基于MOS管控制的主动均衡电路、电池管理系统及方法与流程

基于mos管控制的主动均衡电路、电池管理系统及方法
技术领域
1.本发明涉及电池均衡技术领域，具体地说，涉及一种基于mos管控制的主动均衡电路、电池管理系统及方法。


背景技术：

2.对于诸如锂电池等动力电池而言，其一个电池组(或称电池包)内通常是具有多个串联的电芯的。对于此类的电池，由于电芯单体间的差异性，使得不同电芯很难保持较佳的单体一致性，这就会导致电池在充电和/或放电过程中，电芯间会存在压差，而这就会直接整组电池组的充放电性能。故而现有电池组中均需要设置均衡电路以实现电芯间的电芯电压的均衡。
3.目前均衡电路大体可以分为被动均衡电路和主动均衡电路，被动均衡电路通常是采用诸如电阻等原件对多余的能量进行放电，此为消耗型均衡，其缺点也很明显，也即能耗浪费较为严重。主动均衡电路，通常采用诸如电容、电感等储能元件实现电芯间的能量转移，该种因能耗浪费几乎可以忽略，故而运用较为广泛。
4.在如公开号为cn 106532852 a的中国专利申请中，提出了一种基于lc串联储能的电池组均衡电路，其采用lc串联储能单元实现高能量电芯与低能量电芯间的能量转移；在均衡过程中，需要首先将高能量电芯的能量存储于lc串联储能单元中，而后再将所存储的能量转移至低能量电芯中；其缺陷也较为明显：
5.1、均衡速度过慢；
6.2、均衡过程中，实际上充放/电行为也在持续，由于均衡速度过慢，很可能会导致新的不均衡；
7.3、当同时出现多个电芯需要均衡时，其无法满足同时对多个电芯的均衡，而这就会直接导致均衡电路无法及时有效地发挥其应用的作用。


