号，同时接收电压采集模块10采集上传的最新单体电池4电压情况，进行判断。

4.根据判断结构，均衡控制单元7通过切换原边MOS管2、副边MOS管3和选通MOS管5的工作状态，转变单体充放电方向；从而使供电电压降低，保护均衡模块、开关电源模块(电动汽车上改开关电源为车载DC/DC模块)。

基于上述实施方式，在结合说明书附图所示(以两个均衡板为例，且每个均衡板上均连接一节单体电池4)，对于本方案进行工作状态的说明。

①当进行两节单体电池4均衡充电时，供电电压监测单元6不触发，开关电源向内输入均衡电流，正常工作。

②当进行一节单体电池4均衡充电、一节单体电池4均衡放电时，供电电压监测单元6不触发，开关电源向内输入模块工作电流，正常工作。

③当进行两节单体电池4均衡放电时，首先均衡板供电电压被瞬间抬高，供电电压监测单元6被触发工作，输出使能信号，均衡板控制芯片供电使能被切换关断，包括PWM波输出芯片、副边恒流源调节电路、选通开关切换电路被保护关断，使供电电压被拉低，维护模块正常工作。同时可通过软件控制，调节均衡板充放电方向，由原来两节单体电池4均衡放电，更改为一节电池均衡充电、一节电池均衡放电，达到能量转移平衡。

上述步骤按照先监测，后控制，再调节的逻辑执行。

上述技术方案涉及一种可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统，该可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统中的供电电压监测单元6用于对均衡板供电电压监测，均衡控制单元7则可用于控制切换单个均衡板充放电方向和控制选通MOS管开启与关闭。因此采用该可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统即可根据预设条件和监测反馈条件，系统自动控制均衡板充放电方向以及接入的单体电池4(锂电池)数量，从而可避免均衡过程中多余能量输入开关电源，可避免开关电源和可使用开关电源供电的双向主动均衡管理系统内模块被保护或烧坏的问题，使系统正常工作。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可使用开关电源供电双向主动均衡管理系统，包括直流开关电源电路、均衡选通电路和均衡板；所述均衡板包括与直流开关电源电路相连的原边线路，以及与均衡选通电路相连的副边线路，原边线路与副边线路互为感应线路；其特征在于：所述的直流开关电源电路上还连接有供电电压监测单元和均衡控制单元；所述供电电压监测单元，用于对均衡板供电电压监测，当出现供电过压情况时，能够向均衡控制单元输出使能；所述均衡板的原边线路上设有原边MOS管，均衡板的副边线路上设有副边MOS管，原边MOS管和副边MOS管能够在直流电与交流电之间转换；所述的均衡选通电路包括多条并联支路，每条并联支路上均连接有单体电池和选通MOS管；所述均衡控制单元控制原边MOS管和副边MOS管的开关频率，以及选通MOS管的开关；所述均衡控制单元，能够控制均衡板的原边线路和副边线路通断和电流方向；均衡控制单元构建的均衡回路中，处于放电状态的单体电池的均衡电流总量需小于或等于处于充电状态的单体电池的均衡电流总量。

2.根据权利要求1所述的一种可使用开关电源供电双向主动均衡管理系统，其特征在于：所述均衡板设有多组，多组均衡板的原边线路并联在直流开关电源电路上，且设有多组均衡选通电路分别与多组均衡板的副边线路连接。

3.根据权利要求1所述的一种可使用开关电源供电双向主动均衡管理系统，其特征在于：所述均衡板的副边线路上还设有均衡电流采集功能模块；所述均衡电流采集功能模块对于主动均衡电流实时采集；并在过流时，向均衡控制单元输出使能。

4.根据权利要求1所述的一种可使用开关电源供电双向主动均衡管理系统，其特征在于：所述均衡选通电路的上设有电压采集模块，所述电压采集模块用于采集单体电池电压，并将其反馈给均衡控制单元。