电动汽车的被动均衡电路及其均衡方法和失效检测方法与流程

本发明涉及电池管理系统技术，尤其涉及电动汽车的被动均衡电路及其均衡方法和失效检测方法。

背景技术：

目前电池管理系统对电池的均衡操作主要有主动均衡和被动均衡两种方式。主动均衡电流大、损耗小，但其体积大、电路复杂、成本高，不利于当前电池管理系统小型化、集成化的发展趋势。被动均衡因其体积小、成本低而广泛应用于电动汽车。当前一般采用旁路电阻耗能加开关控制的被动均衡方式对电池组进行均衡，但是这种均衡方式存在潜在失效的风险，被动均衡电路失效后，将使电池不断放电，一段时间后将会对电池造成不可逆的过放电而损坏。因此诊断被动均衡电路失效成为亟待解决的问题。

现有技术的被动均衡电路中，需要为每个单体电池都设置一路均衡电阻、均衡控制开关及均衡失效诊断电路，器件多、体积大、成本高；此外，均衡控制开关一般选用n沟道场效应管，由于其耐压低，在电动汽车的严苛应用环境下，容易因为过压击穿导致均衡电路失效；并且，被动均衡电路均衡开关与电压采集电路采集开关独立，不利于提高集成度和降低成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出电动汽车的被动均衡电路及其均衡方法和失效检测方法，一方面能够对电动汽车的电池进行被动均衡，减小单体电池之间的差异；另一方面能够快速检测被动均衡电路是否失效，提高电池管理系统的可靠性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种电动汽车的被动均衡电路，包括：多个串联并依次编号的单体电池、多个开关、均衡单元、电压采集单元和处理单元；

每个单体电池的两端分别连接一个开关，并通过所述开关与均衡单元连接形成均衡回路；

其中，每个奇数编号的单体电池的负极通过一个所述开关连接所述均衡单元的第一端，正极通过一个所述开关连接所述均衡单元的第二端；每个偶数编号的单体电池的正极通过一个所述开关连接所述均衡单元的第一端，负极通过一个所述开关连接所述均衡单元的第二端；

所述电压采集单元与所述均衡单元并联，用于采集所述单体电池的电压；

所述处理单元用于控制所述开关闭合，并判断所述单体电池是否需要均衡，以及控制所述均衡回路导通，以使所述均衡单元对需要均衡的所述单体电池进行放电，还用于判断所述均衡单元是否失效。

