新能源重卡动力电池组中单体电池间的充电平衡电路及方法技术

本发明专利技术涉及一种新能源重卡动力电池组中单体电池间的充电平衡电路及方法，属于新能源技术领域。将单体电压较高的电量通过电路再分配给电量较低的个体，原理是电容缓冲式充电，当充电较快的单体充满，向电容充电，电容再给充电较慢单体电池充电，减少能源浪费。本发明专利技术解决了由于充电单体电池本身差异造成的充电分配不均的问题，还解决了常规使用电阻平衡充电的能量浪费和发热问题问题。基于BMS实时计算每个单体电池SOC数值，然后优化的算法来控制能量分配，充分发挥了BMS软件和硬件结合控制的灵活优势，比常规仅使用硬件电路控制更方便灵活。便灵活。便灵活。

【技术实现步骤摘要】
新能源重卡动力电池组中单体电池间的充电平衡电路及方法


[0001]本专利技术属于新能源
，涉及新能源重卡动力电池组中单体电池间的充电平衡电路及方法。

技术介绍

[0002]在新能源重卡动力电池包中往往由几十组单体电池串联而成，每组单体电池中有几百个单体电池。锂动力电池包指的是锂单体电池定制的包装、封装、装配，主要工序分为加工、组装、包装三大部分。当数个模组被BMS(动力电池的管理系统)和热管理系统共同控制或管理起来后，这个统一的整体就叫做锂单体电池包。由于每个单体电池的制造工艺不同造成每个单体电池的内阻有细微的差异、每个单体电池的质量不同、老化程度不同等因素造成单体电池的放电程度有明显的差异，例如有三块单体电池放电后SOC(是state
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of
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charge的简称，SOC指的是汽车单体电池的充电状态，又称剩余容量，表示单体电池继续工作的能力)分别是80％，90％，95％，这个时候如果对这三块单体电池以相同的条件进行充电，就会造成SOC较高的单体电池过度充电，过度充电则会影响单体电池的健康程度或SOC较低的单体电池无法充满、使用的时候过度放电的现象。
[0003]总的来说，存在以下缺陷：
[0004]由于单体电池的容量差异、SOC差异、内部阻抗差异等因素造成的充电个体不均衡，由于个体的差异较大，如果没有合适均衡每个个体的差异会越来越大，最终会影响可用容量。
[0005]常规做法是使用电阻来阻止一个充电较快的的单体电池充满直到充电较弱的那块单体电池达到同样的充电程度，这种方式能量被电阻消耗浪费了充电能量，且会造成单体电池包发热。原理图如图1所示。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种新能源重卡动力电池组中单体电池间的充电平衡电路及方法，将单体电压较高的电量通过电路再分配给电量较低的个体，原理是电容缓冲式充电，当充电较快的单体充满，向电容充电，电容再给充电较慢单体电池充电，减少能源浪费。
[0007]纯硬件电路控制不够灵活，几千个单体之间串联，只有相邻的两个单体电池之间有关联，无法灵活控制，目前随着充电集成芯片充电平衡IC的发展，需要利用高度集成芯片的优势，解决其他均衡方法带来的时间过长、充电慢的问题。
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]新能源重卡动力电池组中单体电池间的充电平衡电路，包括芯片L9963E、若干串联的单体电池和BMS；
[0010]单体电池CELL1的负极端子连接芯片L9963E的C0引脚，单体电池CELL1的正极端子连接芯片L9963E的C1引脚，C1引脚作为单体电池电压的输入引脚，S1引脚负责单体电池
CELL1平衡场效应管的输出控制；
[0011]L9963E的B2_1引脚负责单体电池CELL2和单体电池CELL1之间的能量平衡控制；
[0012]单体电池CELL2～CELL14以与CELL1一样的方式和芯片L9963E连接；
[0013]芯片L9963E的ISENSEp引脚负责同相输入的电流测量；
[0014]ISENSEm引脚负责反相输入电流的测量；
[0015]芯片L9963E的电源供应引脚为VBAT；
[0016]芯片L9963E的GPIO3～GPIO6的是输入输出口，测量NTC温度传感器的值；GPIO8用于SPI总线输入；
[0017]芯片L9963E的SPI是串行外围设备接口；
[0018]GPIO9用于串行数据输出，通过GPIO8和GPIO 9引脚连接到BMS芯片，芯片L9963E与BMS芯片之间通过SPI总线进行通讯；
[0019]所述串联的单体电池连接至芯片L9963E。
[0020]基于所述电路的新能源重卡动力电池组中单体电池间的充电平衡方法，该方法包括两个单体电池之间的能量转移和BMS平衡；
[0021]所述两个单体电池之间的能量转移具体为：
[0022]S11：过充和欠充诊断：选择芯片L9963E连接的单体电池组，然后发送启动信号VCELLS_EN(寄存器地址0x1C)为1允许测量，则VCELLS_EN自动更新为测量状态，芯片开始自动测量每个单体电池的电压；
[0023]选择过压压阈值单元格的阈值VCELL_OV(寄存器地址0x44)，选择欠压阈值单元格的阈值VCELL_UV(寄存器地址0x43),当测量的实际电压高于过压阈值VCELL_OV或低于欠压阈值VCELL_UV即可诊断为过压或欠压；相对于欠压阈值VCELL_UV的增量VCELL_BAL_UV_Δ(寄存器地址0x46)；所述增量将确定要达到的目标平衡电压阈值VBAL_UV_TH的位置，实际目标平衡电压阈值VBAL_UV_TH为：
[0024]VBAL_UV_TH＝VCELL_UV+VCELL_BAL_UV_Δ
[0025]S12：芯片L9963E的S1
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S14和Bx_x
