新能源汽车用主动平衡式bms控制模块及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种新能源汽车用主动均衡BMS模块，包括电池电压采样电路、均衡充电电路、均衡电路使能、ECU控制电路、故障信号输出接口、DC-DC辅助电源、高压直流电路，ECU控制电路通过电池电压采样电路与电池组连接，高压直流电路与多个电池组连接，均衡充电电路通过均衡电路使能与ECU控制电路连接，且与电池组连接，ECU控制电路与均衡充电电路连接，ECU控制电路与电池信息或故障信号输出接口连接，DC-DC辅助电源与高压直流连接、ECU控制电路、均衡电路使能、均衡充电电路、电池电压采样电路连接，通过主动均衡电路维持每个电池组中每一单体电池电压的均衡，延长电池的使用寿命和增加电池使用的安全性。
【专利说明】新能源汽车用主动平衡式BMS控制模块及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新能源汽车用主动平衡式BMS智能控制模块及其控制方法。
【背景技术】
[0002]在新能源汽车中为了增加电池的使用寿命和安全性，需要保证电池组的所有单体电池电压的均衡，从而延长电池的使用寿命和增加电池工作的安全性，传统的电池组内部没有单体电池电压的均衡电路。由于电池生产工艺及使用环境的影响，电池在使用一段时间后电池组中每一单体电池容量出现差异，容量偏小的电池在长时间使用中会经常出现过充电及过放电，使其内阻增大，充放电产生的热量增多，加速了电池的损坏，最终由于电池组中某一单体电池损坏而造成整组电池的报废。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，为了延长电池组的使用寿命，避免因电池组中某一单体电池损坏而造成整组电池的报废。该发明采用主动均衡电路方式，保证每一单体电池电压的稳定，延长使用寿命和安全性，本发明提供了一种新能源汽车用主动平衡式BMS智能控制模块及其控制方法。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的:一种新能源汽车用主动均衡BMS模块，包括电池电压采样电路、均衡充电电路、均衡电路使能、ECU控制电路、电池信息或故障信号输出接口、DC-DC辅助电源、高压直流电路，所述的ECU控制电路通过电池电压采样电路与电池组连接，所述的高压直流电路与多个电池组连接，所述的均衡充电电路与电池组连接给电池组均衡充电，所述的均衡充电电路通过均衡电路使能与ECU控制电路连接控制均衡充电电路的开关，所述E⑶控制电路与均衡充电电路连接控制是否对电池组充电，所述的E⑶控制电路与电池信息或故障信号输出接口连接输出电池信息及故障信号，所述DC-DC辅助电源与高压直流连接，所述DC-DC辅助电源与ECU控制电路、均衡电路使能、均衡充电电路、电池电压采样电路连接为其提供直流电源。
[0005]所述的电池电压采样电路，用于将电池组的每一单体电池电压进行采样，通过开关管及高频脉冲变压器组成的正激开关电源方式，将每一单体电池电压经过隔离后转换为对应的直流电压，输出的直流电压送给ECU控制电路。
[0006]所述的均衡充电电路，用开关管及高频脉冲变压器组成的反激开关电源方式给单体电池充电，某一单体电池的充电由开关管控制，开关管的开启和关断由ECU控制电路控制。
[0007]所述的ECU控制电路，用于根据电池电压采样电路输出的电压值，进行判断，根据判断值对均衡电路使能电路、均衡充电电路、故障信号接口发出控制信号。
[0008]所述的均衡电路使能，用于接收ECU控制电路的使能信号从而控制均衡充电电路的开启和关断。
[0009]所述的电池信息或故障信号输出接口用于将ECU控制电路检测到的电池电压、欠压、过压、过温信号送给外部其他控制模块。
[0010]所述的DC-DC辅助电源用于将高压直流转换成各单元电路工作所需要的合适直流电压。
[0011]所述的均衡充电电路根据采样电路对每格电池电压的判断的结果，主动对某一单体电池电压低的电池充电从而维持电池组中每一单体电池电压的均衡。
