電池動態(tài)實時均衡控制裝置及具有其的電動汽車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池管理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電池動態(tài)實時均衡控制裝置及具有其的電動汽車。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電動汽車的逐漸推廣和普及，電池壽命逐漸降低已經(jīng)成為影響電動汽車續(xù)航里程重要問題。分析其原因，這是因為電動汽車電池是由幾節(jié)電池并聯(lián)組成一串電池，再逐個串聯(lián)組成，串聯(lián)少至幾十串多則上百串。這就導(dǎo)致其內(nèi)部如果有一節(jié)出現(xiàn)容量降低，就會影響整車的電池可充放電的容量，最終影響續(xù)航里程。
[0003]為了使整車電池容量保持一致，就需要采用均衡技術(shù)對電池容量進行均衡?，F(xiàn)在的均衡技術(shù)主要分被動均衡和主動均衡兩種。
[0004](1)被動均衡就是通過電阻給電壓較高的一串電池進行放電，來保持整車電池電壓一致。
[0005](2)主動均衡是用電容或電感等儲能元件將能量進行轉(zhuǎn)移，或用DC/DC方式與車上的鉛酸電池進行能量轉(zhuǎn)移。
[0006]但是上述均衡方式都存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。
[0008]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種電池動態(tài)實時均衡控制裝置及具有其的電動汽車，采用自由電池和電阻與電池組并聯(lián)進行均衡，采用結(jié)合主動均衡和被動均衡為一體的均衡方式，通過開關(guān)矩陣進行切換，具有均衡方式直接，安全可靠性高和效果明顯的特點。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提供一種電池動態(tài)實時均衡控制裝置，所述電池動態(tài)實時均衡控制裝置與電池組相連，其中，所述電池組包括多個主電池箱，每個所述主電池箱包括多個單體電池，所述電池動態(tài)實時均衡控制裝置包括多個電池動態(tài)均衡單元，每個所述電池動態(tài)均衡單元與所述主電池箱--對應(yīng)相連，其中，每個所述電池動態(tài)均衡單元包括:自由電池、電阻和開關(guān)矩陣，其中，所述開關(guān)矩陣的一側(cè)與所述自由電池和所述電阻相連，所述開關(guān)矩陣的另一側(cè)與所述主電池箱相連，所述自由電池和所述電阻在所述開關(guān)矩陣的控制下，選擇性地與所述主電池箱并聯(lián)連接，所述開關(guān)矩陣在所述主電池箱充電過程中，將所述自由電池與所述主電池箱的通路閉合，控制所述自由電池與所述主電池箱并聯(lián)連接，以增加所述主電池箱的容量，對所述主電池箱進行主動均衡；所述開關(guān)矩陣在所述主電池箱放電過程中，將所述自由電池與所述主電池箱的通路閉合，控制所述自由電池與所述主電池箱并聯(lián)連接，以對所述主電池箱進行補償，對所述主電池箱進行主動均衡；所述開關(guān)矩陣在所述主電池箱充電末期，將所述自由電池與所述主電池箱的通路斷開，然后將所述電阻與所述主電池箱的通路閉合，控制所述電阻與所述主電池箱并聯(lián)連接，以對所述主電池箱或自由電池進行放電，對所述主電池箱進行被動均衡。
[0010]進一步，所述自由電池與所述單體電池的類型相同。
[0011]進一步，在充電過程中，所述自由電池在所述開關(guān)矩陣的控制下與所述主電池箱中電壓最高的單體電池并聯(lián)以同時充電；
[0012]在充電末期，所述電阻在所述開關(guān)矩陣的控制下與所述主電池箱中電壓最高的單體電池并聯(lián)以進行放電。
[0013]進一步，所述開關(guān)矩陣包括:硬開關(guān)和軟開關(guān)，其中，所述硬開關(guān)和軟開關(guān)的控制策略如下:
