一種動力電池包的電池單體電壓均衡電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種動力電池包的電池單體電壓均衡電路，包括電壓采集芯片和連接于動力電池包的相鄰兩電極之間的電壓均衡回路，動力電池包的電極包括電池單體的正極和負極，且相鄰電池單體間連接在一起的兩電極為同一電極；動力電池包的電極與電壓采集芯片的對應電壓檢測端口連接；電壓均衡回路包括串聯(lián)在相鄰兩電極之間的開關管和分壓電阻，相鄰兩電極中至少有一個電極經(jīng)分壓電阻與電壓采集芯片的對應電壓檢測端口連接。由于基于本實用新型電路計算得到的電池單體在對應電壓均衡回路導通時的電壓應該低于在對應電壓均衡回路斷開時的電壓，因此，電池管理系統(tǒng)可根據(jù)該特性判斷電池單體電壓均衡電路是否失效，并確定具體失效的位置。
【專利說明】 一種動力電池包的電池單體電壓均衡電路

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電動汽車電池管理【技術領域】，尤其涉及一種動力電池包的電池單體電壓均衡電路。

【背景技術】
[0002]由于電動汽車續(xù)駛里程的要求以及電池單體本身低電壓低容量的限制，電動汽車的動力電池包是由大量電池單體串聯(lián)連接而成，以提供所需的驅動電壓及行駛能力。由于現(xiàn)有制造技術以及不可避免的溫度等外部環(huán)境差異，導致大量電池單體之間的初始容量、工作電壓、剩余容量等不可能完全一致，這會使得動力電池包在使用過程中會出現(xiàn)個別電池單體過充過放的問題，進而導致電池單體間的電壓不一致，這會嚴重影響動力電池包的使用壽命與安全。因此，電動汽車的電池管理系統(tǒng)需要實時監(jiān)測各電池單體電壓，并根據(jù)電池單體電壓間的差異進行電池單體電壓均衡。
[0003]電池單體電壓均衡電路主要是通過開關形成各電池單體的電壓均衡回路，當某一電池單體電壓過高時，通過控制開關使對應電壓均衡回路導通，進而使該電池單體放電的方式，實現(xiàn)電池單體電壓均衡的目的。現(xiàn)有電池單體電壓均衡電路存在的主要缺陷是不具有均衡電路失效檢測功能，電池管理系統(tǒng)無法檢測電池單體電壓均衡電路的狀態(tài)，因此，用戶很難及時發(fā)現(xiàn)并處理電壓均衡故障，如果某些電池單體因電池單體電壓均衡電路失效而長期處于無法均衡或者被均衡狀態(tài)，將導致對應電池單體的損壞，進而嚴重影響動力電池包的正常使用。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型實施例的目的是提供一種可以進行均衡失效檢測的電池單體電壓均衡電路。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案為:一種動力電池包的電池單體電壓均衡電路，包括電壓采集芯片和連接于所述動力電池包的相鄰兩電極之間的電壓均衡回路，所述動力電池包的電極包括串聯(lián)形成所述動力電池包的各電池單體的正極和負極，且相鄰電池單體之間電性連接在一起的一個正極和一個負極為同一電極；所述動力電池包的電極與所述電壓采集芯片的對應電壓檢測端口電性連接；所述電壓均衡回路包括串聯(lián)連接在所述相鄰兩電極之間的開關管和分壓電阻，所述相鄰兩電極中至少有一個電極經(jīng)所述分壓電阻與電壓采集芯片的對應電壓檢測端口電性連接。
[0006]優(yōu)選的是，所述相鄰兩電極中只有一個電極經(jīng)所述分壓電阻與電壓采集芯片的對應電壓檢測端口電性連接。
[0007]優(yōu)選的是，所述動力電池包的電位最低的電極直接與電壓采集芯片的對應電壓檢測端口電性連接。
[0008]優(yōu)選的是，所述動力電池包的電極分為電位最低的電極和其他電極，各其他電極與所述電位最低的電極之間連接有濾波電路，所述其他電極經(jīng)對應濾波電路與電壓采集芯片的對應電壓檢測端口電性連接；連接于所述其他電極與所述電壓采集芯片的對應電壓檢測端口之間的分壓電阻具體為連接于對應其他電極與對應濾波電路之間。
[0009]優(yōu)選的是，所述濾波電路為RC濾波電路。
[0010]優(yōu)選的是，所述開關管為N溝道增強型場效應管，所述N溝道增強型場效應管的柵極與所述電壓采集芯片的對應控制端口電性連接。
[0011 ] 優(yōu)選的是，所述N溝道增強型場效應管的柵極與源極之間連接有第四電阻，所述N溝道增強型場效應管的柵極與所述電壓采集芯片的對應控制端口之間連接有第三電阻。
