專利名稱：電動汽車的動力電池全均衡控制方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開一種電動汽車的動力電池全均衡控制方法，同時還提供了實現(xiàn)該方 法的裝置，屬于新能源汽車電力控制技術領域。
背景技術：
電動汽車的能量主要來源于車載動力電池，而車載動力電池一般是由多個低壓電 池單體串聯(lián)而成。由于電池單體在批量生產(chǎn)中上總會存在或多或少的差異，因此動力電池 在充放電過程中，有的單體電壓會偏高，有的單體電壓會偏低，這樣動力電池就出現(xiàn)了整體 能量的不均勻性。如果動力電池長期處于這種不一致狀態(tài)，除了會影響電池的使用壽命之 外，還容易引起電池損壞，甚至發(fā)生爆炸。一旦這種情況出現(xiàn)，無疑會使人民的財產(chǎn)及生命 安全蒙受重大損失，
為了消除電池單體的不均勻性，一般采用電池均衡的方法，使動力電池的所有單體都 保持相近甚至相同的電壓，這樣就可以有效避免上述情況的發(fā)生。現(xiàn)有的電動汽車一般都 采用耗能均衡的方法。雖然這種控制方法可以一定程度上滿足均衡動力電池的功能，但是 控制電路非常復雜，增加了電動汽車的生產(chǎn)成本，而且均衡過程中能量消耗嚴重，違背了新 能源汽車的研制初衷。因此，傳統(tǒng)的電動汽車動力電池均衡方法對這種情況往往無能為力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種電動汽車的動力電池全均衡控制方法，依據(jù)電池的剩余電量情 況，制定合理的均衡策略。它的被動均衡模式控制電路簡單，無需增加過多硬件成本，而主 動均衡模式更是減少了電能消耗，高效地解決了動力電池充放電的不一致性問題。本發(fā)明還提供了實現(xiàn)該方法的動力電池全均衡控制裝置，它會依據(jù)電池的剩余電 量情況，自動切換均衡模式，在不增加太多硬件成本的基礎上，既完成了對動力電池一致性 的操作，又減少了電能消耗。本發(fā)明電動汽車的動力電池全均衡控制方法技術解決方案如下
利用微控制器的模數(shù)轉換模塊，配合電壓采集電路，獲取動力電池單體電壓參數(shù)。并依 據(jù)算法對動力電池單體電壓參數(shù)進行排序，找到最大單體電壓和最小單體電壓。同時，微控 制器的通信模塊經(jīng)電平轉換后，與電池管理系統(tǒng)相連接，獲取當前電池管理系統(tǒng)的剩余電 量信息與電池均衡閾值。若最大單體電壓與最小單體電壓之前的差值大于設定的電池均衡 閾值，則進入均衡控制方法。微控制器會根據(jù)剩余電量的實際情況，或者選擇啟動主動均衡 控制電路，利用車載電瓶為最低電池單體充電的主動均衡方式，或者選擇啟動被動均衡控 制電路，利用均衡電阻為最高電池單體放電的被動均衡方式?；蛘哌x擇兩者同時使用的混 合均衡方式，從而完成電動汽車的動力電池全均衡控制方法。最后，微控制器會以報文的形 式向電池管理系統(tǒng)發(fā)送本次均衡信息。實現(xiàn)本發(fā)明所述方法的動力電池全均衡控制裝置，其特征在于
動力電池全均衡控制裝置主要由微控制器(MCU - Micro Control Unit)、電壓采集
4電路、主動均衡控制電路、被動均衡控制電路和控制器局部網(wǎng)(CAN — Controller Area Network)收發(fā)器組成。其中，MCU 的模數(shù)轉換(AD — Analog-to-Digital Converter)模 塊外接電壓采集電路，完成對動力電池單體電壓的實時檢測。MCU會對獲取的動力電池單 體電壓參數(shù)采用冒泡排序的方法，找到最大單體電壓和最小單體電壓。同時，MCU的CAN通 信模塊，經(jīng)過CAN收發(fā)器電平轉換后，與電池管理系統(tǒng)相連接(BMS — Battery Management System)，獲取當前BMS的剩余電量信息與電池均衡閾值。若最大單體電壓與最小單體電壓 之前的差值大于設定的電池均衡閾值，則進入均衡控制方法。當剩余電量小于等于30%的 時候，MCU利用通用輸入/輸出(GPI0 — General Purpose Input Output)模塊A和B，外 接主動均衡控制電路，按照控制方法，選通相應的金屬氧化物半導體場效應晶體管(M0S -Metal Oxid Semiconductor)開關，使最低的電池單體與車載電瓶相連接，為最低的電池 單體充電。當剩余電量大于等于70%的時候，MCU利用GPIO模塊C和D，外接被動均衡控制 電路，按照控制方法，選通相應的MOS開關，使最高的電池單體與均衡電阻相連接，為最高 的電池單體放電。當剩余電量在309Γ70%之間時，MCU同時打開主被動均衡電路，采用混合 均衡的控制方法。當裝置完成全均衡控制后，微控制器會以報文的形式向BMS發(fā)送本次均 衡信息。本發(fā)明電動汽車的電動力池全均衡控制裝置具體結構如下
