專利名稱：一種基于繼電器切換的鋰電池組無損均衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于繼電器切換的鋰電池組無損均衡裝置，屬電池保護(hù)技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
動力鋰電池組近年來在電動汽車、大型后備電源的應(yīng)用越來越廣泛，動力鋰電池 組一般由多節(jié)單體電池進(jìn)行串聯(lián)而成，電池本身一致性的差異如果不及時進(jìn)行均衡處理， 會在使用過程中差異越來越大，最終導(dǎo)致整個電池組容量嚴(yán)重衰減。電池組均衡裝置就是通過外部電路使得電池組內(nèi)單體電池的一致性差異能動態(tài) 調(diào)整，維護(hù)單體電池間的均衡性。最常見的方法是在電池兩端并聯(lián)一個旁路電阻，通過一個 開關(guān)來控制電阻回路的通斷，當(dāng)電池間的差異較大時，表現(xiàn)為單體電池的電壓差較大，選取 電壓較高的部分單體電池，可以通過控制開關(guān)導(dǎo)通并聯(lián)的電阻回路將其的能量釋放掉一部 分，最終使得每個單體電池間的電壓差維持在一個合理的范圍內(nèi)。由于單體電池內(nèi)多余的 電量被旁路電阻白白消耗，所以造成電池能量的浪費(fèi)，電阻放電會產(chǎn)生較大的熱量，故采用 這種方式的均衡電流也較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種均衡電流大，均衡時間短，均衡 效率高的基于繼電器切換的鋰電池組無損均衡裝置。其技術(shù)方案是一種基于繼電器切換的電池組無損均衡裝置，包括串聯(lián)電池組、直 流/直流變換單元，多個均衡控制繼電器和檢測控制單元；其特征在于直流/直流變換單 元輸入端與電池組正負(fù)極連接，其輸出端為一路隔離的直流電源；均衡控制繼電器的兩個 公共端觸點(diǎn)分別并聯(lián)連接在直流/直流變換單元輸出端的正負(fù)極上，其常開端觸點(diǎn)分別對 應(yīng)連接在電池組中各單體電池的正負(fù)極上；電池組中各單體電池的正負(fù)極分別由電壓檢測 排線接入檢測控制單元。檢測控制單元由電池組單體電壓采集電路和繼電器控制電路組成；單體電壓檢測 電路由繼電器切換矩陣和A/D轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成，繼電器切換矩陣采用N選1矩陣；矩陣內(nèi)的各 雙刀繼電器的兩個公共端觸點(diǎn)分別通過電壓檢測排線對應(yīng)連接在電池組中各單體電池的 正負(fù)極上，其常閉端觸點(diǎn)懸空，常開端觸點(diǎn)分別并聯(lián)到A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入端上；繼電器控 制電路由MCU單片機(jī)構(gòu)成，MCU單片機(jī)的輸入端與A/D轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接，其輸出端輸 出對各均衡控制繼電器和N選一繼電器矩陣的控制信號。其技術(shù)效果是本發(fā)明通過MCU單片機(jī)對電池組各單體電池電壓的采集，得到電 壓最低電池的位置，當(dāng)該電壓最低的電池與其他電池的壓差大于設(shè)定的均衡壓差閾值時， MCU單片機(jī)即輸出控制信號到與該電壓最低電池對應(yīng)的均衡控制繼電器，使該雙刀繼電器 吸合，其觸點(diǎn)開關(guān)閉合，從而接通直流/直流變換單元的輸出端，開始對該電池進(jìn)行充電， 使該電池與其他電池的壓差減?。划?dāng)MCU單片機(jī)通過電池組單體電壓采集電路測得該電池
3與其他電池的壓差小于設(shè)定的均衡壓差閾值時，MCU單片機(jī)即切斷該雙刀繼電器的控制信 號，使該雙刀繼電器的觸點(diǎn)斷開，從而結(jié)束對該電池的單獨(dú)充電。上述過程持續(xù)進(jìn)行，從而 使得電池組內(nèi)每個單體電池的壓差都能控制在較小的范圍內(nèi)，即電池組內(nèi)各單體電池保持 很好的均衡性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在1、均衡過程中多余的電量轉(zhuǎn)移到電量較低的電池，避免了多余電量的浪費(fèi)。2、均衡過程不存在電阻發(fā)熱問題。3、均衡電流大，使得均衡時間縮短，均衡效率提高。


圖1是本發(fā)明的電原理圖；圖2是檢測控制單元電原理圖；圖3是本發(fā)明的控制流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種基于繼電器切換的電池組無損均衡裝置，采用串聯(lián)的電池組、直 流/直流變換單元，多個雙刀繼電器和檢測控制單元。直流/直流變換單元(DC/DC)輸入 端與單體電池BTl BTn串聯(lián)電池組正負(fù)極In+和In-連接，其輸出端為一路隔離的直流 電源Out+和Out-。通過直流-直流變換將電池組的電壓轉(zhuǎn)換為可對單體電池充電的直流 電源。均衡控制繼電器BRl-BRn的公共端觸點(diǎn)分別并聯(lián)連接在直流/直流變換單元輸出端 的正負(fù)極上，其常開端觸點(diǎn)分別對應(yīng)連接在電池組中各單體電池的正負(fù)極上；電池組中各 單體電池的正負(fù)極分別由電壓檢測排線接入檢測控制單元。如圖2所示，檢測控制單元由電池組單體電壓采集電路和繼電器控制電路組成。 