全文摘要
本实用新型公开了一种动力电池分布式主动均衡电路、动力电池系统及电动汽车，该电路包括数据采集模块、开关阵列模块、多个均衡模块以及多个超级电容模块；其中，数据采集模块用于采集每个动力电池单元的电压信息；每个均衡模块分别与一个动力电池单元相对应，且每个均衡模块通过通讯总线与数据采集模块通信连接，以获取每个动力电池单元的电压信息；开关阵列模块设置在均衡模块与超级电容模块之间，均衡模块根据数据采集模块采集的电压信息，控制开关阵列模块的开关状态，以构成相应动力电池单元与超级电容模块进行电量转移的回路，并使该动力电池单元与超级电容模块进行电量转移。即使其中任一均衡模块发生故障，其他模块仍能正常工作，从而稳定地维持电池单元之间的均衡，提高电池系统的寿命。
主设计要求
1.一种动力电池分布式主动均衡电路，其特征在于，包括：数据采集模块、开关阵列模块、多个均衡模块以及多个超级电容模块；其中，所述数据采集模块用于采集每个动力电池单元的电压信息；每个所述均衡模块分别与一个动力电池单元相对应，且每个所述均衡模块通过通讯总线与所述数据采集模块通信连接，以获取每个动力电池单元的电压信息；所述开关阵列模块设置在所述均衡模块与所述超级电容模块之间，所述均衡模块用于根据所述数据采集模块采集的电压信息，控制所述开关阵列模块的开关状态，以构成相应动力电池单元与所述超级电容模块进行电量转移的回路，并控制该动力电池单元与所述超级电容模块进行电量转移。
设计方案
1.一种动力电池分布式主动均衡电路，其特征在于，包括：数据采集模块、开关阵列模块、多个均衡模块以及多个超级电容模块；其中，
所述数据采集模块用于采集每个动力电池单元的电压信息；
每个所述均衡模块分别与一个动力电池单元相对应，且每个所述均衡模块通过通讯总线与所述数据采集模块通信连接，以获取每个动力电池单元的电压信息；
所述开关阵列模块设置在所述均衡模块与所述超级电容模块之间，所述均衡模块用于根据所述数据采集模块采集的电压信息，控制所述开关阵列模块的开关状态，以构成相应动力电池单元与所述超级电容模块进行电量转移的回路，并控制该动力电池单元与所述超级电容模块进行电量转移。
2.如权利要求1所述的动力电池分布式主动均衡电路，其特征在于，所述均衡模块包括控制器和DC\/DC变换器；其中，所述控制器用于控制所述DC\/DC变换器的工作状态和所述开关阵列模块的开关状态。
3.如权利要求2所述的动力电池分布式主动均衡电路，其特征在于，所述DC\/DC变换器为双向DC\/DC变换器。
4.如权利要求2所述的动力电池分布式主动均衡电路，其特征在于，所述通讯总线为CAN总线。
5.如权利要求1所述的动力电池分布式主动均衡电路，其特征在于，所述开关阵列模块由多个MOSFET开关管构成。
6.如权利要求1所述的动力电池分布式主动均衡电路，其特征在于，还包括多输入或门电路；其中，每个所述均衡模块分别与所述多输入或门电路的输入端连接，所述多输入或门电路的输出端与所述开关阵列模块的控制端连接。
7.如权利要求1～6任一项所述的动力电池分布式主动均衡电路，其特征在于，所述超级电容模块的数量为两个。
8.一种动力电池系统，其特征在于，包括如权利要求1～7任一项所述的动力电池分布式主动均衡电路。
9.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求8所述的动力电池系统。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于动力电池领域，具体涉及一种动力电池分布式主动均衡电路。
背景技术
随着电动汽车的迅速发展，动力电池作为电动汽车的关键技术之一，其使用寿命和续航里程至关重要，而使用寿命和续航里程跟动力电池在使用过程中的一致性程度密切相关。为了保持动力电池的一致性，不仅需要对每个动力电池模组内部进行单体电池的电压均衡，还需要对动力电池模组之间进行电压均衡。
目前，电池均衡分为被动均衡和主动均衡；其中，被动均衡是将电压高的电芯短接电阻，将多余的能量消耗掉，而主动均衡则是将电压高的电芯的电量转移到电压低的电芯上。虽然被动均衡成本低，实现容易，但采用消耗能量的方式，将更加限制电动车续航里程。主动均衡电能损耗小(损耗只是变压器线圈损耗，占比小)，且均衡电流可以设计达到10A级别，均衡效率高，但主动均衡的结构复杂，故障率较高。因此，需要提出一种结构简单，故障率较低的动力电池主动均衡方案。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于：提供一种结构简单，故障率较低的动力电池分布式主动均衡电路。