其中，所述均衡单元包括：

串联的均衡开关和均衡电阻。

进一步的，所述被动均衡电路还包括：多个保险丝组成的保护单元；

所述保险丝连接在所述单体电池与所述开关之间。

其中，所述开关为耐压不小于150伏的光继电器；

所述均衡开关为导通阻抗低于1欧姆的光继电器。

第二方面，本发明提供一种被动均衡电路的均衡方法，包括：

采用上述的被动均衡电路；

获取所有单体电池的电压，判断出需要进行均衡的单体电池；

导通所述单体电池的均衡回路，对所述单体电池进行放电；

其中，获取所有单体电池的电压，包括：针对每个单体电池，闭合单体电池两端的开关；采集所述单体电池的电压；断开所述单体电池两端的开关。

其中，对所述单体电池进行放电，包括：

计算所述单体电池达到均衡需要放电的放电量；

根据均衡电流和所述放电量计算所述单体电池达到均衡需要放电的均衡时间；

按照所述均衡时间对所述单体电池进行放电；

其中，所述均衡电流＝单体电池的电压/均衡回路的阻抗；

所述均衡回路的阻抗约为两个所述开关的导通阻抗与所述均衡电阻的阻值之和。

第三方面，本发明提供一种被动均衡电路的失效检测方法，包括：

采用上述的被动均衡电路；

闭合单体电池两端的开关；

断开所述均衡开关，采集所述单体电池的第一电压；

闭合所述均衡开关，采集所述单体电池的第二电压；

断开所述单体电池两端的所述开关；

若所述第一电压与所述第二电压的差值的绝对值小于等于第一预设阈值，则确定所述均衡开关失效。

进一步的，采集所述单体电池的第二电压之后，还包括：

若所述第二电压小于等于第二预设阈值，则确定所述单体电池断线。

进一步的，确定所述均衡开关失效之后，还包括：

发出故障提示信息。

进一步的，控制所述均衡开关闭合之后，还包括：

若多个单体电池短路，则在短路的单体电池中，确定距离当前检测的单体电池最远的单体电池，判定所述最远的单体电池两端的所述开关失效；

断开与所述最远的单体电池连接的所述保险丝。

本发明的有益效果为：

本发明提供的被动均衡电路及其均衡方法，能够对电动汽车的电池进行被动均衡，减小单体电池之间的差异，由于多个电池复用均衡单元，且相邻电池共用开关，能够降低电池管理系统的硬件成本、减小体积、提高集成度；失效检测方法能够快速检测被动均衡电路是否失效，提高电池管理系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的电动汽车的被动均衡电路的示意图；

图2是本发明实施例二提供的被动均衡电路的均衡方法的流程图；

图3是本发明实施例三提供的被动均衡电路的失效检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

本实施例提供一种电动汽车的被动均衡电路，用于实现电动汽车电池组中各单体电池的电量均衡。

图1是本发明实施例一提供的电动汽车的被动均衡电路的示意图。如图1所示，所述被动均衡电路包括：多个串联并依次编号的单体电池bt1～btn、多个开关k1～kn+1(n≥2)、均衡单元11、电压采集单元12和处理单元13。

每个单体电池的两端分别连接一个开关，并通过所述开关与均衡单元11连接形成均衡回路。相邻两个单体电池之间的开关复用。所述开关为耐高压的电子开关，优选为耐压不小于150伏的光继电器。

其中，每个奇数编号的单体电池(bt1、bt3、bt5等)的负极通过一个所述开关连接所述均衡单元11的第一端，正极通过一个所述开关连接所述均衡单元11的第二端；每个偶数编号的单体电池(bt2、bt4、bt6等)的正极通过一个所述开关连接所述均衡单元11的第一端，负极通过一个所述开关连接所述均衡单元11的第二端。

所述电压采集单元12与所述均衡单元11并联，用于采集所述单体电池的电压。按照上述的均衡单元11与各单体电池的连接方式，所述电压采集单元12与各单体电池连接，为精简电路，所述电压采集单元12与所述均衡单元11并联即可。

所述处理单元13用于控制所述开关闭合，并判断所述单体电池是否需要均衡，以及控制所述均衡回路导通，以使所述均衡单元11对需要均衡的所述单体电池进行放电，还用于判断所述均衡单元11是否失效。

其中，所述均衡单元11包括：串联的均衡开关q1和均衡电阻r1。判断所述均衡单元11是否失效主要是判断均衡开关q1是否能按照处理单元13的控制指令断开或闭合。所述均衡开关为低导通阻抗的光继电器，导通阻抗低于1欧姆。

进一步的，所述被动均衡电路还包括：多个保险丝组成的保护单元14；所述保险丝连接在所述单体电池与所述开关之间。

本实施例中，通过复用开关，节省了开关的数量，且耐高压的电子开关即使在电动汽车的严苛应用环境下也能很好的降低均衡开关被击穿的风险，均衡回路中一共串联了3个开关，能有效避免单一电子开关失效导致单体电池被放空的风险。同时，通过复用均衡单元，使元器件进一步减少，有利于降低成本，缩小体积及提高集成度。