單體電壓檢測電路由繼電器切換矩陣和A/D轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成，繼電器切換矩陣采用N選1矩 陣；矩陣內(nèi)的雙刀繼電器VRl VRn的兩個公共端觸點(diǎn)分別通過電壓檢測排線對應(yīng)連接在 電池組中各單體電池的正負(fù)極上，其常閉端觸點(diǎn)懸空，常開端觸點(diǎn)分別并聯(lián)到A/D轉(zhuǎn)換單 元的輸入端上；繼電器控制電路由MCU單片機(jī)構(gòu)成，MCU單片機(jī)的輸入端與A/D轉(zhuǎn)換單元的 輸出端連接，其輸出端輸出對各均衡控制繼電器BRl-BRn和N選一繼電器矩陣的控制信號。其工作過程:MCU單片機(jī)根據(jù)設(shè)定的指令，單體電壓檢測電路中的N選一矩陣逐次 將電池組內(nèi)各單體電池的電壓釋放到電壓總線V+和V-上，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換得到每個單體電 池的電壓。例如測量BTl兩端電壓時，VRl繼電器的常開觸點(diǎn)吸合，其他繼電器的常開觸點(diǎn) 斷開，確保V+連接到BTl的正極，V-連接BTl的負(fù)極。測量BT2兩端電壓時，VR2繼電器的 常開觸點(diǎn)吸合，其他繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，確保V+連接到BT2的正極，V-連接BT2的負(fù) 極。V+，V-連接的A/D轉(zhuǎn)換單元即可根據(jù)V+，V-的電壓差進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換得到電池兩端的電 壓。A/D轉(zhuǎn)換單元將轉(zhuǎn)換結(jié)果送至MCU單片機(jī)，MCU通過比較計算，輸出控制信號至RCl RCn,以控制與直流/直流變換單元連接的均衡控制繼電器常開觸點(diǎn)的閉合和斷開。MCU單片機(jī)均衡控制流程如下(見圖3)1、MCU單片機(jī)判斷電池組是否需要開啟均衡，即單體電池間的壓差是否大于設(shè)定 的均衡開啟閾值，如果壓差小于閾值，表明單體電池間的均衡性較好，均衡無須開啟，繼續(xù)返回檢測單體電池電壓。如果單體電池壓差大于閾值，表明單體電池間的均衡性不好，需啟 動均衡。2、啟動均衡過程如下MCU單片機(jī)找到電壓最低的單體電池，即輸出控制信號到 與該電壓最低電池對應(yīng)的雙刀繼電器，使該雙刀繼電器吸合，其觸點(diǎn)開關(guān)閉合，接通直流/ 直流變換單元的輸出端，對該電池進(jìn)行充電，其他的雙刀繼電器保持?jǐn)嚅_。3、均衡開啟后繼續(xù)檢測單體電池電壓，如果單體電池壓差大于閾值，則轉(zhuǎn)到流程2 繼續(xù)。如果單體電池壓差小于閾值，則說明電池均衡性已經(jīng)在可接受的范圍內(nèi)，關(guān)閉均衡， 轉(zhuǎn)到流程1繼續(xù)執(zhí)行。
權(quán)利要求
一種基于繼電器切換的電池組無損均衡裝置，包括串聯(lián)電池組、直流/直流變換單元，多個均衡控制繼電器和檢測控制單元；其特征在于所述直流/直流變換單元輸入端與電池組正負(fù)極連接，其輸出端為一路隔離的直流電源；所述均衡控制繼電器的兩個公共端觸點(diǎn)分別并聯(lián)連接在直流/直流變換單元輸出端的正負(fù)極上，其常開端觸點(diǎn)分別對應(yīng)連接在電池組中各單體電池的正負(fù)極上；電池組中各單體電池的正負(fù)極分別由電壓檢測排線接入檢測控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于繼電器切換的電池組無損均衡裝置，其特征在于 所述檢測控制單元由電池組單體電壓采集電路和繼電器控制電路組成；單體電壓檢測電路 由繼電器切換矩陣和A/D轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成，繼電器切換矩陣采用N選1矩陣；矩陣內(nèi)的各雙刀 繼電器的兩個公共端觸點(diǎn)分別通過電壓檢測排線對應(yīng)連接在電池組中各單體電池的正負(fù) 極上，其常閉端觸點(diǎn)懸空，常開端觸點(diǎn)分別并聯(lián)到A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入端上；繼電器控制電 路由MCU單片機(jī)構(gòu)成，MCU單片機(jī)的輸入端與A/D轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接，其輸出端輸出對 各均衡控制繼電器和N選一繼電器矩陣的控制信號。
全文摘要
一種基于繼電器切換的鋰電池組無損均衡裝置，屬電池保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。其目的是提供一種均衡電流大，均衡時間短，均衡效率高的基于繼電器切換的鋰電池組無損均衡裝置。其包括串聯(lián)或并聯(lián)的電池組、直流/直流變換單元，多個雙刀繼電器和檢測控制單元；直流/直流變換單元輸入端與電池組正負(fù)極連接，其輸出端為一路隔離的直流電源；各雙刀繼電器的常開觸點(diǎn)的一端分別并聯(lián)連接在直流/直流變換單元輸出端的正負(fù)極上，另一端的常開觸點(diǎn)分別對應(yīng)連接在電池組中各單體電池的正負(fù)極上；電池組中各單體電池的正負(fù)極分別由電壓檢測排線接入檢測控制單元。使電池組內(nèi)各單體電池保持了很好的均衡性。
文檔編號H02J7/00GK101917034SQ201010240549
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者江冠華, 蔣富強(qiáng) 申請人:合肥西瑪科電子有限公司;蔣富強(qiáng)