技术实现要素：

8.本发明提供了一种基于mos管控制的主动均衡电路，其能够克服现有均衡电路均衡速度较慢的问题。
9.根据本发明的基于mos管控制的主动均衡电路，其包括用于设于相邻电芯处的均衡单元，均衡单元包括依次串联连接第一电感、电容和第二电感，第一电感与一第一mos管串联后并联设于所述相邻电芯的前一电芯处，第二电感与一第二mos管串联后并联设于所述相邻电芯的后一电芯处；
10.第一电感一端与所述相邻电芯的前一电芯的正极连接，第一电感另一端与电容的正极连接。
11.本发明中，通过电容的设置，能够较佳地提供一个能量中转存储单元，故而在出现不均衡时，能够较佳地通过控制相应的mos管的导通，实现高电芯电压的电芯中的能量向电容的转移，并在转移完成后，能够较佳地控制相应的mos管的导通，实现电容处的能量向低
电芯电压的电芯中转移。从而能够较佳地实现电芯间的主动均衡。
12.基于本发明中的基于mos管控制的主动均衡电路，本发明还提供了一种电池管理系统，其包括，
13.电池组，电池组具有依次串联连接的n个电芯；
14.检测电路，检测电路用于对每个电芯的电芯电压进行检测；
15.均衡电路，其采用权利要求1中所述的基于mos管控制的主动均衡电路，且均衡单元具有n-1个，任一相邻电芯间均设置均衡单元；以及
16.处理单元，处理单元用于对检测电路所采集的所有电芯电压进行处理，并用于在任意电芯需要进行均衡时，通过控制对应均衡电路的第一mos管和第二mos管实现电芯电压的均衡。
17.通过本发明中的电池管理系统，能够较佳地实现电芯间的电压均衡，尤其是能够同时对多个电芯进行均衡。
18.基于本发明中的一种电池管理系统，本发明还提供了一种电池管理方法，其采用上述的电池管理系统实现对电池组的均衡管理；具体包括如下步骤：
19.步骤s1、通过检测电路实时采集每个电芯的电芯电压v1-vn，并发送给处理单元；
20.步骤s2、处理单元将电芯电压v1-vn中的最小电压vmin依次与其余电芯电压进行比较，并判定是否达到设定均衡阈值；若未达到，则继续检测；若达到则进入下一步骤；
21.步骤s3、处理单元控制相应的均衡单元动作，实现对对应电芯的均衡。
22.本发明中，通过步骤s1-s3，能够较佳地实现电芯间的电压均衡。尤其是能够较佳地实现对多个电芯的同时均衡。
23.作为优选，步骤s3中，任一电芯因电芯电压过低需要均衡时，则周期性重复如下步骤直至达到均衡，
24.步骤s31、控制与其相邻的电芯向对应的电容中充电；
25.步骤s32、控制对应的电容向该电芯充电。
26.由上述可知，在任一电芯因电芯电压过低需要均衡时，能够同时利用相邻电芯处的能量对其进行均衡，故而均衡速度能够大大提升。
27.作为优选，步骤s3中，任一电芯因电芯电压过高需要均衡时，则周期性重复如下步骤直至达到均衡，
28.步骤s33、控制其向对应的电容充电；
29.步骤s34、控制对应的电容向对应的相邻电芯充电。
30.由上述可知，在任一电芯因电芯电压过高需要均衡时，能够通过向相邻的电芯转移能量实现对其的均衡，故而能够较佳地实现电芯间的均衡。
31.作为优选，在均衡过程中，采用相位相反的方波对相应的同一均衡单元的第一mos管和第二mos管进行驱动。故而能够较佳地实现均衡过程的逐次进行，从而均衡精度较高。
附图说明
32.图1为实施例1中的主动均衡电路的电路图；
33.图2为实施例2中的电池管理系统的框图示意图。
具体实施方式
34.为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。
35.实施例1
36.结合图1所示，本实施例提供了一种基于mos管控制的主动均衡电路，其包括用于设于相邻电芯处的均衡单元，均衡单元包括依次串联连接第一电感、电容和第二电感，第一电感与一第一mos管串联后并联设于所述相邻电芯的前一电芯处，第二电感与一第二mos管串联后并联设于所述相邻电芯的后一电芯处；
37.第一电感一端与所述相邻电芯的前一电芯的正极连接，第一电感另一端与电容的正极连接。
38.本实施例中，通过电容的设置，能够较佳地提供一个能量中转存储单元，故而在出现不均衡时，能够较佳地通过控制相应的mos管的导通，实现高电芯电压的电芯中的能量向电容的转移，并在转移完成后，能够较佳地控制相应的mos管的导通，实现电容处的能量向低电芯电压的电芯中转移。从而能够较佳地实现电芯间的主动均衡。
39.其中，第一mos管和第二mos管能够采用相位相反的方波信号驱动，故而使得均衡单元在动作时，第一mos管和第二mos管能够交替的导通和截止，也即能够使得电容的充电和放电能够交替的进行，故而能够逐次地实现能量的转移，使得均衡精度更高。
40.另外，由于第一电感和第二电感的存在，能够较佳地实现对均衡电流的限制，故而能够有效地对均衡的安全性进行提升。
