一种具有新能源汽车电池包监控系统的充放电均衡装置的制作方法

1.本发明涉及电源控制技术领域，具体是一种具有新能源汽车电池包监控系统的充放电均衡装置。


背景技术：

2.随着国内以及国际对新能源行业的推广，以新能源电池为主的汽车市场占有量也迅速提高，对于新能源汽车电池的性能和续航能力都有较高的要求，其中对于电池包，由于单体电池制造工艺以及初始性能、环境等参数影响，使用过程中单体间系统级芯片（soc）会出现不一致问题，导致单体电池的损坏，因此对于电池包充放电均衡管理是必要的，并且由于单体电池的性能参数存在差异，随时间增加，各串联的单体性能参数分布差异也将增大，容易导致电池包的损坏，并且在进行均衡处理时，现有的均衡装置进行均衡处理时所需的时间较长，导致无法进行快速均衡充放电处理，并且对均衡充放电时没有较好参数监控系统，导致均衡精度差较大，因此有待改进。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供一种具有新能源汽车电池包监控系统的充放电均衡装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.依据本发明实施例的第一方面，提供一种具有新能源汽车电池包监控系统的充放电均衡装置，该具有新能源汽车电池包监控系统的充放电均衡装置包括：供应电源模块，隔离变换模块，电压变换模块，电池环境检测模块，电池状态检测模块，主控制模块，多路选择模块，多路电池均衡控制模块，电池包输出控制模块；所述供应电源模块，用于提供所需电能；所述隔离变换模块，与所述供应电源模块连接，用于对所述供应电源模块输出的电能进行dc-dc隔离变换并输出；所述电压变换模块，与所述隔离变换模块连接，用于控制所述隔离变换模块输出的电能进行dc-dc变换；所述电池环境检测模块，与所述主控制模块连接，用于检测电池包的温湿度情况并输出温湿度信号；所述电池状态检测模块，与所述电压变换模块、多路电池均衡控制模块和电池包输出控制模块连接，用于检测所述电压变换模块输出的电流情况，用于检测所述多路电池均衡控制模块中单体电池的电压情况，用于检测所述电池包输出控制模块的输入输出电压的电流情况，用于检测输入所述多路电池均衡控制模块的总电流情况；所述主控制模块，用于接收各个模块输出的信号，用于通过卡尔曼滤波方法估算电池包的soc值并控制电压变换模块和多路电池均衡控制模块的均衡工作，用于输出控制信号和数据信息，用于控制所述电池包输出控制模块进行输出电压调节；所述多路选择模块，与所述主控制模块和多路电池均衡控制模块连接，用于接收
所述主控制模块输出的控制信号并隔离控制电能的切换工作；所述多路电池均衡控制模块，与所述主控制模块、供应电源模块和电压变换模块连接，用于接收所述主控制模块输出的控制信号并调节开关的闭断继而输出交流电，用于将所述交流电转换为直流电并进行dc-dc调节，用于储能转换后的直流电，用于放电；所述电池包输出控制模块，与所述主控制模块和多路电池均衡控制模块连接，用于接收所述主控制模块输出的控制信号并对所述多路电池均衡控制模块放电时输出的电能进行双向升降压充放电dc-dc控制。
5.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明具有新能源汽车电池包监控系统的充放电均衡装置通过主控制模块配合电池状态检测模块检测每组电池包的电量信息，并基于卡尔曼滤波方法估算每组电池包的soc值，以此控制电压变换模块和多路电池均衡控制模块共同工作，为soc值较低的电池包组进行充电以此达到每组电池包的soc值一致，并且在电池包输出控制中，通过双向升降压进行均衡放电，并且该均衡充放电可有效减小每组电池包均衡所需的时间，有效提高soc的一致性。
附图说明
6.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述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发明的一些实施例，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他的附图。
