一种新型电池主动均衡系统的制作方法 专利技术说明

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明涉及电池管理系统保护领域，尤其是一种新型电池主动均衡系统。背景技术：2.随着人们对能源需求的多元化，电池是能源的一大领域，提高电池使用效率和使用寿命，同时市场对电池的应用要求也越来越多。需求越来越多，尤其因为锂电池的推广普及，大容量电池的便携性得到了很大程度上的解决。结合对电池的应用类型的拓展设备的限制越来越少，用户的使用感受越来越良好。现有技术中存在如下缺陷：3.1、用电池前端afe控制芯片，检测每一个电芯电压，当发现有电芯电压高时，通过与电池电芯并联的放电电阻，来消耗这部分电池的能量，同时如果哪一个电池电芯电压低，则没有另外补能的功能。4.2、常用电阻来人为消耗能量，电阻发热，使产品周边pcb及位置，器件产生很高的环境温度，极大影响产品可靠型。直接减少产品使用寿命。5.3、对电池利用不完全，现有的被动均衡方式，由于使用电阻人为消耗电池能量，一般大众消耗电流每节也控制在百毫安左右，这样均衡效率很低，并且均衡时间也长，使用过程中会占用主控时间，对系统的及时有效型控制也不利。6.故本发明提出一种电池主动均衡系统，解决电池均衡能量浪费问题，提高电池使用寿命，使用效率。技术实现要素：7.本发明的目的是通过提出一种新型电池主动均衡系统，以解决上述背景技术中提出的缺陷。8.本发明采用的技术方案如下：9.提供一种新型电池主动均衡系统，包括mcu、电芯电压采样阵列、前端采样芯片、初级控制回路、次级控制回路和单节电芯，所述mcu分别连接电芯电压采样阵列、前端采样芯片、初级控制回路和次级控制回路，所述电芯采样阵列分别连接前端采样芯片和初级控制回路，所述初级控制回路连接次级控制回路，所述次级控制回路连接单节电芯。10.作为本发明的一种优选技术方案：所述电芯电压采样阵列包括多个并联的由单个选片开关和与单节电芯串联的回路。11.作为本发明的一种优选技术方案：所述电芯电压采样阵列通过开关控制回路与mcu第二端连接。12.作为本发明的一种优选技术方案：所述前端采样芯片与mcu第一端连接。13.作为本发明的一种优选技术方案：所述初级控制回路与次级控制回路间通过能量转换器与第三电容相连接。14.作为本发明的一种优选技术方案：所述初级控制回路包括第一电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一开关、第一二极管、第一运放和第一pwmic，所述第一电容第一端接电芯电压采样阵列电芯第一端、第一电阻第一端和能量转换器第一端，第一电容第二端接电芯电压采样阵列电芯第二端、第三电阻第二端、第四电阻第一端和第一运放正输入端，第一电阻第二端接第二电阻第一端，第二电阻第二端分别接第三电阻第一端和第一pwmic第一端，第四电阻第二端分别接第一开关第二端、第一二极管阳极、第三电容第一端和第一运放负输入端，第一运放输出端接第一pwmic第二端，第一开关第一端接能量转换器第二端和第一二极管阴极。15.作为本发明的一种优选技术方案：所述次级控制回路包括第二电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二开关、第二二极管、第二运放和第二pwmic，所述第二电容第一端接单节电芯第一端、第五电阻第一端和能量转换器第三端，第二电容第二端接单节电芯第二端、第七电阻第二端、第八电阻第一端和第二运放负输入端，第五电阻第二端接第六电阻第一端，第六电阻第二端分别接第七电阻第一端和第二pwmic第一端，第八电阻第二端分别接第二开关第二端、第二二极管阳极、第三电容第二端和第二运放正输入端，第二运放输出端接第二pwmic第二端，第二开关第一端接能量转换器第四端和第二二极管阴极。16.作为本发明的一种优选技术方案：所述初级控制回路中的第一pwmic第三端、第四端分别与mcu第三端、第四端连接。17.作为本发明的一种优选技术方案：所述次级控制回路中的第二pwmic第三端、第四端分别与mcu第五端、第六端连接。18.本发明提供的一种新型电池主动均衡系统，与现有技术相比，其有益效果有：19.本发明提出的一种新型电池主动均衡系统，能够实现电池主动均衡管理、电池均衡充电控制和电池均衡放电控制。在电池均衡的同时还能有效保证系统工作的安全，提高电池使用寿命，使用效率。附图说明20.图1为本发明优选实施例的电池主动均衡电路图；21.图2为本发明优选实施例的电池主动均衡系统另一形式的电路图。具体实施方式22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。23.参照图1，本发明优选实施例提供了一种新型电池主动均衡系统，包括mcu、电芯电压采样阵列、前端采样芯片、初级控制回路、次级控制回路和单节电芯，所述mcu分别连接电芯电压采样阵列、前端采样芯片、初级控制回路和次级控制回路，所述电芯采样阵列分别连接前端采样芯片和初级控制回路，所述初级控制回路连接次级控制回路，所述次级控制回路连接单节电芯。24.所述电芯电压采样阵列包括多个并联的由单个选片开关和与单节电芯串联的回路。25.所述电芯电压采样阵列通过开关控制回路与mcu第二端连接。26.所述前端采样芯片与mcu第一端连接。27.所述初级控制回路与次级控制回路间通过能量转换器与第三电容相连接。28.