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1引脚负责自动控制一对电池平衡单体电池中的电荷，使用外部或内部金氧半场效晶体管MOSFET执行平衡；单体电池平衡驱动器由单体电池电压VBAT堆栈电压供电；单体电池平衡过程在手动平衡中执行，通过作用于寄存器标志位Balmode位，Balmode是指代芯片L9963E寄存器地址0x4的第16位的数值，用来选择配置，并在测量完成后恢复；MCU直接控制S1～S
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引脚的输出状态，用bal_start和bal_stop分别指代芯片L9963E寄存器标志位地址为0x3的第15位和第14位的数值，写bal_start＝1和bal_stop＝0开始平衡，写bal_start＝0和bal_stop＝1表示停止平衡；
[0026]S13：在Bal_2寄存器中设置Balmode＝01以配置手动平衡，以下用BalCell14_7act用以指代芯片L9963E寄存器地址为0x10的数值它的作用是控制单体电池CELL7
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CELL14的平衡，BalCell6_1act用以指代芯片L9963E寄存器地址为0x11的数值它的作用是控制单体电池CELL1
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CELL6的平衡，在BalCell14_7act和BalCell6_1act寄存器中设置balxx＝10，以选定需要平衡的单体电池；
[0027]S14：在Bal_1寄存器中设置bal_start＝1和bal_stop＝0以开始平衡，为防止单体电池过度放电，看门狗定时器WDTimedBalTimer(指代L9963e寄存器中地址0x3的第0位的值)，其超时TBAL_TIMEOUT，始终在每个手动平衡启动命令的开头启动；如果超时到期，则停
止平衡并设置EoBtime错误锁存器；故障线被触发；
[0028]S15：bal_on(指代L9963e寄存器中地址0x11的第1位的值)和eof_bal(指代L9963e寄存器中地址0x11的第0位的值)标志指示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.新能源重卡动力电池组中单体电池间的充电平衡电路，其特征在于：包括芯片L9963E、若干串联的单体电池和BMS；单体电池CELL1的负极端子连接芯片L9963E的C0引脚，单体电池CELL1的正极端子连接芯片L9963E的C1引脚，C1引脚作为单体电池电压的输入引脚，S1引脚负责单体电池CELL1平衡场效应管的输出控制；L9963E的B2_1引脚负责单体电池CELL2和单体电池CELL1之间的能量平衡控制；单体电池CELL2～CELL14以与CELL1一样的方式和芯片L9963E连接；芯片L9963E的ISENSEp引脚负责同相输入的电流测量；ISENSEm引脚负责反相输入电流的测量；芯片L9963E的电源供应引脚为VBAT；芯片L9963E的GPIO3～GPIO6的是输入输出口，测量NTC温度传感器的值；GPIO8用于SPI总线输入；芯片L9963E的SPI是串行外围设备接口；GPIO9用于串行数据输出，通过GPIO8和GPIO 9引脚连接到BMS芯片，芯片L9963E与BMS芯片之间通过SPI总线进行通讯；所述串联的单体电池连接至芯片L9963E。2.基于权利要求1所述电路的新能源重卡动力电池组中单体电池间的充电平衡方法，其特征在于：该方法包括两个单体电池之间的能量转移和BMS平衡；所述两个单体电池之间的能量转移具体为：S11：过充和欠充诊断：选择芯片L9963E连接的单体电池组，然后发送启动信号VCELLS_EN(寄存器地址0x1C)为1允许测量，则VCELLS_EN自动更新为测量状态，芯片开始自动测量每个单体电池的电压；选择过压压阈值单元格的阈值VCELL_OV(寄存器地址0x44)，选择欠压阈值单元格的阈值VCELL_UV(寄存器地址0x43),当测量的实际电压高于过压阈值VCELL_OV或低于欠压阈值VCELL_UV即可诊断为过压或欠压；相对于欠压阈值VCELL_UV的增量VCELL_BAL_UV_Δ(寄存器地址0x46)；所述增量将确定要达到的目标平衡电压阈值VBAL_UV_TH的位置，实际目标平衡电压阈值VBAL_UV_TH为：VBAL_UV_TH＝VCELL_UV+VCELL_BAL_UV_ΔS12：芯片L9963E的S1
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S14和Bx_x
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1引脚负责自动控制一对电池平衡单体电池中的电荷，使用外部或内部金氧半场效晶体管MOSFET执行平衡；单体电池平衡驱动器由单体电池电压VBAT堆栈电压供电；单体电池平衡过程在手动平衡中执行，通过作用于寄存器标志位Balmode位，Balmode是指代芯片L9963E寄存器地址0x4的第16位的数值，用来选择配置，并在测量完成后恢复；MCU直接控制S1～S
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引脚的输出状态，用bal_start和bal_stop分别指代芯片L9963E寄存器标志位地址为0x3的第15位和第14位的数值，写bal_start＝1和bal_stop＝0开始平衡，写bal_start＝0和bal_stop＝1表示停止平衡；S13：在Bal_2寄存器中设置Balmode＝01以配置手动平衡，以下用BalCell14_7ac...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学明，蒋明波，廖兴国，
申请(专利权)人：苏州瀚腾新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：