[发明专利]电动汽车动力电池均衡管理系统和均衡管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源汽车的电力控制技术领域，具体为一种电动汽车动力电池均衡管理系统和均衡管理方法。

背景技术

目前，新能源汽车是汽车发展研究的热点，电动汽车更为其中的重点。动力电池组是制约电动汽车产业化进程的关键部件。动力电池组存在“木桶效应”，即电池组和性能由其中最差的电池决定，因此电池组中电池的一致性是判断电池组性能优劣的关键指标之一。研究电池均衡管理系统成为解决电池组中电池不一致性的必要手段。然而，国内外电池均衡管理技术主要集中在对电池组整体的管理上，根据电池组截止电压来判断其电池充放电完成与否，只能满足电动汽车的基本要求，并不能有效解决电池不一致性所造成的不良影响。

现已出现动力电池均衡管理方法的报道，如2011年，李平和何明华在2011年第35期《电源技术》第1214-1217页上发表文章“一种锂电池组均衡电路及其控制策略设计”，该文章设计了一种能量转移型均衡电路，实现能量的双向转移，在控制策略方面，使用启发式搜索算法对能量转移路径进行规划，但是这种均衡方法实现比较复杂。其设计的能量转移型均衡电路利用电容、电感等储能元件作为能量过渡，将能量从能量高的单体转移到能量低的单体，实现电池组内能量的均衡。但是在实际的电路中匹配难度大，且电磁干扰严重，电池组内能量转移均衡难以实现。虽然通过复杂的算法查找能量均衡路径在一定程度上可以提高均衡速度和均衡效率，但是当单体数目比较多的时候，显然这种算法计算量非常大，加重MCU的负担，均衡速度会显著下降。

为了克服上述均衡方法实现比较复杂的问题，公告号为CN202127255、名称为“一种电动汽车用动力电池全均衡控制器”的实用新型专利提出的方案是依据电池的剩余电量情况，自动切换均衡模式，当剩余电量小于等于30%的时候，MCU外接主动均衡控制电路为电量最低的单体电池充电；当剩余电量大于等于70%的时候，MCU利用外接被动均衡电路选通MOS管，为电量最高的单体电池放电；当剩余电量在30%-70%之间时，MCU同时打开主动均衡电路和被动均衡电路。该专利的方案在不增加太多硬件成本的基础上，既完成了动力电池一致性的操作，也减少电能消耗。此专利虽然一定程度上降低了均衡方法的复杂性，但是实施时是以被动均衡电路为主，降低了均衡速度和均衡效率，并且采用单一变量——电池剩余电量作为均衡操作的判断条件，忽略了电池工作状态和电动汽车行驶状态对均衡操作的影响，不能充分切实地反映电池均衡情况。

发明内容

本发明的目的是设计一种电动汽车动力电池均衡管理系统，将电动汽车动力电池组中串联的单体电池分成多个相同的模块，各电池模块分别连接与之对应的电阻均衡模块和电容均衡模块进行单体电池之间的均衡，同轴多绕组DC-DC变换器连接各电池模块进行电池模块之间的均衡。微控制器连接电阻均衡模块和电容均衡模块，同轴多绕组DC-DC变换器连接电压采集比较电路，电压采集比较电路的输出端连接微控制器。微控制器经现场控制网络总线连接电池管理系统。

本发明的另一目的是设计上述电动汽车动力电池均衡管理系统的均衡管理方法，微控制器从电池管理系统获取电池组电压、电流、电池组剩余电量和单体电池电压数据，依据电池的工作状态和电动汽车的运行状况，选择相应的均衡操作判断标准；根据单体电池间电压差或电池模块间的电压差，计算均衡步长；一个均衡步长操作后，电池静置一段时间，待电池电压基本稳定后，再开始下一阶段的均衡操作。

本发明设计的电动汽车动力电池均衡管理系统，包括微控制器，本电池均衡管理系统和电池管理系统连接，电池管理系统配有获取动力电池组的当前的运行参数的检测电路。本系统电动汽车动力电池组中的单体电池按串联顺序分成M个相同的电池模块，2≤M≤40，每个电池模块中包含m个单体电池2≤m≤8。各电池模块分别连接与之对应的电阻均衡电路和电容均衡电路，同轴多绕组DC-DC变换器与各电池模块连接。

所述微控制器经现场控制网络总线(Controller Area Network,CAN)与电池管理系统连接，获取动力电池组的额定参数和当前运行参数的电池状态数据，并存储。微控制器的信号输出端经电子开关阵列分别连接各电容均衡电路和电阻均衡电路的控制端，即微控制器经电子开关阵列接通或关闭与某个电池模块对应的电容均衡电路或电阻均衡电路。微控制器的一路信号接入脉冲驱动单元，脉冲驱动单元输出的脉宽调制信号和微控制器输出的控制信号连接同轴多绕组DC-DC变换器的各控制端。

电阻均衡电路和电容均衡电路用于实现底层均衡，即电池模块内单体电池之间的均衡；同轴多绕组DC-DC变换器用于实现顶层均衡，即模块与模块之间的均衡。