[0012]本實用新型的有益效果在于，本實用新型的動力電池包的電池單體電壓均衡電路通過將開關管和分壓電路串聯(lián)連接在相鄰兩電極之間形成電壓均衡回路，且使相鄰兩電極中至少有一個電極經(jīng)該分壓電阻與電壓采集芯片的對應電壓檢測端口電性連接的方式，使得可計算得到的電池單體在對應電壓均衡回路導通時的電壓低于在對應電壓均衡回路斷開時的電壓，這樣，電池管理系統(tǒng)便可根據(jù)該特性判斷電池單體電壓均衡電路是否失效，并確定具體失效的位置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1示出了根據(jù)本實用新型動力電池包的電池單體電壓均衡電路的一種實施結構的電路原理圖；
[0014]圖2示出了在圖1所示電池單體電壓均衡電路的基礎上進行奇數(shù)通道驗證時電流流動情況；
[0015]圖3示出了在圖1所示電池單體電壓均衡電路的基礎上進行偶數(shù)通道驗證時電流流動情況。
[0016]附圖標記說明:
[0017]1:電壓均衡回路；2:濾波電路；
[0018]Ul:電壓采集芯片；P0、P1、P2、P3:動力電池包的電極；
[0019]Ql:開關管；Rl-分壓電阻；
[0020]R2:電阻；R3:第三電阻；
[0021]R4:第四電阻；Cl-濾波電容；
[0022]R5-濾波電阻；B-動力電池包的總負極；
[0023]SW1、SW2、SW3:控制端口； CO、Cl、C2、C3:電壓檢測端口；
[0024]AGND:接地端口。

【具體實施方式】
[0025]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0026]本實用新型為了解決現(xiàn)有動力電池包的電池單體電壓均衡電路不具有均衡電路失效檢測功能的問題，提供一種經(jīng)改進的電池單體電壓均衡電路。如圖1所示，本實用新型的電池單體電壓均衡電路包括電壓采集芯片Ul和連接于動力電池包的相鄰兩電極之間的電壓均衡回路I，該動力電池包的電極包括串聯(lián)形成動力電池包的各電池單體的正極和負極，且將相鄰電池單體之間電性連接在一起的一個正極和一個負極視為同一電極，因此，若動力電池包由十個電池單體串聯(lián)形成，則該動力電池包具有i^一個電極，這相當于每個電壓均衡回路I均連接于對應電池單體的正極與負極之間，圖1為由三個電池單體串聯(lián)形成的動力電池包的電池單體電壓均衡電路的一種實施結構。動力電池包的電極與電壓采集芯片Ul的對應電壓檢測端口電性連接，以使電壓采集芯片Ul可以通過電壓檢測端口獲得對應電極相對基準電位的電壓，對于圖1所示的實施例，電極P0、P1、P2、P3分別對應與電壓檢測端口 CO、Cl、C2、C3電性連接，該基準電位通常選擇為動力電池包的電位最低的電極PO，即動力電池包的總負極B-，此時，應該使電壓采集芯片Ul的接地端口 AGND與動力電池包的總負極B-電性連接。如圖1所示，上述電壓均衡回路I包括串聯(lián)連接在相鄰兩電極之間的開關管Ql和分壓電阻R1，且相鄰兩電極中至少有一個電極經(jīng)該分壓電阻Rl與電壓采集芯片Ul的對應電壓檢測端口電性連接，例如在圖1所示的實施例中，相鄰兩電極P0、P1中，電極Pl經(jīng)分壓電阻Rl與對應電極Pl的電壓檢測端口 Cl電性連接，相鄰兩電極P2、P2中，電極P3經(jīng)分壓電阻Rl與對應電極P3的電壓檢測端口 C3電性連接，在此，圖1中的電極PO、P2也可以經(jīng)分壓電阻Rl與對應電壓檢測端口電性連接。
[0027]在本實用新型的電池單體電壓均衡電路的基礎上，電池管理系統(tǒng)進行均衡電路失效檢測的方法可以為:
[0028]步驟1:電池管理系統(tǒng)上電后，控制所有電壓均衡回路上的開關管截止，進而斷開所有電壓均衡回路，并獲取動力電池包中所有電池單體的電壓，例如圖1中位于電極Pl與電極PO之間的第一電池單體的電壓等于電壓檢測端口 Cl檢測到的電壓值減去電壓檢測端口 CO檢測到的電壓值，而位于電極P2與電極Pl之間的第二電池單體的電壓等于電壓檢測端口 C2檢測到的電壓值減去電壓檢測端口 Cl檢測到的電壓值，以此類推。