電壓采集電路的Β(ΓΒΜ分別與串聯(lián)的M節(jié)電池單體正負極Β(ΓΒΜ相連接。AGND與 MCU的模擬地AGND相連接，Vout與MCU的模數(shù)轉換引腳ADl相連接。Vout會每500ms刷 新一次采集到的M節(jié)電池單體電壓信息。主動均衡控制電路由MCU的GPIO模塊A和B，車載電瓶，以及主動均衡MOS開關 矩陣構成。主動均衡MOS開關共有N和P兩組各M個。其中，N組M個MOS開關的1腳 接車載電瓶的正極，2腳接M節(jié)電池單體的正極，3腳接GPIOA的H4腳。P組M個MOS 開關的1腳接車載電瓶的負極，2腳接M節(jié)電池單體的負極，3腳接GPIOB的114腳。當 GPIOA和GPIOB的引腳出現(xiàn)低電平時，對應的MOS管1腳與2腳之間導通，從而在車載電瓶 與電池單體之間構成回路，車載電瓶開始對電池單體充電。被動均衡控制電路由MCU的GPIO模塊C和D，均衡電阻R1 RM，以及被動均衡MOS 開關矩陣構成。被動均衡MOS開關共有S和K兩組各M個。其中，5組對個MOS開關的2 腳接均衡電阻R的一端，1腳接M節(jié)電池單體的正極，3腳接GPIOC的114腳。1(組對個 MOS開關的2腳接均衡電阻R的另一端，1腳接M節(jié)電池單體的負極，3腳接GPIOD的廣對 腳。當GPIOC和GPIOD的引腳出現(xiàn)低電平時，對應的MOS管1腳與2腳之間導通，從而在均 衡電阻與電池單體之間構成回路，均衡電阻開始對電池單體放電。MCU的CAN通信模塊的信號接收管腳CAN_RXD和信號發(fā)送管腳CAN_T)(D與CAN收 發(fā)器的信號接收管腳RXD和信號發(fā)送管腳T)(D相連接，完成CAN總線的TTL電平傳輸；CAN 收發(fā)器的CANH端和CANL端與BMS的CAN總線接口 CANH端和CANL端相連，完成CAN總線 的差分電平傳輸，這樣就實現(xiàn)了 TTL電平與差分電平的轉換。 動力電池全均衡控制裝置按照以下控制方法，完成對動力電池的一致性控制 (1).通過電壓采樣電路采集電池單體電壓。(2).通過CAN總線讀取BMS的電池剩余電量信息。(3).通過CAN總線讀取BMS的電池均衡閾值信息。
(4).調(diào)用冒泡排序函數(shù)，找到最高與最低單體電壓。(5).若最大單體電壓與最小單體電壓之前的差值大于設定的電池均衡閾值，則 進入均衡控制。否則，5秒后返回步驟(1).
(6).若當剩余電量小于等于30%，GPIO模塊A與GPIO模塊B，按下表的控制方法選通 ΝΓΝ24及PfPM引腳，導通主動均衡MOS開關組，完成對應車載電瓶與電池單體之間的主 動均衡。
權利要求
1.一種電動汽車的動力電池全均衡控制方法，其特征在于利用微控制器的模數(shù)轉換模塊，配合電壓采集電路，獲取動力電池單體電壓參數(shù)；并依 據(jù)算法對動力電池單體電壓參數(shù)進行排序，找到最大單體電壓和最小單體電壓；同時，微控 制器的通信模塊經(jīng)電平轉換后，與電池管理系統(tǒng)相連接，獲取當前電池管理系統(tǒng)的剩余電 量信息與電池均衡閾值；若最大單體電壓與最小單體電壓之前的差值大于設定的電池均衡 閾值，則進入均衡控制方法；微控制器根據(jù)剩余電量的實際情況，或者選擇啟動主動均衡控 制電路，利用車載電瓶為最低電池單體充電的主動均衡方式，或者選擇啟動被動均衡控制 電路，利用均衡電阻為最高電池單體放電的被動均衡方式；或者選擇兩者同時使用的混合 均衡方式，從而完成電動汽車的動力電池全均衡控制方法；最后，微控制器會以報文的形式 向電池管理系統(tǒng)發(fā)送本次均衡信息。
