[发明专利]用于电动车锂电池组的数据采集和能量均衡控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电动车锂电池组的数据采集和能量均衡控制装置及方法。

背景技术

能源危机和环境污染是当今世界各国面临的两大难题。电动汽车具有节能、环保的优点，成为未来汽车发展的必然趋势。动力电池组是制约电动汽车产业化进程的关键零部件，锂电池具有稳定的安全性能和高容量等特点，被广泛应用于电动汽车中。

由于电动车锂电池组(通常简称为动力电池组)通常是由几十个乃至上百个单体电池组成，而电池组内各单体电池的充电接受能力、自放电率及容量衰减速率存在差异，导致电池组内各单体电池的荷电量差距越来越大，呈发散趋势，容易加大电池组内部电池离散性，造成个别电池性能衰减加剧，从而导致整组电池失效。所以每一个单体电池的工作状态对整个电池组都有很大影响。

实践表明，在电动汽车运行过程中，如不及时检测，找出电压过低电池进行切换和充电调整，电池组的容量将变小，电池寿命将缩短，影响整个电池组的安全运行。

对锂电池组电流和电压采集现在大多数据采集系统采用巡回采集每节单体电池电压值的方法，用一套采集电路分时采集各个单体电池，将每个单体电池的电压信号引入采集设备，采用多通道切换的技术，即通过开关器件或者继电器依次选通单体电池进行直接测量(参见图2)。开关切换动态地改变了参考点，保证每次测量都是一个单体电池的端电压，然而开关的动态变换范围有一定的限制性，容易产生系统测量误差。

为了及时检测单体电池的工作状态，作为锂电池组的一致性测试指标和方法的基础，快速、精准且同步性高的电池数据采集至关重要。

采用均衡控制策略解决由于某几节单体电池本身特性导致串联电池组整体容量降低的问题，即对容量偏低的电池进行补电，从而提高整组电池容量。传统的均衡控制方法是对每个电池单元都设置一个开关连接到一个负载电阻，这种被动电路可以对个别被选中的单元放电。但该方法只适用于在充电模式下抑制最强电池单元的电压攀升。为限制功耗，此类电路一般只允许以100mA左右的小电流放电，从而导致充电平衡耗时间较长，并有能量的消耗，产生大量的热，效率较低。

为了满足电源的长寿命要求，需要采用一种新的电池均衡技术，使其具有能量浪费少，充电效率高，均衡性好等特点。

发明内容

本发明的目的在于提供用于电动车锂电池组的数据采集和能量均衡控制装置及方法，该装置同步采集锂电池组中单体电池的充放电电流及电压，保证数据的一致性；利用制动发电充电控制系统，在线修复过放电的单体电池，使电池组尽快进入系统运行，克服现有技术中电池均衡技术存在的问题与不足。

一种用于电动车锂电池组的数据采集和能量均衡控制装置，包括数据采集模块、能量均衡模块、通道选择电路、通信模块及控制模块；

充电电池模块与能量均衡控制模块均与通道选择电路的输入端相连，通道选择电路的多个输出端分别与锂电池组包含的多个单体电池相连；数据采集模块的输入端与锂电池组相连，输出端通过通信总线与通信模块相连，通信模块与控制模块相连，控制模块与能量均衡模块相连，控制模块与通道选择电路的通道选择输入控制端相连；

所述数据采集模块包括N个单体电池监测单元，每个单体监测单元与一个单体电池相连，用于实时采集单体电池的电压、电流及温度，N为大于或等于1的整数；

还包括与控制模块相连的报警单元。

所述能量均衡模块包括PWM控制器、隔离驱动电路、D/A电路、电动车制动发电单元、DC/DC斩波电路及蓄能单元，所述电动车制动发电单元、蓄能单元、DC/DC斩波电路及通道选择电路依次相连，D/A电路、PWM控制器和隔离驱动电路依次相连，隔离驱动电路驱动DC/DC斩波电路；D/A电路的输入端与控制模块的输出端相连；

所述控制模块与PWM控制器的充电强度使能端相连，控制模块通过D/A电路与PWM控制器的脉冲宽度调节信号接收端相连；

所述单体电池监测单元包括电压比较电路、电流变送电路、光耦隔离放大电路、滤波电路及电池监控芯片；电压比较电路与电流变送电路并联，一端与单体电池连接，另一端与光耦隔离放大电路连接；光耦隔离放大电路、滤波电路、电池监控芯片及通信模块依次相连。

DC/DC隔离电源与所述电池监控芯片相连。

所述电池监控芯片为DS2348。

一种用于电动汽车锂电池组的数据采集和能量均衡控制方法，采用所述用于电动汽车锂电池组的数据采集和能量均衡控制装置，具体步骤如下：