所述初级控制回路包括第一电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一开关、第一二极管、第一运放和第一pwmic，所述第一电容第一端接电芯电压采样阵列电芯第一端、第一电阻第一端和能量转换器第一端，第一电容第二端接电芯电压采样阵列电芯第二端、第三电阻第二端、第四电阻第一端和第一运放正输入端，第一电阻第二端接第二电阻第一端，第二电阻第二端分别接第三电阻第一端和第一pwmic第一端，第四电阻第二端分别接第一开关第二端、第一二极管阳极、第三电容第一端和第一运放负输入端，第一运放输出端接第一pwmic第二端，第一开关第一端接能量转换器第二端和第一二极管阴极。29.所述次级控制回路包括第二电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二开关、第二二极管、第二运放和第二pwmic，所述第二电容第一端接单节电芯第一端、第五电阻第一端和能量转换器第三端，第二电容第二端接单节电芯第二端、第七电阻第二端、第八电阻第一端和第二运放负输入端，第五电阻第二端接第六电阻第一端，第六电阻第二端分别接第七电阻第一端和第二pwmic第一端，第八电阻第二端分别接第二开关第二端、第二二极管阳极、第三电容第二端和第二运放正输入端，第二运放输出端接第二pwmic第二端，第二开关第一端接能量转换器第四端和第二二极管阴极。30.所述初级控制回路中的第一pwmic第三端、第四端分别与mcu第三端、第四端连接。31.所述次级控制回路中的第二pwmic第三端、第四端分别与mcu第五端、第六端连接。32.本实施例中，参照图1、图2，mcu一般采用单片机，可实现电路控制(如根据系统设定程序，控制系统主变压器完成电池组的有效均衡)。电芯采样阵列的采样电池组中，单个电芯的电压，给出信息给mcu,由mcu发出指令来控制系统均衡。33.初级控制回路包括c1、r1、r2、r3、r4、t1、d1、a1和p-pwmic，c1第一端接电芯电压采样阵列电芯第一端、r1第一端和能量转换器第一端，c1第二端接电芯电压采样阵列电芯第二端、r3第二端、r4第一端和a1正输入端，r1第二端接r2第一端，r2第二端分别接r3第一端和p-pwmic第一端，r4第二端分别接t1第二端、d1阳极、c3第一端和a1负输入端，a1输出端接p-pwmic第二端，t1第一端接能量转换器第二端和d1阴极。34.其中，p-pwmic用于管理和控制初级电池组电芯给次级单电芯充电状态。第一开关，即初级主控开关，为电池管理系统的主开关，主要初级实现电池电压、电流、充放电管理。第二电阻为初级电压回路采样电阻，第四电阻为初级电流回路采样电阻，r2、r4、第一运放主要用于控制初级电池组充放电电流。35.次级控制回路包括c2、r5、r6、r7、r8、t2、d2、a2和s-pwmic，c2第一端接单节电芯第一端、r5第一端和能量转换器第三端，c2第二端接单节电芯第二端、r7第二端、r8第一端和a2负输入端，r5第二端接r6第一端，r6第二端分别接r7第一端和s-pwmic第一端，r8第二端分别接t2第二端、d2阳极、第三电容第二端和a2正输入端，a2输出端接s-pwmic第二端，t2第一端接能量转换器第四端和d2阴极。36.其中，s-pwmic用于管理和控制次级单电芯给初级电芯电池组充电状态。第二开关，即次级主控开关，为电池管理系统的主开关，主要次级实现电池电压、电流、充放电管理。第六电阻为次级电压回路采样电阻，第八电阻为次级电流回路采样电阻，r6、r8、第二运放主要用于控制次级单个电池电芯充放电电流。37.采用本实施例中的方案可实现电池主动均衡管理、电池均衡充电控制和电池均衡放电控制3种主要功能。在电池均衡的同时还能有效保证系统工作的安全，如结合mcu能力及外部辅助配置，还可以实现多种参数的处理和对外显示和通讯。38.系统在电池组充电过程中，需间歇对电池组单节电芯电压检测dc-afe，对电池电芯电压，温度，进行评估，根据电池组单节电芯高于或低于正常工作的条件电芯电压数据判别电池组系统是否可以要启动均衡工作。如果是电池组中有电芯电压高于设定的电压(40mv)时，mcu系统就会发出指令次级主控开关，s-pwmic工作，此时电压高的电芯就会向电池组充电(也就是单节高电压电芯向电池组放电)此种状态下，单节高电压的多余电能就会源源不断反馈给电池组，而传统的方式，就是将单节高电压的多余电能用电阻发热消耗掉，另一方面如果在电池组中，有个别电芯电压低于设定值，mcu系统就会发出指令初级主控开关，p-pwmic，此时电池组就会向电压低的电芯充电。同时，系统会依据外部设备在线状态(根据电压判断)，电流大小，对外通信口协议握手状态，电池总压及单体个体电压，电池温度或环境温度等信息确定所需要的主动均衡状态。39.系统在均衡充放电过程中，mcu,dc-afe等控制单元，满足系统温度，电流在设定参数下正常均衡。电池组在均衡过程中第一、第二运放对均衡电流进行有效的检查、检测，保证系统均衡的电流在设定的参数下工作。dc-afe间歇对电池组单节电芯电压检测,对单个电芯高或低进行判断，有效开启均衡动作。在均衡过程中，均衡效率在85％以上，整个系统在主动均衡过程中，能量的损耗使很少的，最大值也就15％左右，而现在传统是被动均衡，能量的损耗是100％用于发热。主动均衡电流一般在2a左右，而现在传统是被动均衡电流一般在0.1a左右，也就是说，主动均衡是传统被动均衡电流20倍，相应均衡动作时间只是传统被动均衡20分之1，极大地提高了系统均衡的时效。40.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。41.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。









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