[发明专利]一种基于FPGA架构的复合主动均衡电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种均衡电路，尤其涉及一种基于FPGA架构的复合主动均衡电路。

背景技术

均衡控制是电池组均衡技术是电池管理系统关键技术之一，建立在电池电压、电流、温度等参数的精确测量的基础上，通过各种评估方法得到剩余电量和SoC，进而对单体电池的剩余电量进行均衡处理。绝大多数的电池应用需要比单个或数串电池更高的电压，所以使用过程中往往是多电芯、多电池包的组合应用。而电芯间的不均衡在电池组系统中很常见，如果缺乏均衡技术，会导致电芯过充、充电不足甚至过度放电，大大缩短电池寿命。所以说均衡对锂电池系统尤为重要。

目前的电池均衡电路设计主流方案有：

1.被动均衡式电路设计：就是把整组电池系统中，串联成组的单体电池电压差异性，通过BMS进行电压采集，以事先预设的充电电压的“上限阈值电压”为基准，任何一只单体电池只要在充电时最先达到“上限阈值电压”并检测出与相邻组内电池差异时，即对组内单体电压最高的那只电池，通过并联在单体电池的能耗电阻进行放电电流，一直到电压最低的那只单体电池到达“上限阈值电压”为一个平衡周期。通过放电均衡的办法让电池组内的电池电压趋于一致。

2.基于Freescale芯片的主动均衡电路设计：通过类似于Freescale芯片等单片机或嵌入式系统搭建硬件电路，为芯片写入一定程序控制此硬件电路来控制均衡，但硬件成本高，工作效率低。

3.单均衡电路的电池管理系统。

在整个电池均衡系统中根据电池数量/功率大小/空间成本选择使用一种均衡电路结构。

电池管理的均衡技术如此重要，但现有技术方案存在效率不高、成本高、电路复杂、稳定性差等缺点；所以，针对现有技术效率和成本的问题，本技术提出了一种基于FPGA架构的复合主动均衡电路设计。

现有的被动均衡式的电路，采用电阻耗能，会产生热量，从而使整个系统的工作效率降低。同时均衡电流很小，通常情况下小于100mA，对大容量电池的作用可以忽略不记，电池荷电状态估算(SoC)精度也很低。由于放电电阻不能选得太小，充电结束时，根据电池特性往往小容量电池的电压是最高的，所以在均衡时，放掉的恰恰是小容量电池的电量，反而会加大了电池间的互差。而且因为电池的能量被电阻消耗，能量效率很低。

现有的Freescale方案虽可以实现电源管理系统主动均衡的策略，但因单体电池和电池包数量多使这种方案存在如下问题：

工作效率低。因为FreeScale芯片并不具有强大的并行处理数据的功能，所以当同时控制多组电池时，不能实现快速均衡。

电路复杂，安全性能差。由于面临多路的电压、电流和温度采集，以及均衡控制电路和控制策略，导致电路元件大大增加，电路复杂，从而降低了系统的安全性。

成本高，包括开发成本和维护或升级成本。每个电池包都需要一个控制器、多个电池包之间也需要一个控制器，使用FreeScale方案就意味着芯片用量大、元器件多、电路面积大，造成硬件成本高的问题。FreeScale芯片是定制好了的芯片，一款FreeScale均衡系统只能对应特定电池包，当电池组改变或改变均 衡方式时就需要重新配置控制系统，致使该方案开发周期长，后期成本高。

稳定性差。FreeScale方案需要多个MCU的共同配合，开发难度大，致使系统的稳定性不高。

易被仿制。系统过于依赖硬件电路实现，而硬件电路很容易被抄袭。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于FPGA架构的复合主动均衡电路。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括电池组、电池信息采集电路、均衡电路和FPGA模块，所述电池组的输出端与所述电池信息采集电路的输入端连接，所述电池信息采集电路的输出端通过所述FPGA模块与所述均衡电路的输入端连接，所述均衡电路的输出端与所述电池组的输入端连接。