[发明专利]一种具有主动均衡功能的电池管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及到一种电池管理系统，尤其涉及一种具有主动均衡功能的电池管理系统，主要用于电动汽车中的高电压大功率串联电池组的控制管理。

背景技术

近年来，混合动力、插电式混合动力和纯电动汽车已经实现了商业化。高电压大功率串连电池组在电动汽车中扮演着重要的角色，锂离子电池因其储存能量高和能量密度大成为最佳选择。然而锂离子电池也有不足之处，尤其不能过度充电，它在过冲电、过放电和使用不当方面的安全性也是人们最关心的问题。当大量的锂离子电池被串连用于大功率和高能量的应用时，配备一个带有均衡功能的电池管理系统是很有必要的。为了使串联的电池单元更加健康、安全，可用容量和电池寿命都得到改善，需要电池管理系统对电池进行电压检测和均衡。检测和均衡是电池管理系统中的两个重要部分。

在现有设计中像专利US7939965B2和US005659237A，检测电路直接与电池单元相连接。对于一个串联的电池组，在电池末端上的电位可能会很高，因此检测电路要承受很高的电压。这可能显著增加电路的成本。美国编号为US6538414的专利提出了一种方法，检测电路通过多绕组变压器连接到电池单元，从而使检测电路和电池单元相隔离。因此可以使用小功率器件。以此同时，变压器还是均衡电路的一部分。通过这种方法，总成本可以被降低。然而在US6538414中变压器绕组的数量是非常大的，并且每个MOSFET需要一个变压器来驱动。太多的绕组和变压器增加了电路的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一个多绕组变压器使检测电路和电池单元相隔离，因此可以使用小功率器件。更重要的是，本公开减少了变压器绕组的数量和省去了驱动变压器，因此减少了大量电路成本。

为了解决以上技术问题，本发明一种具有主动均衡功能的电池管理系统，包括：N节相互串联的单体电池，将这些电池分成M对电池单元对，其中N是一个大于零的偶数；

一个具有M个绕组的多绕组变压器，M个绕组中的每一个绕组都有一端与电池单元对的中点相连，M个绕组分别同M个电池单元对的中点相连；

N个低压开关器件，同N个电池单元相关联，N个低压开关器件也被分为M对，每个开关对的中点同M个变压器绕组的另一端相连，每一个开关都被选择性的操作；

其中，驱动电路控制所述低压开关器件的通断，其中驱动电路选择性的操作所述低压开关器件，使能量从N节电池中的一节向另外一节转移；

在M个绕组的多绕组变压器上还包括一个附加绕组，通过该绕组实现电池单体电压的隔离测量。

优选的，还包括一个微控制单元，所述附加绕组上的电压通过低通滤波器和信号调节电路输出信号至所述微控制单元控制的进行采样，所述微控制器基于采样电压和电池组电流计算出电池剩余电量；所述微控制单元发送驱动信号并通过驱动电路控制所述低压开关器件使能量由剩余电量高的电池向剩余电量低的电池转移。

优选的，每一个低压开关器件对应并联一个耦合二极管。

优选的，所述低压开关器件为晶体管。

优选的，对应每一对的低压开关器件，其中第一个低压开关器件为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，第二个低压开关器件为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。

优选的，所述驱动电路包括驱动芯片，所述驱动芯片为TC4428，所述驱动芯片的反向输出OUTA电连接所述P沟通金属氧化物半导体场效应晶体管，所述驱动芯片的正向输出OUTB端电连接所述N沟通金属氧化物半导体场效应晶体管。

优选的，所述微控制单元与所述驱动电路之间设有隔离电路。

优选的，所述隔离电路为光耦隔离电路；或者所述隔离电路电阻、二极管以及电容。

优选的，所述微控制单元根据驱动信号发生电路输出驱动信号，所述驱动信号发生电路包括两个多路复用器，所述微控制单元输出PWM信号和地址信号至多路复用器，其中一个多路复用器输出驱动信号至奇数低压开关器件驱动电路，另一个多路复用器输出驱动信号至偶数低压开关器件驱动电路。