[0029]步驟2:控制所有奇數(shù)通道的電壓均衡回路上的開關管導通，并控制所有偶數(shù)通道的電壓均衡回路上的開關管截止，此時，如圖2所示，連接于電極Pl與電極PO間，以及連接于電極P3與電極P2間的電壓均衡回路有電流流過分壓電阻Rl，以連接于電極Pl與電極PO間為例，電流按照圖2中箭頭方向從電極Pl流經(jīng)分壓電阻R1、電阻R2和開關管Ql回到電極PO，這就會在分壓電阻Rl上獲得一個分壓，由于該分壓的原因，在對該通道進行均衡時測試得到的第一電池單體的電壓為電阻R2及開關管Ql漏源極上的分壓，應該小于步驟I中在對應電壓均衡回路斷開時測試得到的電壓。所以電池管理系統(tǒng)可以根據(jù)在步驟I和步驟2中測試得到的奇數(shù)通道的電池單體電壓的電壓差是否大于0，判斷奇數(shù)通道的電壓均衡回路是否有效。
[0030]步驟3:控制所有偶數(shù)通道的電壓均衡回路上的開關管導通，并控制所有奇數(shù)通道的電壓均衡回路上的開關管截止，此時，如圖3所示，連接于電極P2與電極Pl間的電壓均衡回路有電流流過分壓電阻R1，電流按照圖3中箭頭方向從電極P2流經(jīng)電阻R2、開關管Ql和分壓電阻Rl回到電極P1，這就會在分壓電阻Rl上獲得一個分壓，由于該分壓的原因，在對該通道進行均衡時測試得到的第二電池單體的電壓為電阻R2及開關管Ql漏源極上的分壓，應該小于步驟I中在對應電壓均衡回路斷開時測試得到的電壓。所以電池管理系統(tǒng)可以根據(jù)在步驟I和步驟2中測試得到的偶數(shù)通道的電池單體電壓的電壓差是否大于0，判斷偶數(shù)通道的電壓均衡回路是否有效。
[0031]如果電池管理系統(tǒng)在經(jīng)過上述檢測后識別出某個通道的電壓差等于0，則可確定對應通道的電壓均衡回路失效，此時，電池管理系統(tǒng)可以通過例如是蜂鳴器及/或顯示器告知駕駛員電池單體電壓均衡電路失效及具體失效的位置，以使駕駛員及時處理，進而可以有效防止電池單體及動力電池包損壞。根據(jù)以上均衡電路失效檢測方法可知，在設計匹配分壓電阻Rl時，需要保證在開啟與不開啟對應通道的電壓均衡電路時，兩次測試得到的電壓差可以被電壓采集芯片Ul識別到，本領域技術人員可以根據(jù)電壓采集芯片Ul的模數(shù)轉換精度及電池單體的標稱電壓設計匹配該分壓電阻Rl。
[0032]由此可見，本實用新型電池單體電壓均衡電路通過將開關管和分壓電路串聯(lián)連接在相鄰兩電極之間形成電壓均衡回路，且使相鄰兩電極中至少有一個電極經(jīng)該分壓電阻與電壓采集芯片的對應電壓檢測端口電性連接的方式，使得電池管理系統(tǒng)根據(jù)電壓采集芯片Ul采集到的電壓計算得到的電池單體在對應電壓均衡回路導通時的電壓低于在對應電壓均衡回路斷開時的電壓，這樣，電池管理系統(tǒng)便可根據(jù)該特性判斷電池單體電壓均衡電路是否失效，并確定具體失效的位置。
[0033]為了降低電壓均衡回路的成本，及減少電池單體能量在電壓均衡回路I上的損失，如圖1所示，可使相鄰兩電極中只有一個電極經(jīng)分壓電阻Rl與電壓采集芯片Ul的對應電壓檢測端口電性連接，即使相鄰通道上的電壓均衡回路I共用一個分壓電阻R1。在該實施例的基礎上，優(yōu)選使動力電池包的電位最低的電極PO，即動力電池包的總負極B-，直接而非經(jīng)過分壓電阻Rl與電壓采集芯片Ul的對應電壓檢測端口 CO電性連接，這就要求例如是電極P1、電極P3的奇數(shù)序列的電極是經(jīng)分壓電阻Rl與對應電壓檢測端口電性連接，這樣可使電壓采集芯片Ul在任何情況下都能直接檢測到動力電池包的總負極B-相對基準電位的電壓，便于電池管理系統(tǒng)進行動力電池包的其他檢測。
[0034]為了提高電壓檢測芯片Ul檢測各電極電壓的穩(wěn)定性，可將動力電池包的電極分為電位最低的電極PO和其他電極P1、P2、P3，如圖1所示，并在各其他電極P1、P2、P3與電位最低的電極PO之間連接濾波電路2，該其他電極Pl、P2、P3經(jīng)對應濾波電路2與電壓采集芯片Ul的對應電壓檢測端口 Cl、C2、C3電性連接，具體為其他電極P1、P2、P3與對應濾波電路2的輸入端電性連接，電壓采集芯片Ul的電壓檢測端口 Cl、C2、C3與對應濾波電路2的輸出端電性連接；而連接于其他電極P1、P3與電壓采集芯片Ul的對應電壓檢測端口 Cl、C3之間的分壓電阻Rl具體為連接于對應其他電極P1、P3與對應濾波電路2之間。
[0035]該濾波電路為RC濾波電路，即包括串聯(lián)連接的濾波電阻R5和濾波電容Cl，其中，濾波電阻R5的自由端為RC濾波電路的輸入端，濾波電容Cl的高電位端為RC濾波電路的輸出端。
