一种电量均衡电路及电池管理系统的制作方法

一种电量均衡电路及电池管理系统
【技术领域】
1.本实用新型涉及电池领域，尤其涉及一种混合电池组的电量均衡电路及电池管理系统。


背景技术：

2.随着新能源汽车的推广，新能源汽车在私有汽车中的占比在不断提高。新能源汽车往往采用动力电池进行驱动，但是动力电池的使用寿命平均只有3至5年。而由于新能源汽车数量庞大，因此对于超过使用寿命的动力电池，在经过筛选后，往往作为储能电池进行再利用，即回收电池组。而对于包含不同电芯的混合回收电池组，(如铁锂+三元的电芯组合，以及锂电池+钠电池的电芯组合等)现有技术中并没有关于混合回收电池组的相关的均衡控制方法以及均衡电路结构的设计。


技术实现要素：

3.基于上述问题，本实用新型提供了一种混合电池组的电量均衡电路及电池管理系统，以实现包含多种电芯的电池组的电量均衡控制。
4.第一方面，本实用新型实施例提供一种混合电池组的电量均衡电路，包括：感测部件、控制部件和混合电池组；所述混合电池组至少包含第一电池包和第二电池包；
5.所述感测部件分别与所述第一电池包和所述第二电池包连接，用于感测所述第一电池包和所述第二电池包的电池数据；
6.所述控制部件与所述感测部件连接，用于获取所述第一电池包和所述第二电池包的电池数据，并根据所述电池数据控制所述第一电池包和所述第二电池包与待供电设备的连接或者断开。
7.本实用新型提供的电量均衡电路，在不拆解原有电池组的前提下，通过控制第一电池包和第二电池包与待供电设备的连接或断开来实现第一电池包与第二电池包的状态均衡，使第一电池包与第二电池包的状态保持基本一致，提高了电池组的续航能力和电池寿命。
8.在一种可能的实现方式中，所述第一电池包和所述第二电池包的电芯不同，所述第一电池包包含n个钠电池单体，所述第二电池包包含m个锂电池单体。
9.在一种可能的实现方式中，所述第一电池包与所述待供电设备的连接线路上包括第一开关，所述第二电池包与所述待供电设备的连接线路上包括第二开关；
10.所述控制部件分别与所述第一开关和所述第二开关连接，所述控制部件通过控制所述第一开关和所述第二开关分别控制所述第一电池包和所述第二电池包与所述待供电设备的连接或者断开。
11.在一种可能的实现方式中，所述第一开关和所述第二开关均为单刀单掷开关；或者，所述第一开关和所述第二开关均为mos管开关。
12.在一种可能的实现方式中，所述感测部件包含第一温度传感器和第二温度传感
器；所述电量均衡电路还包括采样部件；
13.所述第一温度传感器设置于所述第一电池包并与所述采样部件连接；
14.所述第二温度传感器设置于所述第二电池包并与所述采样部件连接；
15.所述采样部件用于对所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别采集的所述第一电池包和所述第二电池包的电池温度数据进行采样并发送给所述控制部件。
16.在一种可能的实现方式中，所述采样部件为模拟前端afe芯片。
17.在一种可能的实现方式中，所述电量均衡电路还包括储能部件；
18.所述第一电池包和所述第二电池包通过所述储能部件连接所述待供电设备；
19.所述控制部件，通过控制所述第一电池包和所述第二电池包与所述储能部件的连接或者断开，以控制所述第一电池包和所述第二电池包与所述待供电设备的连接或者断开。
20.在一种可能的实现方式中，所述储能部件为电容单元。
21.在一种可能的实现方式中，所述控制部件中设置有所述第一电池包的内阻模型和电池状态模型，以及所述第二电池包的内阻模型和电池状态模型；其中，所述电池状态模型为荷电状态模型或电池健康度模型；
22.所述第一电池包以及第二电池包的内阻模型用于获取输入的电池数据后，输出对应的内阻阻值；
23.所述第一电池包以及第二电池包的电池状态模型用于根据内阻模型输出的内阻阻值，输出对应的剩余电量百分比；
24.所述控制部件根据所述第一电池包以及第二电池包剩余电量百分比和预设控制逻辑控制所述第一电池包和所述第二电池包与待供电设备的连接或者断开。
25.第二方面，本实用新型实施例提供了一种电池管理系统，包括微控制单元mcu，所述mcu用于连接感测部件，所述感测部件用于感测混合电池组包含的第一电池包和第二电池包的电池数据；
26.所述mcu还用于根据所述电池数据控制所述第一电池包和所述第二电池包与待供电设备的连接或者断开。
【附图说明】
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
28.图1为本实用新型实施例提供的一种混合电池组的电量均衡电路的结构示意图；
29.图2为本实用新型实施例提供的另一种混合电池组的电量均衡电路的结构示意图；
30.图3为本实用新型实施例提供的另一种混合电池组的电量均衡电路的结构示意图；
31.图4为本实用新型实施例提供的另一种混合电池组的电量均衡电路的结构示意图；
32.图5为本实用新型实施例提供的一种电池管理系统的结构示意图。
【具体实施方式】
33.为了更好的理解本说明书的技术方案，下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。
34.应当明确，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本说明书保护的范围。