实施例二

本实施例提供一种被动均衡电路的均衡方法，采用上述的被动均衡电路实现，能够保持各单体电池的电量均衡。

图2是本发明实施例二提供的被动均衡电路的均衡方法的流程图。如图2所示，所述均衡方法包括如下步骤：

s21，获取所有单体电池的电压，判断出需要进行均衡的单体电池。

针对每个单体电池，闭合单体电池两端的开关，采集所述单体电池的电压，断开所述单体电池两端的开关。

例如，闭合k1和k2，采集bt1的电压，断开k1和k2；闭合k2和k3，采集bt2的电压，断开k2和k3；每次只能采集一个单体电池的电压，依次采集所有单体电池的电压。

s22，导通所述单体电池的均衡回路，对所述单体电池进行放电。

计算所述单体电池达到均衡需要放电的放电量；根据均衡电流和所述放电量计算所述单体电池达到均衡需要放电的均衡时间；按照所述均衡时间对所述单体电池进行放电。

其中，所述均衡电流＝单体电池的电压/均衡回路的阻抗；所述均衡回路的阻抗约为两个所述开关的导通阻抗与所述均衡电阻的阻值之和。

单体电池、电池两端的开关和保险丝与均衡单元，构成均衡回路，闭合电池两端的开关和均衡开关，导通均衡回路，对相应的单体电池进行放电。

本实施例能够对电动汽车的电池进行被动均衡，减小单体电池之间的差异，提高电动汽车的运行稳定性。

实施例三

本实施例提供一种被动均衡电路的失效检测方法，采用上述的被动均衡电路实现，用于检测该被动均衡电路中的均衡开关是否失效，保护电池组。

图3是本发明实施例三提供的被动均衡电路的失效检测方法的流程图。如图3所示，所述失效检测方法包括如下步骤：

s31，闭合单体电池两端的开关。

闭合任意一个单体电池两端的开关，如对于单体电池bt1，闭合k1和k2。

s32，断开所述均衡开关，采集所述单体电池的第一电压。

处理单元13向均衡开关q1下发断开的控制指令，采集步骤s31中单体电池bt1的第一电压，标记为v1。

s33，闭合所述均衡开关，采集所述单体电池的第二电压。

处理单元13向均衡开关q1下发闭合的控制指令，采集步骤s31中单体电池bt1的第二电压，标记为v2。

s34，断开所述单体电池两端的所述开关。

断开单体电池bt1两端的开关k1和k2。

s35，判断所述第一电压与所述第二电压的差值的绝对值是否小于等于第一预设阈值，若是，确定所述均衡开关失效，发出故障提示信息，否则不执行任何操作。

若|v1-v2|≤第一预设阈值，则可判断均衡开关q1的断开与闭合不受处理单元13的控制，或者均衡开关q1失效。第一预设阈值根据具体情况设定，本实施例中优选为200mv。

s36，判断所述第二电压是否小于等于第二预设阈值，若是，则确定所述单体电池断线，发出故障提示信息，否则不执行任何操作，继续下一个单体电池是否断线。

通过采集bt1的电压判断均衡开关q1正常的情况下，通过上述步骤s31～s34采集bt2的电压，若bt2的v2≤第二预设阈值，则可判断bt2断线，即有可能是k2和k3失效，或者电连接断开。

s37，发出故障提示信息。

s38，不执行任何操作。

进一步的，步骤s33之后，若多个单体电池短路，则在短路的单体电池中，确定出距离当前检测的单体电池最远的单体电池，判定所述最远的单体电池两端的所述开关失效，断开与所述最远的单体电池连接的所述保险丝。例如，当前检测bt4，步骤s33闭合所述均衡开关之后，bt1～bt4短路，则可判断bt1的开关k1失效，此时，断开bt1与k1之间的保险丝，以保证电池与电路的安全。

本实施例利用实施例一所述的被动均衡电路，不但可以实现电池之间的电量均衡，还能检测单体电池是否断线，各开关是否失效，无需增加额外的检测元件或电路，提高了电路的集成度，缩小电池管理系统的体积，并且提升电池管理系统的可靠性和安全性。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。