[0014]所述開關(guān)矩陣接通過程中，首先接通所述硬開關(guān)，然后接通所述軟開關(guān)；
[0015]所述開關(guān)矩陣斷開過程中，首先斷開所述軟開關(guān)，然后斷開所述硬開關(guān)。
[0016]進一步，所述硬開關(guān)為繼電器，所述軟開關(guān)為絕緣柵雙極型晶體管IGBT器件和/或場效應(yīng)管M0S管。
[0017]進一步，每個所述電池動態(tài)均衡單元還包括:狀態(tài)監(jiān)測模塊，所述狀態(tài)監(jiān)測模塊與所述自由電池和所述電阻相連，用于監(jiān)測所述自由電池的電池狀態(tài)和所述電阻的電阻狀
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[0018]進一步，所述電池狀態(tài)包括:所述自由電池的電壓、電流、電池溫度和電量積分值；所述電阻狀態(tài)包括:所述電阻的溫度和流經(jīng)所述電阻的電流。
[0019]進一步，所述狀態(tài)監(jiān)測模塊包括:電參數(shù)監(jiān)測單元、溫度監(jiān)測單元和電量積分器，其中，所述電參數(shù)監(jiān)測單元用于監(jiān)測所述自由電池的電壓和和電流，以及監(jiān)測流經(jīng)所述電阻的電流；所述溫度監(jiān)測單元用于監(jiān)測所述所述自由電池和所述電阻的溫度；所述電量積分器用于監(jiān)測所述自由電池的電量積分值。
[0020]進一步，相鄰兩個所述電池動態(tài)均衡單元之間通過總線連接，以在所述主電池箱之間的電壓壓差大于預(yù)設(shè)值時，通過所述總線進行主電池箱之間的電量轉(zhuǎn)移。
[0021]根據(jù)本發(fā)明實施例的電池動態(tài)實時均衡控制裝置，采用自由電池和電阻與電池組并聯(lián)進行均衡，采用結(jié)合主動均衡和被動均衡為一體的均衡方式，通過開關(guān)矩陣進行切換，具有均衡方式直接，安全可靠性高和效果明顯的特點。此外，本發(fā)明的均衡時序與采樣時序不沖突，可實現(xiàn)實時均衡。
[0022]本發(fā)明實施例還提出一種電動汽車，包括:上述實施例所述的電池動態(tài)實時均衡控制裝置，所述電池動態(tài)實時均衡控制裝置與所述電動汽車的電池組相連。
[0023]根據(jù)本發(fā)明實施例的電動汽車，采用自由電池和電阻與整車電池并聯(lián)進行均衡，采用結(jié)合主動均衡和被動均衡為一體的均衡方式，通過開關(guān)矩陣進行切換，具有均衡方式直接，安全可靠性高和效果明顯的特點。此外，本發(fā)明均衡時序與采樣時序不沖突，可實現(xiàn)實時均衡。本發(fā)明可以解決電池在使用一段時間后造成單體壓差大問題，從而提高電池一致性，提高電動汽車續(xù)航里程。另外，本發(fā)明可以提高整車電池電壓一致性，延長電池的使用壽命，增加續(xù)航里程。在更換箱體或電池時，采用電池動態(tài)實時均衡控制裝置可降低對電池電壓一致性要求。
[0024]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0025]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0026]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的電池動態(tài)實時均衡控制裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的電池動態(tài)均衡單元的結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的電池動態(tài)實時均衡控制裝置的外部示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，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，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明實施例的電池動態(tài)實時均衡控制裝置100與電池組200相連，其中，電池組200可以包括多個主電池箱20。每個主電池箱20包括多個單體電池(il?in) ο