7.图1为本发明实例提供的具有新能源汽车电池包监控系统的充放电均衡装置的原理方框示意图。
8.图2为本发明实例提供的多路电池均均衡控制模块的示意图。
9.图3为本发明实例提供的具有新能源汽车电池包监控系统的充放电均衡装置的电路图。
具体实施方式
10.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
11.实施例1，请参阅图1和图2，一种具有新能源汽车电池包监控系统的充放电均衡装置包括：供应电源模块1，隔离变换模块2，电压变换模块3，电池环境检测模块4，电池状态检测模块5，主控制模块6，多路选择模块7，多路电池均衡控制模块8，电池包输出控制模块9；具体地，所述供应电源模块1，用于提供所需电能；隔离变换模块2，与所述供应电源模块1连接，用于对所述供应电源模块1输出的电能进行dc-dc隔离变换并输出；电压变换模块3，与所述隔离变换模块2连接，用于控制所述隔离变换模块2输出的电能进行dc-dc变换；电池环境检测模块4，与所述主控制模块6连接，用于检测电池包的温湿度情况并
输出温湿度信号；电池状态检测模块5，与所述电压变换模块3、多路电池均衡控制模块8和电池包输出控制模块9连接，用于检测所述电压变换模块3输出的电流情况，用于检测所述多路电池均衡控制模块8中单体电池的电压情况，用于检测所述电池包输出控制模块9的输入输出电压的电流情况，用于检测输入所述多路电池均衡控制模块8的总电流情况；主控制模块6，用于接收各个模块输出的信号，用于通过卡尔曼滤波方法估算电池包的soc值并控制电压变换模块3和多路电池均衡控制模块8的均衡工作，用于输出控制信号和数据信息，用于控制所述电池包输出控制模块9进行输出电压调节；多路选择模块7，与所述主控制模块6和多路电池均衡控制模块8连接，用于接收所述主控制模块6输出的控制信号并隔离控制电能的切换工作；多路电池均衡控制模块8，与所述主控制模块6、供应电源模块1和电压变换模块3连接，用于接收所述主控制模块6输出的控制信号并调节开关的闭断继而输出交流电，用于将所述交流电转换为直流电并进行dc-dc调节，用于储能转换后的直流电，用于放电；电池包输出控制模块9，与所述主控制模块6和多路电池均衡控制模块8连接，用于接收所述主控制模块6输出的控制信号并对所述多路电池均衡控制模块8放电时输出的电能进行双向升降压充放电dc-dc控制。
12.进一步地，所述多路电池均衡控制模块8包括半桥dc-dc变换单元801、第一谐振变换单元802、第二谐振变换单元803、第一储能单元804和第二储能单元805；具体地，所述半桥dc-dc变换单元801，用于接收所述主控制模块6输出的控制信号并调节开关闭断继而输出交流电；第一谐振变换单元802和第二谐振变换单元803，均用于接收所述半桥dc-dc变换单元801输出的交流电和所述主控制模块6输出的控制信号，均用于将交流电转换为直流电并进行dc-dc调节；第一储能单元804和第二储能单元805，分别接收并存储所述第一谐振变换单元802和第二谐振变换单元803输出的直流电；该半桥dc-dc变换单元801的输入端与电压变换模块3和供应电源模块1连接，半桥dc-dc变换单元801的第一输出端通过第一谐振变换单元802连接第一储能单元804，半桥dc-dc变换单元801的第二输出端通过第二谐振变换单元803连接第二储能单元805，半桥dc-dc变换单元801的控制端、第一谐振变换单元802的控制端和第二谐振变换单元803的控制端均与所述主控制模块6连接。
13.在具体实施例中，上述供应电源模块1采用直流电源即可；上述隔离变换模块2可采用变压器进行隔离dc变换，在此不做赘述；上述电压变换模块3可采用boost升压电路；上述电池环境检测模块4可采用温湿度传感器，在此不做赘述；上述电池状态检测模块5可采用电阻分压电路检测电压情况，采用采样电阻检测电流情况；上述主控制模块6可采用，但并不限于数字信号处理单元（dsp）、单片机等微控制器；上述多路选择模块7可采用继电器开关电路；上述多路电池均衡控制模块8可采用半桥dc-dc变换单元801、第一谐振变换单元802、第二谐振变换单元803实现电能的均衡控制；上述电池包输出控制模块9可采用双向升降压dc-dc变换电路对输入输出的电压进行动态调节。