[0036]上述開關管Ql可采用N溝道場效應管或者NPN型三極管，特別是N溝通增強型場效應管，該N溝道增強型場效應管的柵極與電壓采集芯片Ul的對應控制端口電性連接，也可直接與電池管理系統(tǒng)的微控制單元的對應控制端口連接，例如，在圖1所示的實施例中，連接于電極PO與電極Pl之間的電壓均衡回路的N溝通增強型場效應管的柵極與電壓采集芯片Ul的控制端口 SWl電性連接，連接于電極Pl與電極P2之間的電壓均衡回路的N溝通增強型場效應管的柵極與電壓采集芯片Ul的控制端口 SW2電性連接，而連接于電極P2與電極P3之間的電壓均衡回路的N溝通增強型場效應管的柵極與電壓采集芯片Ul的控制端口 SW3電性連接。本領域技術人員清楚的是，該開關管Ql也可以采用其他類型的場效應管或者三極管，只需相應地改變開關管Ql的連接方式和控制信號的電平即可。
[0037]為了防止N溝道增強型場效應管Ql在電壓采集芯片Ul的對應控制端口懸空時出現(xiàn)誤動作，如圖1所示，可在N溝道增強型場效應管Ql的柵極與源極之間連接第四電阻R4，并在N溝道增強型場效應管Ql的柵極與對應控制端口之間連接第三電阻R3，以將N溝道增強型場效應管Ql的柵極的電位拉低，進而可以有效防止控制端口懸空時N溝道增強型場效應管Ql出現(xiàn)誤動作。
[0038]以上依據(jù)圖式所示的實施例詳細說明了本實用新型的構造、特征及作用效果，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，但本實用新型不以圖面所示限定實施范圍，凡是依照本實用新型的構想所作的改變，或修改為等同變化的等效實施例，仍未超出說明書與圖示所涵蓋的精神時，均應在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種動力電池包的電池單體電壓均衡電路，包括電壓采集芯片和連接于所述動力電池包的相鄰兩電極之間的電壓均衡回路，所述動力電池包的電極包括串聯(lián)形成所述動力電池包的各電池單體的正極和負極，且相鄰電池單體之間電性連接在一起的一個正極和一個負極為同一電極；所述動力電池包的電極與所述電壓采集芯片的對應電壓檢測端口電性連接；其特征在于，所述電壓均衡回路包括串聯(lián)連接在所述相鄰兩電極之間的開關管和分壓電阻，所述相鄰兩電極中至少有一個電極經(jīng)所述分壓電阻與電壓采集芯片的對應電壓檢測端口電性連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的電池單體電壓均衡電路，其特征在于，所述相鄰兩電極中只有一個電極經(jīng)所述分壓電阻與電壓采集芯片的對應電壓檢測端口電性連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的電池單體電壓均衡電路，其特征在于，所述動力電池包的電位最低的電極直接與電壓采集芯片的對應電壓檢測端口電性連接。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的電池單體電壓均衡電路，其特征在于，所述動力電池包的電極分為電位最低的電極和其他電極，各其他電極與所述電位最低的電極之間連接有濾波電路，所述其他電極經(jīng)對應濾波電路與電壓采集芯片的對應電壓檢測端口電性連接；連接于所述其他電極與所述電壓采集芯片的對應電壓檢測端口之間的分壓電阻具體為連接于對應其他電極與對應濾波電路之間。
5.根據(jù)權利要求4所述的電池單體電壓均衡電路，其特征在于，所述濾波電路為RC濾波電路。
6.根據(jù)權利要求1、2或3所述的電池單體電壓均衡電路，其特征在于，所述開關管為N溝道增強型場效應管，所述N溝道增強型場效應管的柵極與所述電壓采集芯片的對應控制端口電性連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的電池單體電壓均衡電路，其特征在于，所述N溝道增強型場效應管的柵極與源極之間連接有第四電阻，所述N溝道增強型場效應管的柵極與所述電壓采集芯片的對應控制端口之間連接有第三電阻。
【文檔編號】H02J7/00GK204243847SQ201420830281
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月23日 優(yōu)先權日:2014年12月23日
【發(fā)明者】丁更新, 周鵬, 胡有亮, 宋健, 陳武廣 申請人:安徽江淮汽車股份有限公司