2.實現(xiàn)權利要求1所述方法的電動汽車的動力電池全均衡控制裝置，其特征在于 動力電池全均衡控制裝置主要由微控制器(MCU)、電壓采集電路、主動均衡控制電路、被動均衡控制電路和控制器局部網(wǎng)(CAN)收發(fā)器組成；其中，MCU的模數(shù)轉換(AD)模塊 外接電壓采集電路，完成對動力電池單體電壓的實時檢測；MCU會對獲取的動力電池單體 電壓參數(shù)采用冒泡排序的方法，找到最大單體電壓和最小單體電壓；同時，MCU的CAN通信 模塊，經(jīng)過CAN收發(fā)器電平轉換后，與電池管理系統(tǒng)相連接(BMS)，獲取當前BMS的剩余電 量信息與電池均衡閾值；若最大單體電壓與最小單體電壓之前的差值大于設定的電池均 衡閾值，則進入均衡控制方法；當剩余電量小于等于30%的時候，MCU利用通用輸入/輸出 (GPIO)模塊A和B，外接主動均衡控制電路，按照控制方法，選通相應的金屬氧化物半導 體場效應晶體管(MOS)開關，使最低的電池單體與車載電瓶相連接，為最低的電池單體充 電；當剩余電量大于等于70%的時候，MCU利用GPIO模塊C和D，外接被動均衡控制電路，按 照控制方法，選通相應的MOS開關，使最高的電池單體與均衡電阻相連接，為最高的電池單 體放電；當剩余電量在309Γ70%之間時，MCU同時打開主被動均衡電路，采用混合均衡的控 制方法；當裝置完成全均衡控制后，微控制器會以報文的形式向BMS發(fā)送本次均衡信息。
3.根據(jù)權利要求1所述方法的電動汽車的動力電池全均衡控制裝置，其特征在于 電壓采集電路的Β(ΓΒΜ分別與串聯(lián)的M節(jié)電池單體正負極Β(ΓΒΜ相連接；AGND與MCU的模擬地AGND相連接，Vout與MCU的模數(shù)轉換引腳ADl相連接；Vout會每500ms刷新 一次采集到的M節(jié)電池單體電壓信息；主動均衡控制電路由MCU的GPIO模塊A和B，車載電瓶，以及主動均衡MOS開關矩陣 構成；主動均衡MOS開關共有N和P兩組各M個；其中，N組M個MOS開關的1腳接車載 電瓶的正極，2腳接M節(jié)電池單體的正極，3腳接GPIOA的H4腳；P組M個MOS開關的 1腳接車載電瓶的負極，2腳接M節(jié)電池單體的負極，3腳接GPIOB的114腳；被動均衡控制電路由MCU的GPIO模塊C和D，均衡電阻R1 R24，以及被動均衡MOS開 關矩陣構成；被動均衡MOS開關共有S和K兩組各M個；其中，S組M個MOS開關的2腳 接均衡電阻R的一端，1腳接M節(jié)電池單體的正極，3腳接GPIOC的114腳；K組M個MOS 開關的2腳接均衡電阻R的另一端，1腳接M節(jié)電池單體的負極，3腳接GPIOD的廣對腳； MCU的CAN通信模塊的信號接收管腳CAN_RXD和信號發(fā)送管腳CAN_T)(D與CAN收發(fā)器 的信號接收管腳RXD和信號發(fā)送管腳T)(D相連接，完成CAN總線的TTL電平傳輸；CAN收發(fā) 器的CANH端和CANL端與BMS的CAN總線接口 CANH端和CANL端相連，完成CAN總線的差分電平傳輸，實現(xiàn)TTL電平與差分電平的轉換。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電動汽車的動力電池全均衡控制及裝置，利用微控制器的模數(shù)轉換模塊獲取動力電池單體電壓參數(shù)對動力電池單體電壓參數(shù)進行排序；微控制器與電池管理系統(tǒng)相連接獲取當前電池管理系統(tǒng)的剩余電量信息與電池均衡閾值；微控制器根據(jù)剩余電量的實際情況或者選擇啟動主動均衡控制電路，利用車載電瓶為最低電池單體充電的主動均衡方式，或者選擇啟動被動均衡控制電路，利用均衡電阻為最高電池單體放電的被動均衡方式；或者選擇兩者同時使用的混合均衡方式，從而完成電動汽車的動力電池全均衡控制方法；本發(fā)明依據(jù)電池的剩余電量情況，制定合理的均衡策略既高效地解決了動力電池充放電的不一致性問題，又有效地節(jié)省了均衡中無謂消耗的電能。
文檔編號H02J7/00GK102074991SQ20111002489
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權日2011年1月24日
發(fā)明者丁勇, 吳畏, 朱慶林, 董冰 申請人:啟明信息技術股份有限公司