14.需注意的是，在多路电池均衡控制模块8中，第一谐振变换单元802和第二谐振变
换单元803的数量不限定，同时第一储能单元804和第二储能单元805分别接收第一谐振变换单元802和第二谐振变换单元803输出电能，且储能单元的数量取决于谐振变化单元的数量。
15.在本实施例中，请参阅图3，所述电压变换模块3包括第一电容c1、第一功率管g1、第一稳压管vd1、第二电容c2、第一电感l1；具体地，所述第一电容c1的一端连接第一功率管g1的漏极和隔离变换模块2的第一输出端，第一功率管g1的源极连接第一稳压管vd1的阴极并通过第一电感l1连接第二电容c2的第一端，第二电容c2的第二端连接第一稳压管vd1的阳极、第一电容c1的另一端和隔离变换模块2的第二输出端。
16.在具体实施例中，上述第一功率管g1可选用p沟道金氧半场效应管（mosfet）。
17.进一步地，所述电池状态检测模块5包括第一电阻r1；所述第一谐振变换单元802包括第二功率管g2、第二电感l2、第三功率管g3、第四功率管g4、第五功率管g5、第一副变压器w1；所述第一储能单元804包括电池模组一和超级电容一；具体地，所述第一电阻r1的第一端连接所述第二电容c2的第一端、电池模组一的第一端和超级电容一的第一端，第一电阻r1的第二端连接第二功率管g2的漏极和第五功率管g5的漏极，第五功率管g5的源极连接第一副变压器w1的一端和第四功率管g4的漏极，第二电感l2的一端连接第一副变压器w1的另一端，第二功率管g2的源极连接第二电感l2的另一端和第三功率管g3的源极，第四功率管g4的源极和第三功率管g3的源极均连接电池模组一的第二端和超级电容一的第二端。
18.在具体实施例中，上述第一电阻r1用于检测所述电压变换输出的电流信号；上述第二电感l2、第三功率管g3、第四功率管g4、第五功率管g5均可选用p沟道mosfet。
19.进一步地，其特征在于，所述半桥dc-dc变换单元801包括第六功率管g6、第七功率管g7、第三电感l3、第四电感l4、第一主变压器wa、第五电容c5；具体地，所述第六功率管g6的源极和第一主变压器wa的第一端均连接所述第五功率管g5的漏极，第六功率管g6的漏极连接第四电感l4的一端和第五电容c5的一端，第七功率管g7的源极连接第五电容c5的另一端和第三电感l3的一端，第三电感l3的另一端连接第一主变压器wa的第二端，第四电感l4的另一端连接第一主变压器wa的第三端，第一主变压器wa的第四端连接第七功率管g7的漏极。
20.在具体实施例中，上述第六功率管g6、第七功率管g7均可选用p沟道mosfet。
21.进一步地，所述第二谐振变换单元803的电路结构与所述第一谐振变换单元802的电路结构相同；所述第二储能单元805包括电池模组二和超级电容二，所述电池模组二的第一端和超级电容二的第一端均与第二谐振变换单元803的输出端连接，电池模组二的第二端和超级电容二的第二端均与第二谐振变换单元803的接地端连接。
22.进一步地，所述多路选择模块7包括第一开关k1-1、第二开关k2-1；具体地，所述第一开关k1-1的第一不动端连接所述电池模组一的第二端，第一开关k1-1的第二不动端连接所述电池模块一的第一端，第一开关k1-1的动端连接所述电池模组二的第一端，第二开关k2-1的第一不动端连接所述电池模组二的第二端，第二开关k2-1的第二不动端连接所述电池模块二的第一端，第二开关k2-1的动端连接所述隔离变换模块2的第二输出端。
23.在具体实施例中；上述第一开关k1-1和第二开关k2-1分别由继电器（图中未画出）控制。