[0012]进一步地，所述电池组与所述电池电压采样电路采用变压器隔离的DC-DC方式连接，将每一单体电池电压经过隔离后转换为对应的直流电压，ECU内部的A\D转换电路将输入的直流信号转换成数字信号，完成计算及控制。
[0013]进一步地，所述电池组与所述电池均衡电路采用变压器隔离的方式连接。
[0014]一种使用新能源汽车用主动均衡式BMS的控制方法，该方法包括以下步骤:
[0015]A)启动步骤，用于启动DC-DC辅助电源、ECU控制电路、电池电压采样电路，对均衡电路使能和均衡充电电路进行控制；
[0016]B)电池组电压判断步骤，用于根据采集的电池输出电压值和设定的电压值进行比较，根据比较结果大于设定值均衡电路不工作，超过最大值输出过压信号，比较结果小于设定值开启均衡充电电路，小于最小值输出欠压信号；
[0017]C)均衡充电步骤，用于对电池组中单体电池电压低的电池进行充电，通过电池电压采集电路采集的电压值和ECU控制电路的设定值比较来控制相应的均衡充电电路输出端输出；
[0018]D)使能控制步骤，用于控制均衡充电电路的开启和关断，当电池组的单体电池电压没有小于设定的电压值或者电路上电时关断均衡充电电路，当电池组中的单体电池电压存在小于设定电压值开启均衡充电电路维持电池组每格电池电压的均衡；
[0019]E) ECU控制步骤，用于控制各单元电路的工作，首先输出方波信号开启电池电压采样电路，根据采集回来的电池电压值与设定值进行比较控制均衡电路使能、均衡充电电路的工作，如果采集的电压值超过设定的最大值或者最小值，控制电池信息或故障信号输出接口电路输出相对应的故障信号或直接输出电池信息。
[0020]本发明与现有技术相比具有以下的优点:通过主动均衡电路维持每个电池组当中每一单体电池电压的均衡，延长电池的使用寿命和增加电池使用的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明新能源汽车用主动平衡式BMS控制模块的原理框图；
[0022]图2为本发明新能源汽车用主动平衡式BMS控制模块流程图。
[0023]图3为电池电压采样电路的电路图。
[0024]图4为电池电压均衡充电电路的电路图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026]请参阅图1，图1为本发明新能源汽车用主动平衡式BMS控制模块的原理框图。[0027]所述新能源汽车用主动均衡BMS模块，包括电池电压采样电路6、均衡充电电路5、均衡电路使能7、ECU控制电路8、电池信息或故障信号输出接口 9、DC-DC辅助电源4、高压直流电路3，所述的ECU控制电路8通过电池电压采样电路6与电池组I连接，所述的高压直流电路3与多个电池组2连接，所述的均衡充电电路5与电池组I连接给电池组I均衡充电，所述的均衡充电电路5通过均衡电路使能7与ECU控制电路8连接控制均衡充电电路5的开关，所述E⑶控制电路8与均衡充电电路5连接控制是否对电池组I充电，所述的ECU控制电路8与电池信息或故障信号输出接口 9连接输出电池信息及故障信号，所述DC-DC辅助电源4与高压直流电路3连接，所述DC-DC辅助电源4与E⑶控制电路8、均衡电路使能7、均衡充电电路5、电池电压采样电路6连接为其提供直流电源。
[0028]所述的电池电压采样电路6，用于将电池组I的每一单体电池电压进行采样，通过开关管及高频脉冲变压器组成的正激开关电源方式，将每一单体电池电压经过隔离后转换为对应的直流电压，输出的直流电压送给ECU控制电路8。
[0029]所述的均衡充电电路5，用反激电源做充电器给电池组I充电，输出端用开关管控制输出的开启和关断，开关管的开启和关段由ECU控制电路8控制。
[0030]所述的ECU控制电路8，用于根据电池电压采样电路6输出的电压值，进行判断，根据判断值对均衡电路使能7、均衡充电电路5、电池信息或故障信号接口 9发出控制信号。