35.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
37.为了解决包含不同电芯的回收电池组的均衡控制问题，本发明实施例提供了一种混合电池组的电量均衡电路，通过控制混合电池组第一电池包和第二电池包与待供电设备的连接或断开来调整第一电池包的剩余电量百分比与第二电池包的剩余电量百分比，使第一电池包的剩余电量百分比与第二电池包的剩余电量百分比保持在相近的状态，从而降低对电池的损害。
38.本实用新型实施例提供了一种混合电池组的电量均衡电路，如图1所示，该电量均衡电路包括：感测部件101、控制部件102和混合电池组103。混合电池组103中包含第一电池包104和第二电池包105，第一电池包104和第二电池包105的电芯不同。
39.如图1中所示，感测部件101分别与第一电池包104和第二电池包105连接，用于感测第一电池包104和第二电池包105的电池数据。其中，电池数据可以为电池包中各个电池的单体电压、第一电池包和第二电池包的当前工作电压或第一电池包和第二电池包的当前温度。可选的，第一电池包104可以为钠锂混合电池包，第二电池包105可以为钠电池包。或者，第一电池包104为钠电池包，第二电池包105为锂电池包。又或者，第一电池包104为铁锂电池包，第二电池包105为三元电池包。
40.控制部件102与感测部件101连接，用于获取第一电池包104和第二电池包105的电池数据，并根据电池数据控制第一电池包104和第二电池包105与待供电设备106的连接或者断开。其中，控制部件102可以具体实现为单片机、可编程逻辑控制器(programmable logic controller，plc)、微控制单元(microcontroller unit；mcu)以及中央处理器(central processing unit)等形式。
41.其中，控制部件102基于预先配置的控制逻辑来控制第一电池包104和第二电池包105与待供电设备的连接或断开。例如，当第一电池包104与第二电池包105之间的剩余电量百分比差值大于预设阈值时，控制部件102控制剩余电量百分比高的电池包与待供电设备106连接，并控制剩余电量百分比低的电池包与待供电设备106断开，从而加速消耗剩余电量较高的电池包。当第一电池包104与第二电池包105之间的剩余电量百分比差值恢复到小
于预设阈值时，控制部件102基于预先配置的控制逻辑，控制第一电池包104和第二电池包105同时与待供电设备连接或断开。
42.在一个具体示例中，控制部件102可以通过开关的方式来控制第一电池包104和第二电池包105与待供电设备106的连接或断开。图2为本实用新型实施例提供的一种混合电池组的电量均衡电路的结构示意图，如图2所示，第一电池包104与待供电设备106的连接线路上包括第一开关107，第二电池包105与待供电设备106的连接线路上包括第二开关108。
43.其中，控制部件102分别与第一开关107和第二开关108连接，控制部件102通过控制第一开关107和第二开关108分别控制第一电池包104和第二电池包105与待供电设备106的连接或者断开。如图2中所示，当第一开关107闭合时，第一电池包104与待供电设备106之间的连接线路被接通，此时第一电池包104可以对待供电设备106进行供电。当第一开关107断开时，第一电池包104与待供电设备106之间的连接线路被断开，此时第一电池104包无法为待供电设备106进行供电。同理，当第二开关108闭合时，第二电池包105与待供电设备106之间的连接线路被接通，此时第二电池包105可以对待供电设备106进行供电。当第二开关108断开时，第二电池包105与待供电设备106之间的连接线路被断开，此时第二电池105包无法为待供电设备106进行供电。
44.在一些实施例中，上述第一开关107以及第二开关108可以实现为单刀单掷开关等分离式开关或mos管开关等集成式开关。可选的，第一开关107和第二开关108还可以实现为吸附式继电器等形式。即，将第一开关107实现为第一继电器，第二开关108实现为第二继电器。则第一继电器的开关触点设置于第一电池包104与待供电设备106的连接线路上，第二继电器的开关触点设置于第二电池包105与待供电设备106的连接线路上。第一继电器和第二继电器的控制触点分别与控制部件102连接。当控制部件102接通第一继电器的控制触点时，第一继电器的开关触点通电并吸附，使第一电池包104与待供电设备106的连接线路导通。当控制部件102接通第二继电器的控制触点时，第二继电器的开关触点通电并吸附，是第二电池包105与待供电设备106的连接线路导通。
45.在一个具体示例中，感测部件101可以具体实现为温度传感器的形式，则需要在电量均衡电路中对应增加采样部件，以对温度传感器测得的温度数据进行具体采样。图3为本实用新型实施例提供的一种混合电池组的电量均衡电路，如图3所示，感测部件101中包含第一温度传感器110和第二温度传感器111，电量均衡电路还包括采样部件109。如图3所示，第一温度传感器110设置于第一电池包104并与采样部件109连接。第二温度传感器111设置于第二电池包105并与采样部件109连接。采样部件109用于对第一温度传感器110和第二温度传感器111分别采集的第一电池包和第二电池包的电池温度数据进行采样并发送给控制部件102。其中，采样部件109可以为模拟前端(analog front end，afe)芯片。当本实用新型实施例提供的电量均衡电路用于对新能源车辆时，afe芯片可以具体实现为电池管理系统(battery management system，bms)中的电池采样芯片。