41.本实施例中的主动均衡电路，其具有结构简单且成本较低的优势。
42.实施例2
43.结合图1和2所示，基于实施例2中的主动均衡电路，本实施例提供了一种电池管理系统，其包括，
44.电池组，电池组具有依次串联连接的n个电芯；
45.检测电路，检测电路用于对每个电芯的电芯电压进行检测；
46.均衡电路，其采用权利要求1中所述的基于mos管控制的主动均衡电路，且均衡单元具有n-1个，任一相邻电芯间均设置均衡单元；以及
47.处理单元，处理单元用于对检测电路所采集的所有电芯电压进行处理，并用于在任意电芯需要进行均衡时，通过控制对应均衡电路的第一mos管和第二mos管实现电芯电压的均衡。
48.通过本实施例中的电池管理系统，能够较佳地实现电芯间的电压均衡，尤其是能够同时对多个电芯进行均衡。
49.另外，可以知晓的是，每个均衡单元的第一电感、电容和第二电感是始终并联于相邻电芯处的，而这种设置的本身就是能够从一定程度上保持相邻电芯间的整体电压，又因任意相邻电芯间均设置均衡单元，故而使得即使在均衡单元不进行动作时，也是能够具备较佳的均衡能力的。而且在均衡单元动作时，由于电容中是已经存储有能量的，故而能够进一步地提升均衡的效率。
50.实施例3
51.结合图1所示，基于实施例2中的电池管理系统，本实施例提供了一种电池管理方
法，其采用实施例2中的电池管理系统实现对电池组的均衡管理；具体包括如下步骤：
52.步骤s1、通过检测电路实时采集每个电芯的电芯电压v1-vn，并发送给处理单元；
53.步骤s2、处理单元将电芯电压v1-vn中的最小电压vmin依次与其余电芯电压进行比较，并判定是否达到设定均衡阈值；若未达到，则继续检测；若达到则进入下一步骤；
54.步骤s3、处理单元控制相应的均衡单元动作，实现对对应电芯的均衡。
55.本实施例中，通过步骤s1-s3，能够较佳地实现电芯间的电压均衡。尤其是能够较佳地实现对多个电芯的同时均衡。
56.此外步骤s3中，任一电芯因电芯电压过低需要均衡时，则周期性重复如下步骤直至达到均衡，
57.步骤s31、控制与其相邻的电芯向对应的电容中充电；
58.步骤s32、控制对应的电容向该电芯充电。
59.由上述可知，在任一电芯因电芯电压过低需要均衡时，能够同时利用相邻电芯处的能量对其进行均衡，故而均衡速度能够大大提升。
60.此外步骤s3中，任一电芯因电芯电压过高需要均衡时，则周期性重复如下步骤直至达到均衡，
61.步骤s33、控制其向对应的电容充电；
62.步骤s34、控制对应的电容向对应的相邻电芯充电。
63.由上述可知，在任一电芯因电芯电压过高需要均衡时，能够通过向相邻的电芯转移能量实现对其的均衡，故而能够较佳地实现电芯间的均衡。
64.此外，在均衡过程中，采用相位相反的方波对相应的同一均衡单元的第一mos管和第二mos管进行驱动。故而能够较佳地实现均衡过程的逐次进行，从而均衡精度较高。
65.结合图1所示，本实施例中均衡过程会遇到如下情况：
66.1、单个电芯电压过高，其余电芯电压正常
67.以电芯eb2电芯电压过高为例，此时处理单元向mos管q1-q4发送控制信号，控制信号为方波信号，且mos管q1和q2处的控制信号的相位相反，mos管q3和q4处的控制信号的相位相反，mos管q1和mos管q4的相位相同；在仅mos管q1和q4导通时，电芯eb2能够同时对电容c1和c2进行充电；在仅mos管q2和q3导通时，电容c1和c2分别对电芯eb1和eb3进行充电。
68.可以明显地看出，在上述过程中，与电芯eb2相关的2个均衡单元能够同时动作，故而能够大大提升均衡速度。
69.2、单个电芯电压过低，其余电芯电压正常
70.以电芯eb2电芯电压过低为例，依照上述原理，电芯eb1和eb3处的能量能够同时用于对电芯eb2进行补充，故而能够大大提升均衡速度。
71.3、多个电芯电压过高和/或过低，其余电芯电压正常
72.以电芯eb2电芯电压过低、电芯eb3电压过高为例，依照上述原理，电芯eb2处的能量能够同时由电芯eb1和eb3进行补充，电芯eb3处的能量能够同时转移至电芯eb2和eb4处，故而不仅能够大大提升均衡速度，且能够较佳地实现多个电芯间的同时均衡。
73.实际上，在步骤s3还能够包括如下步骤：处理单元对电芯电压v1-vn的均值电压vp进行计算，并控制所有当前电芯电压高于均值电压vp的电芯向对应均衡电路处的对应电容进行充电，通过控制对应均衡电路处的2个mos管周期性间隙启闭，进而能够较为快速地实
现电芯电压高于均值电压vp的电芯向相邻电芯处的电荷转移，故而能够较佳地提升均衡速度。
74.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。