一种电池组的两级均衡装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种电池组的两级均衡装置，包括：电压采集模块、控制模块、均衡模块和电源模块；所述均衡模块包括第一级均衡单元和第二级均衡单元，所述第一级均衡单元采用无源均衡电路，所述第二级均衡单元采用类Buck-Boost均衡电路；本实用新型专利技术还公开了一种控制电池组的两级均衡装置的控制方法，包括以下步骤：1、电压采集模块采集电池单体并联成的并联组电压值；2、判断步骤1中采集到的并联组电压值是否在设定的工作电压范围内；如果是，则执行步骤3，否则，报警退出；3、第一级均衡单元进行模组内均衡，然后第二级均衡单元进行模组间均衡，最后返回步骤1。本实用新型专利技术具有电路复杂程度低、控制难度小和成本低廉等优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电池均衡管理
，具体涉及一种基于类Buck-Boost的电池组两级均衡装置。
技术介绍
电动汽车拥有节能环保、低排放等方面的优势，现已成为汽车行业中最有发展前景的一个领域。作为电动汽车的关键组成部分，动力电池组的性能决定了电动汽车众多方面的表现。然而由于现有的电池单体电压低、容量小，无法满足电动汽车的驱动功率要求，因而一般先将一定数量的电池单体串并联组成一个模组，然后再将多个模组串联起来进行使用。但是，在电池单体的制作过程中，由于电池厂的制作工艺等方面的原因，造成了即使是同一批次的电池单体都会出现明显的容量、内阻等方面的差异。同时在电池的使用过程中，电池单体自放电率的不同、使用环境的差异等，也都会导致电池单体的容量等出现不平衡。在充电过程中，电池容量小的电池会被率先充满，若此时电池组仍在充电，则容量小的电池会被过充，产生析气或发生不可逆的结构性损坏，电池容量进一步减小。在放电过程中，电池容量小的电池电压下降最快，当电池能量耗尽时，电池两端甚至会出现反极性，相当于被其它电池反充电，导致整组电池的放电能力减弱，同时过放也会使电池内部发生不可逆的化学反应，减小电池容量。因而在使用过程中必须对电池组进行均衡管理。现有的均衡技术主要有能量耗散型和非能量耗散型。能量耗散型是通过并联电阻来实现的，此方法结构简单对控制系统要求低，但是能量浪费严重，且耗能电阻发热会对电池造成不利影响，均衡电流大小也会受到限制。非能量耗散型方法中主要包括开关电容型，变压器型，转换器型。电容型开关阵列复杂，均衡速度慢。变压器型，成本高、体积大、效率低、系统变更困难。传统的变换器型以Buck、Boost、Buck-Boost或者变换器等成熟的变换器电路为基础构建均衡电路，能量只能在相邻电池间传递，且元器件数量众多，成本高昂。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电池组的两级均衡装置。本技术所采用的技术方案是：一种电池组的两级均衡装置，包括：电压采集模块、控制模块、通信模块、均衡模块和电源模块；所述均衡模块包括第一级均衡单元和第二级均衡单元，所述第一级均衡单元采用无源均衡电路，所述第二级均衡单元采用类Buck-Boost均衡电路；所述电压采集模块、控制模块和均衡模块依次连接；所述无源均衡电路包括电池单体、电力电子开关和电阻，所述电力电子开关与电阻串联后的电路再与电池单体并联；所述类Buck-Boost均衡电路具有开关管、二极管和一个储能电感，每个模组两端均装有二极管和开关管，模组的一端与储能电感的一侧相连，模组的另一端与储能电感的另一侧相连，模组两端的均衡支路均只有一个开关管和一个二极管；所述类Buck-Boost均衡电路中的每一个开关既是一个模组的放电回路的同时又是另一个模组的充电回路。所述电压采集模块包括：电压传感器、A/D转换器，所述电压传感器对各模组内的电池单体并联组电压进行采集，所述A/D转换器将采集到的模拟信号转化为数字信号并传送到控制模块。所述控制模块包括：驱动电路、MCU和外围电路。在本技术中，采用本领域常用的电压采集模块、控制模块、通信模块和电源模块，一般情况下先把一定数量的电池单体串并联组成一个模组，然后再将多个模组串联起来进行使用，所述电压采集模块对各模组内电池单体并联组进行电压采集，并把采集得到的电压信号变换以后传给控制模块，所述控制模块根据所述电压信号进行计算、判断后控制均衡模块的均衡电路实现所需的均衡。