46.在一些实施例中，控制部件108中设置有第一电池包104的内阻模型和电池状态模型，以及第二电池包105的内阻模型和电池状态模型。其中，内阻模型为电池包在不同温度下对应的内阻阻值关系。电池状态模型为荷电状态模型或电池健康度模型。则，控制部件102通过采样部件109获取到第一电池包104和第二电池包105的温度后，将第一电池包104的电池数据(第一电池包104的温度数据)输入第一电池包104对应的内阻模型，第一电池包
104的内阻模型输出对应的第一电池包104的内阻阻值。将第二电池包105的电池数据(第二电池包105的温度数据)输入第二电池包105对应的内阻模型，第二电池包105的内阻模型输出对应的第二电池包105的内阻阻值。之后，控制部件102分别将第一电池包104和第二电池包105的内阻阻值输入对应的电池状态模型。第一电池包105和第二电池包105各自的电池状态模型根据对应的内阻模型输出的内阻阻值，输出对应的剩余电量百分比。之后，控制部件102根据第一电池包104和第二电池包105的剩余电量百分比以及预设控制逻辑控制第一电池包104和第二电池包105与待供电设备106的连接或断开。
47.在一个具体示例中，混合电池组103为钠电池与锂电池共同组成。具体的，第一电池包104由n个钠电池单体构成，第二电池包105由m个锂电池单体构成。则第一温度传感器110对第一电池包104的温度进行采集，第二温度传感器111对第二电池包105的温度进行采集。采样部件109分别从第一温度传感器110和第二温度传感器111处获取到第一电池包104以及第二电池包105的温度，并发送至控制部件102。控制部件102通过将第一电池包104的温度输入第一电池包104的内阻模型，从而得到第一电池包104当前的内阻阻值。以及将第二电池包105的温度输入第二电池包105的内阻模型，从而得到第二电池包105当前的内阻阻值。具体的，r
钠
＝ae
(t/b)
+c，r
锂
＝ae
(t/b)
+c。其中，r
钠
为第一电池包104的内阻阻值，r
锂
为第二电池包105的阻值，a、b、c、a、b、c均为拟合常数、t为采集到的电池包温度。由于钠电池和锂电池的材料性质差异，因此a≠a、b≠b、c≠c。之后，控制部件102将第一电池包104的内阻阻值输入第一电池包104的电池状态模型，从而得到第一电池包104当前的剩余电量百分比，以及将第二电池包105的内阻阻值输入第二电池包105的电池状态模型，从而得到第二电池包105当前的剩余电量百分比。控制部件102根据预设的控制逻辑以及钠电池和锂电池在混合电池组103中的占比情况，进行均衡控制，并输出混合电池组103的剩余电量百分比。具体的，第一电池包104的剩余电量百分比与第二电池包105的剩余电量百分比之间的比值为p：q，则混合电池包103均衡后的剩余电量百分比＝np/(n+m)+mq/(n+m)。
48.在一些实施例中，由于混合电池组103中的第一电池包104和第二电池105包为回收电池组，其供电能力较弱。如果直接由混合电池组103向待供电设备106进行供电，则可能出现欠压的现象。因此，可以通过引入储能部件可以有效的解决该问题。图4为本实用新型实施例提供的一种混合电池组的电量均衡电路，如图4所示，电量均衡电路还包括储能部件112，第一电池包104和第二电池包105通过储能部件112连接待供电设备106。控制部件102，通过控制第一电池包104和第二电池包105与储能部件112的连接或者断开，以控制第一电池包104和第二电池包105与待供电设备106的连接或者断开。其中，储能部件112可以实现为电容单元的形式。
49.如图4中所示，控制部件102通过控制控制第一开关107和第二开关108，进而控制第一电池包104和第二电池包为储能部件112进行充电，再由储能部件112对待供电设备106进行供电，由此可以为待供电设备106提供稳定的供电，并克服了由混合电池组103直接对待供电设备106进行供电导致的欠压问题。
50.本实用新型对回收电池组进行充分利用，在不拆解电池包的情况下实现对混合电池组的输出控制问题，提高续航能力并提高电池的使用寿命，减少了原有资源的浪费，避免电池污染，减少工业固体废物的排放，保护环境。
51.对应上述电量均衡电路，本实用新型实施例对应提供了一种电池管理系统。如图5
所示该电池管理系统包括微控制单元(microcontroller unit，mcu)，mcu用于连接感测部件，感测部件用于感测混合电池组包含的第一电池包和第二电池包的电池数据，第一电池包和第二电池包的电芯不同。
52.mcu还用于根据电池数据控制第一电池包和第二电池包与待供电设备的连接或者断开。
53.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
54.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。