[0031]所述的均衡电路使能7，用于接收ECU控制电路8的使能信号从而控制均衡充电电路5的开启和关断。
[0032]所述的电池信息或故障信号输出接口 9用于将ECU控制电路8检测到的电池电压、欠压、过压、过温信号送给外部其他控制模块。
[0033]所述的DC-DC辅助电源4用于将高压直流转换成各单元电路工作所需要的合适直流电压。
[0034]所述的均衡充电电路5根据采样电路对每一单体电池电压的判断的结果，主动对单体电池电压低的电池充电从而维持电池组I中每一单体电池电压的均衡。
[0035]所述电池组I与所述电池电压采样电路6采用变压器隔离的方式连接，通过开关管及高频脉冲变压器组成的正激开关电源方式，将每一单体电池电压经过隔离后转换为对应的直流电压，输出的直流电压送给ECU控制电路8，ECU内部的A\D转换电路将输入的直流信号转换成数字信号，完成计算及控制。
[0036]所述电池组I与所述电池均衡充电电路采用变压器隔离的方式连接
[0037]—种使用新能源汽车用主动均衡式BMS的控制方法，该方法包括以下步骤:
[0038]A)启动步骤，用于启动DC-DC辅助电源、ECU控制电路、电池电压采样电路，对均衡电路使能和均衡充电电路进行控制；
[0039]B)电池组电压判断步骤，用于根据采集的电池输出电压值和设定的电压值进行比较，根据比较结果大于设定值均衡电路不工作，超过最大值输出过压信号，比较结果小于设定值开启均衡充电电路，小于最小值输出欠压信号或直接输出电池信息；
[0040]C)均衡充电步骤，用于对电池组中某一单体电池电压低的电池进行充电，通过电池电压采集电路采集的电压值和ECU控制电路的设定值比较来控制相应的均衡充电电路输出端输出；
[0041]D)使能控制步骤，用于控制均衡充电电路的开启和关断，当电池组的某一单体电池电压没有小于设定的电压值或者电路上电时关断均衡充电电路，当电池组中的某一单体电池电压存在小于设定电压值开启均衡充电电路维持电池组某一单体电池电压的均衡；
[0042]E)ECU控制步骤，用于控制各单元电路的工作，首先输出方波信号开启电池电压采样电路，根据采集回来的电池电压值与设定值进行比较控制均衡电路使能、均衡充电电路的工作，如果采集的电压值超过设定的最大值或者最小值，控制电池信息或故障信号输出接口电路输出相对应的故障信号或直接输出电池信息。
[0043]请参阅图2，图2为本发明新能源汽车用主动平衡式BMS控制模块流程图。
[0044]其流程大致包括以下几个步骤；
[0045]在步骤100，流程开始；
[0046]在步骤101，设置6路PWM输出、频率lOOKhz、占空比50%，流程进入步骤102 ；
[0047]在步骤102，定时ImS循环检测6路电池输出电压并记住当前电池序号和电压，输出电池信息，流程进入步骤103 ；
[0048]在步骤103，判断当前电池是否处于欠压状态，判断结果为否，流程进入步骤105 ；判断结果为是，流程进入步骤104 ；
[0049]在步骤104，E⑶输出欠压状态，进入步骤105 ；
[0050]在步骤105，判断当前电池是否处于过压状态，判断结果为否，流程进入步骤107，判断结果为是，进入步骤106;
[0051]在步骤106，E⑶输出过压状态，进入步骤107 ；
[0052]在步骤107，数据排序、查出最高与最低电池电压和序号，进入步骤108 ；
[0053]在步骤108，采样电池电压值小于设定值1，判断结果为是，流程进入步骤109，判断结果为否，进入步骤111;
[0054]在步骤109，控制均衡电路使能，让均衡电路工作，进入步骤110 ；
[0055]在步骤110，让最低电压的电池开关打开，对最低电压电池充电，返回步骤102 ；
[0056]在步骤111，采样电池电压值大于设定值2，判断结果为否，返回步骤102，判断结果为是，进入步骤112;
[0057]在步骤112，单格电池电压已经充满达到均衡状态，关闭对应的均衡电路输出，流程返回到步骤102。
[0058]请参阅图3，并结合图1，图3为电池电压采样电路的电路图。