一种动力电池分布式主动均衡电路，其包括：数据采集模块、开关阵列模块、多个均衡模块以及至少多个超级电容模块；其中，
所述数据采集模块用于采集每个动力电池单元的电压信息；
每个所述均衡模块分别与一个动力电池单元相对应，且每个所述均衡模块通过通讯总线与所述数据采集模块通信连接，以获取每个动力电池单元的电压信息；
所述开关阵列模块设置在所述均衡模块与所述超级电容模块之间，所述均衡模块用于根据所述数据采集模块采集的电压信息，控制所述开关阵列模块的开关状态，以构成相应动力电池单元与所述超级电容模块进行电量转移的回路，并控制该动力电池单元与所述超级电容模块进行电量转移。
根据一种具体的实施方式，本实用新型的动力电池分布式主动均衡电路中，所述均衡模块包括控制器和DC\/DC变换器；其中，所述控制器用于控制所述DC\/DC变换器的工作状态和所述开关阵列模块的开关状态。
进一步地，所述DC\/DC变换器为双向DC\/DC变换器，所述通讯总线为CAN总线。
根据一种具体的实施方式，本实用新型的动力电池分布式主动均衡电路中，所述开关阵列模块由多个MOSFET开关管构成。
根据一种具体的实施方式，本实用新型的动力电池分布式主动均衡电路还包括多输入或门电路；其中，每个所述均衡模块分别与所述多输入或门电路的输入端连接，所述多输入或门电路的输出端与所述开关阵列模块的控制端连接。
根据一种具体的实施方式，本实用新型的动力电池分布式主动均衡电路中，所述超级电容模块的数量为两个，尤其，在工作时，一个用于对动力电池单元充电，另一个用于存储动力电池单元释放的电能，能够有效地提高均衡效率。
本实用新型还提供一种动力电池系统，该动力电池系统包括本实用新型的动力电池分布式主动均衡电路，以实现对动力电池的均衡，提高动力电池单体之间、动力电池模组之间的一致性，即提高动力电池系统的使用寿命。
本实用新型还提供一种电动汽车，该电动汽车包括本实用新型的动力电池系统，由于动力电池单体之间、动力电池模组之间的一致性较高，能够进一步提高电动汽车的续航里程。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
本实用新型的动力电池分布式主动均衡电路包括数据采集模块、开关阵列模块、多个均衡模块以及至少多个超级电容模块；其中，数据采集模块用于采集每个动力电池单元的电压信息；每个均衡模块分别与一个动力电池单元相对应，且每个均衡模块通过通讯总线与数据采集模块通信连接，以获取每个动力电池单元的电压信息；开关阵列模块设置在均衡模块与超级电容模块之间，均衡模块根据数据采集模块采集的电压信息，控制开关阵列模块的开关状态，以构成相应动力电池单元与超级电容模块进行电量转移的回路，并使该动力电池单元与超级电容模块进行电量转移。因此，本实用新型采用多个均衡模块相互独立地控制形成多个电量转移回路，即使其中任一均衡模块发生故障，其他模块仍能正常工作，从而稳定地维持电池单元之间的均衡，提高电池系统的寿命。
附图说明
图1为本实用新型动力电池分布式主动均衡电路的结构示意图；
图2为本实用新型DC\/DC变换器的电路结构示意图；
图3为本实用新型动力电池分布式主动均衡电路的第一实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
如图1所示，本实用新型动力电池分布式主动均衡电路包括数据采集模块、开关阵列模块、三个均衡模块以及两个超级电容。均衡模块和超级电容模块的数量根据动力电池中需要均衡的电池单元的数量进行调整。本实施例中，在工作时，一个用于对动力电池单元充电，另一个用于存储动力电池单元释放的电能，能够有效地提高均衡效率。
其中，数据采集模块通过连接动力电池单元1、动力电池单元2和动力电池单元3上具有的电压监测电路，以采集动力电池单元1、动力电池单元2和动力电池单元3的电压信息。在实施时，动力电池单元为单体电池或者多个单体电池构成的电池模组，而且，无论是单体电池还是电池模组均会配置相应的电压检测电路。本实用新型中，数据采集模块可采用工业级数据采集卡，也可通过模数转换电路、光电耦合隔离电路和单片机等硬件组合来实现数据采集功能。