[0031]電池動態(tài)實時均衡控制裝置100包括多個電池動態(tài)均衡單元10，每個電池動態(tài)均衡單元10可以與主電池箱20 —一對應(yīng)相連。
[0032]如圖2所示，每個電池動態(tài)均衡單元10包括:自由電池1、電阻2和開關(guān)矩陣3。
[0033]具體地，開關(guān)矩陣3的一側(cè)與自由電池1和電阻2相連，開關(guān)矩陣3的另一側(cè)與主電池箱20相連。自由電池1和電阻2可以在開關(guān)矩陣3的控制下，選擇性地與主電池箱20
并聯(lián)連接。
[0034]下面對自由電池1進行說明，自由電池1為滿足以下條件的電池，也可以稱為飛電池:
[0035]自由電池1可以在開關(guān)矩陣3的控制下，與主電池箱20內(nèi)的任一個單體電池連接。具體與哪一個單體電池連接，需要由開關(guān)矩陣3選擇控制。
[0036]在本發(fā)明的一個實施例中，自由電池1與單體電池的類型可以相同，也可以不同。
[0037]優(yōu)選的，自由電池1與單體電池的類型相同，這樣可以使得本發(fā)明的電池動態(tài)實時均衡控制裝置100的性能達到最優(yōu)狀態(tài)。
[0038]對自由電池1的容量沒有特殊要求，自由電池1的容量小則延長均衡時間，自由電池2的容量大可以縮短均衡時間。優(yōu)選的，均衡電池與被均衡電池的容量比，約為1:10-1:
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[0039]自由電池1需要滿足以下參數(shù):
[0040]標準放電電流多15Α ;標準充電電流多15Α ;內(nèi)阻彡8ι?Ω ;循環(huán)壽命D0D80%^ 1500 ;脈沖最大放電電流60A。
[0041]自由電池1需要滿足以下安全性能要求:
[0042]電池在重物沖擊、穿刺、擠壓、振動、碰撞、墜落、低壓、熱沖擊、高溫存儲、恒定濕熱、加熱、溫度循環(huán)、水浸、過充電、過放電、短路等條件或狀態(tài)下，電池應(yīng)不爆炸、不燃燒。
[0043]開關(guān)矩陣3包括硬開關(guān)和軟開關(guān)，其中，硬開關(guān)和軟開關(guān)的控制策略如下:
[0044]開關(guān)矩陣3接通過程中，首先接通硬開關(guān)，然后接通軟開關(guān)；
[0045]開關(guān)矩陣3斷開過程中，首先斷開軟開關(guān)，然后斷開硬開關(guān)。
[0046]在本發(fā)明的一個示例中，硬開關(guān)為繼電器，軟開關(guān)為絕緣柵雙極型晶體管IGBT器件和/或場效應(yīng)管MOS管。
[0047]上述對硬開關(guān)和軟開關(guān)的控制策略，避免繼電器帶電流切斷，延長繼電器的使用壽命ο
[0048]需要說明的是，控制繼電器時，需要滿足同時只允許一組閉合，如Κ1和ΚΓ這一組繼電器閉合時，則其他組不能閉合。這種控制通過硬件互斥的方式實現(xiàn)此功能。
[0049]此外，電池動態(tài)均衡單元10繼電器或M0S管失效時不應(yīng)對電池造成損壞，做到不爆炸、不燃燒。
[0050]在本發(fā)明中，電池動態(tài)均衡單元10與被均衡電池(即主電池箱20)必須具有實時、同步通訊功能。
[0051]下面對開關(guān)矩陣3對自由電池1和電阻2的切換過程進行說明。通過控制硬開關(guān)與軟開關(guān)的通斷，與自由電池1或電阻2連接進行能量的轉(zhuǎn)移或消耗。
[0052](1)充電過程
[0053]開關(guān)矩陣3在主電池箱20充電過程中，將自由電池1與主電池箱20的通路閉合，控制自由電池1與主電池箱20并聯(lián)連接，以增加主電池箱20的容量，從而實現(xiàn)對主電池箱20進行主動均衡。
[0054]具體地，當(dāng)主電池箱20容量降低時，依次接通硬開關(guān)