[0059]本电池电压采样电路包括隔离变压器Tl，6个开关管和相关的整流滤波元件组成,通过ECU控制电路输出六路循环PWM信号，循环检测电池组中每一单体电池的电压，通过变压器Tl的隔离和整流滤波之后送给ECU控制电路。
[0060]请参阅图4，并结合图1和图2，图4为电池电压均衡充电电路的电路图。
[0061]所述均衡充电电路包括隔离变压器Τ2，7个开关管和相应的整流滤波元件组成，ECU控制电路通过均衡使能电路控制开关管Ql的使能从而控制均衡充电电路的是否工作，均衡充电电路通过隔离变压器Τ2对每一单体电池进行充电。
[0062]E⑶控制电路通过输出六路开关信号bl、b2、b3、b4、b5、b6，控制对相应的单体电池是否充电，若其中一个或几个单体电池电压低于设定值I时就分别打开相应的开关管对其充电，当电池电压高于设定值2时就关断相应的开关管停止充电，从而实现电池组每一单体电池电压的均衡。[0063]综上所述，本发明与现有技术相比具有以下的优点:通过主动均衡电路维持每个电池组当中每一单体电池电压的均衡，延长电池的使用寿命和增加电池使用的安全性。
[0064]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种新能源汽车用主动均衡BMS模块，其特征在于，主要包括电池电压采样电路、均衡充电电路、均衡电路使能、ECU控制电路、电池信息或故障信号输出接口、DC-DC辅助电源、高压直流电路，所述ECU控制电路通过电池电压采样电路与电池组连接，所述高压直流电路与多个电池组连接，所述均衡充电电路与电池组连接，所述均衡充电电路通过均衡电路使能与ECU控制电路连接，所述ECU控制电路与均衡充电电路连接，所述的ECU控制电路与电池信息或故障信号输出接口连接，所述DC-DC辅助电源与高压直流连接，所述DC-DC辅助电源与ECU控制电路、均衡电路使能、均衡充电电路、电池电压采样电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用主动均衡BMS模块，其特征在于:所述电池组与所述电池电压采样电路采用变压器隔离的方式连接。
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用主动均衡BMS模块，其特征在于:所述电池组与所述电池均衡充电电路采用变压器隔离的方式连接。
4.一种使用新能源汽车用主动均衡式BMS的控制方法，包括以下步骤: A)启动步骤，用于启动DC-DC辅助电源、ECU控制电路、电池电压采样电路，对均衡电路使能和均衡充电电路进行控制； B)电池组电压判断步骤，用于根据采集的电池输出电压值和设定的电压值进行比较，根据比较结果大于设定值均衡电路不工作，超过最大值输出过压信号，比较结果小于设定值开启均衡充电电路，小于最小值输出欠压信号或直接输出电池信息； C)均衡充电步骤，用于对电池组中单体电池电压低的电池进行充电，通过电池电压采集电路采集的电压值和ECU控制电路的设定值比较来控制相应的均衡充电电路输出端输出； D)使能控制步骤，用于控制均衡充电电路的开启和关断，当电池组的单体电池电压没有小于设定的电压值或者电路上电时关断均衡充电电路，当电池组中的某一单体电池电压存在小于设定电压值开启均衡充电电路维持电池组每一单体电池电压的均衡； E)ECU控制步骤，用于控制各单元电路的工作，首先输出方波信号开启电池电压采样电路，根据采集的每一单体电池电压值与设定值进行比较控制均衡电路使能、均衡充电电路的工作，如果采集的电压值超过设定的最大值或者最小值，控制电池信息或故障信号输出接口电路输出相对应的故障信号或直接输出电池信息。
【文档编号】H02J7/00GK103812153SQ201210448345
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月12日 优先权日:2012年11月12日
【发明者】杨振军, 潘三博, 许启卫, 李森贵, 胡菲菲 申请人:芜湖宏宇汽车电子有限责任公司