其中，均衡模块1与动力电池单元1相对应、均衡模块2与动力电池单元2相对应，均衡模块3与动力电池单元3相对应，且每个均衡模块通过通讯总线与数据采集模块通信连接，以获取每个动力电池单元的电压信息。
开关阵列模块设置在均衡模块与超级电容模块之间，均衡模块根据数据采集模块采集的电压信息，控制开关阵列模块的开关状态，从而构成该均衡模块对应的动力电池单元与超级电容模块进行电量转移的回路，即均衡模块能够实现电量转移回路的选择，以及超级电容模块的选择。
具体的，均衡模块包括控制器和DC\/DC变换器；其中，控制器用于控制DC\/DC变换器的工作状态和开关阵列模块的开关状态。
本实用新型中，开关阵列模块由多个MOSFET开关管构成，具体MOSFET开关管的数量由需要控制导通的电量转移回路数决定。当然，本实用新型中的开关阵列模块也可采用多路开关阵列芯片。
如图2所示，DC\/DC变换器为双向DC\/DC变换器，均衡模块中的控制器通过控制双向DC\/DC变换器中变压器两侧的开关管的状态，以控制双向DC\/DC变换器工作在BOOST模式，能量从C1流向C2，实现升压功能，或工作在BUCK模式，能量从C2流向C1，实现降压功能。
在本实用新型中，控制器采用ARM处理器、DSP处理器等集成器件来实现相应的控制功能，同时，控制器还需要具有CAN总线通信电路的外围电路，同时能够输出模块开关信号，以控制双向DC\/DC变换器中开关管和开关阵列模块的开关状态。
尤其，本实用新型的控制器采用的均衡策略均是现有技术。比如，动力电池单元1、动力电池单元2和动力电池单元3之间的电压偏差超过设定阈值，且动力电池单元1的电压偏高，动力电池单元3的电压偏低，此时，主控制器控制开关阵列模块的导通状态，使超级电容模块1与动力电池单元1构成电量转移回路，超级电容模块2与动力电池单元3构成电量转移回路，且动力电池单元1对超级电容模块1进行充电，存储动力电池单元1释放的电能，超级电容模块2对动力电池单元3进行充电，从而实现对动力电池单元1、动力电池单元2和动力电池单元3的均衡控制。
由于本实用新型中的控制器均采用同一均衡策略，即使其中任一均衡模块发生故障，其他模块仍能正常工作，从而稳定地维持电池单元之间的均衡，提高电池系统的寿命。
如图3所示，本实用新型动力电池分布式主动均衡电路还包括多输入或门电路；其中，每个均衡模块分别与多输入或门电路的输入端连接，多输入或门电路的输出端与开关阵列模块的控制端连接，使所有均衡模块均能控制开关阵列模块的开关状态。因此，至少有一个均衡模块正常工作，其仍能对电池单元进行均衡。在实施时，本实用新型中的多输入或门电路采用能够实现多输入或门功能的IC器件。
本实用新型的动力电池分布式主动均衡电路应用在动力电池系统中，能够实现电池单体和\/或电池模组主动均衡，以提高对动力电池的均衡，提高动力电池单体之间、动力电池模组之间的一致性，即提高动力电池系统的使用寿命。同时，采用该动力电池系统的电动汽车，由于该动力电池系统中动力电池单体之间、动力电池模组之间的一致性较高，能够进一步提高电动汽车的续航里程。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201921163912.5
申请日:2019-07-23
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:51(四川)
授权编号:CN209454593U
授权时间:20191001
主分类号:B60L 58/18
专利分类号:B60L58/18;B60L58/22
范畴分类:32B;37C;
申请人:西华师范大学
第一申请人:西华师范大学
申请人地址:637000 四川省南充市顺庆区师大路1号
发明人:黄军
第一发明人:黄军
当前权利人:西华师范大学
代理人:李正
代理机构:51250
代理机构编号:成都蓉域智慧知识产权代理事务所(普通合伙)
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计