所述无源均衡电路包括电池单体、电力电子开关和电阻，所述电力电子开关与电阻串联后的电路再与电池单体并联；所述类Buck-Boost均衡电路，包括开关管、二极管和储能电感L，每个模组两端均装有二极管和开关管，构成均衡电流的单向通路，模组的一端与储能电感一侧的A点相连，模组的另一端与储能电感另一侧的B点相连，为了减少开关器件，模组中处于最两端位置的均衡支路只有一个开关管和一个二极管。该电路中每一个开关可以同时是一个模组的放电回路和另一个模组的充电回路。本实用新型电路原理类似buck-boost电路，但本技术的类Buck-Boost均衡电路只使用了一个储能电感。所述电压采集模块包含电压传感器、A/D转换器。所述电压传感器针对各模组内的各电池单体并联组电压进行采集。所述A/D转换器将采集到的模拟信号转化为数字信号并传送到控制模块。所述控制模块包括驱动电路、MCU及其必备的外围电路。所述控制模块接收电压采集模块传过来的数字信号，处理以后依据控制策略通过驱动电路控制均衡模块完成均衡任务。所述类Buck-Boost均衡电路，包括开关管、二极管、储能电感，每个模组两端都分别装有二极管和开关管，构成均衡电流的单向通路，模组的一端与储能电感一侧的A点相连，另一端与电感另一侧的B点相连，为了减少开关器件，处于最两端的均衡支路只有一个开关管和一个二极管。该电路中每一个开关可以同时是一个模组的放电回路和另一个模组的充电回路。本电路原理类似buck-boost电路，但只使用一个储能电感，用于模组间均衡。所述电压模块为本装置供电，所述电源模块通过DC-DC变换将车载24V电源变换为本装置所需的标准电压。本技术的原理：本技术第一级均衡单元中利用了无源均衡电路，把模组内电压过高的电池单体并联组通过其并联电阻进行放电降压，实现模组内均衡；本技术第二级均衡单元中利用类Buck-Boost电路把能量从电压过高的模组先转移到储能电感，再从储能电感转移到电压过低的模组，实现了模组间均衡。相对于现有技术，本技术具有如下的优点与有益效果：本技术在模组内均衡时使用了第一级均衡单元中的无源均衡电路，充分利用了其结构简单与成本低廉的优点；在模组间均衡时使用了第二级均衡单元的类Buck-Boost电路，充分利用了其能量利用率高，均衡速度快的优点，避免了大量能量的浪费，同时由于类Buck-Boost电路只是针对模组搭建的，电路的复杂程度降低，元器件的数量大大减少，降低了成本。综上所述，本装置在充分利用两种均衡方式优点的同时也尽可能回避了其缺点，可以在控制成本的同时很好的完成均衡任务。本技术充分利用了无源均衡电路和类Buck-Boost均衡的优点将电池均衡问题进行了分级解决，具有电路复杂程度低、控制难度小、成本低廉的优点。附图说明图1为本技术的结构框图。...

【技术保护点】
一种电池组的两级均衡装置，包括：电压采集模块、控制模块、均衡模块和电源模块；其特征在于，所述均衡模块包括第一级均衡单元和第二级均衡单元，所述第一级均衡单元采用无源均衡电路，所述第二级均衡单元采用类Buck‑Boost均衡电路；所述电压采集模块、控制模块和均衡模块依次连接；所述无源均衡电路包括电池单体、电力电子开关和电阻，所述电力电子开关与电阻串联后的电路再与电池单体并联；所述类Buck‑Boost均衡电路具有开关管、二极管和一个储能电感，每个模组两端均装有二极管和开关管，模组的一端与储能电感的一侧相连，模组的另一端与储能电感的另一侧相连，模组两端的均衡支路均只有一个开关管和一个二极管；所述类Buck‑Boost均衡电路中的每一个开关既是一个模组的放电回路的同时又是另一个模组的充电回路。

【技术特征摘要】
1.一种电池组的两级均衡装置，包括：电压采集模块、控制模块、均衡模块和电源模块；其特征在于，所述均衡模块包括第一级均衡单元和第二级均衡单元，所述第一级均衡单元采用无源均衡电路，所述第二级均衡单元采用类Buck-Boost均衡电路；所述电压采集模块、控制模块和均衡模块依次连接；
所述无源均衡电路包括电池单体、电力电子开关和电阻，所述电力电子开关与电阻串联后的电路再与电池单体并联；
所述类Buck-Boost均衡电路具有开关管、二极管和一个储能电感，每个模组两端均装有二极管和开关管，模组的一端与储能电感的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉香，邸健，文尚胜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44