24.进一步地，所述电池状态检测模块5还包括第四电阻r4、第五电阻r5、第三电容c3、第六电阻r6、第七电阻r7、第四电容c4、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第六电容c6、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14和第七电容c7；具体地，所述第四电阻r4的第一端和第三电容c3的一端均连接所述第二功率管g2的漏极、第六电阻r6的第一端和第十四电阻r14的第一端，第四电阻r4的第二端通过第五电阻r5连接所述第三功率管g3的源极，第十四电阻r14的第二端连接供应电源模块1，第四电容c4的一端连接所述第二谐振变换单元803的输出端，第六电阻r6的第二端通过第七电阻r7连接第四电容c4的另一端，第十电阻r10的第一端连接第八电阻r8的一端和第六电容c6的一端，第八电阻r8的第二端通过第九电阻r9连接第六电容c6的另一端，第十一电阻r11的第一端连接第七电容c7的一端和第十二电阻r12的第一端，第十二电阻r12的另一端通过第十三电阻r13连接第七电容c7的另一端和地端。
25.在具体实施例中，上述第四电阻r4和第五电阻r5用于检测电池模组一和超级电容一的电压信号；上述第六电阻r6和第七电阻r7用于检测电池模组二、超级电容二、电池模组一和超级电容一的电压信号；上述第十四电阻r14用于检测供应电源模块1传输给第一储能单元804的总电流信号；上述第十电阻r10和第十一电阻r11分别检测输出通路控制电路901输出的电流信号和电池包输出控制模块9输出的电流信号；上述第八电阻r8和第九电阻r9检测输出通路控制电路901输出的电压信号；上述第十二电阻r12和第十三电阻r13检测电池包输出控制模块9输出的电压信号。
26.进一步地，所述电池包输出控制模块9包括输出通路控制电路901、第八功率管g8、第九功率管g9、第五电感l5、第十功率管g10、第十一功率管g11；具体地，所述输出通路控制电路901的第一端连接所述电池模组一的第一端，所述输出通路控制电路901的第二端连接所述隔离变换模块2的第二输出端，输出通路控制电路901的第三端连接第八电阻r8的第一端，输出通路控制电路901的第四端连接第九功率管g9的源极，第八功率管g8的漏极连接第十电阻r10的第二端，第八功率管g8的源极连接第九功率管g9的漏极并通过第五电感l5连接第十功率管g10的源极和第十一功率管g11的漏极，第十功率管g10的漏极连接所述第十一电阻r11的第二端，第十一功率管g11的源极接地。
27.上述第八功率管g8、第九功率管g9、第十功率管g10和第十一功率管g11均采用p沟道mosfet。
28.进一步地，主控制模块6包括第一控制器u1和pwm发生器u2；具体地，所述第一控制器u1的第一io端到第十二io端分别连接所述第十四电阻r14的第二端、第十四电阻r14的第一端、第一电阻r1的第一端、第一电阻r1的第二端、第四电阻r4的第二端、第六电阻r6的第二端、第八电阻r8的第二端、第十电阻r10的第一端、第十电阻r10的第二端、第十一电阻r11的第二端、第十一电阻r11的第一端和第十二电阻r12的第二端，第一控制器u1的输出端通过pwm发生器u2依次与第一功率管g1的栅极到第十一功率管g11的栅极连接。
29.在具体实施例中，上述第一控制器u1可选用dsp芯片，上述pwm发生器u2用于提高第一控制器u1输出脉冲调制信号的驱动能力，具体型号均不做限定。
30.本发明一种具有新能源汽车电池包监控系统的充放电均衡装置，通过供应电源模块1提供所需电源，直接传输给多路电池均衡控制模块8，通过半桥dc-dc变换单元801接收主控制模块6输出的控制信号并调节开关闭断继而输出交流电，再由第一谐振变换单元802和第二谐振变换单元803接收交流电和主控制模块6输出的控制信号并将交流电转换为直流电，分别传输给第一储能单元804和第二储能单元805进行电能存储，以此提高输出的电流达到所需的均衡要求，同时由电池状态检测模块5检测第一谐振变换单元802和第二谐振变换单元803输出的电流电压情况，输入多路电池均衡控制模块8的总电流情况和电压变换模块3输出的电流情况，以此为第一控制器u1调节第二功率管g2到第七功率管g7的导通角提供依据，隔离变换模块2对供应电源模块1输出的电源通过变压器对进行隔离变换传输，输出直流电能通过电压变换模块3进行dc-dc调节，其中电压变换模块3采用升压电路，通过主控制模块6对其进行恒流控制，主控制模块6中的第一控制器u1配合电池状态检测模块5，并基于卡尔曼滤波方法估算电池包的soc值，计算每个储能单元的荷电状态soc，确定储能单元soc的不均衡度，以此输出脉冲调制信号控制电压变换模块3、多路选择模块7的工作，以此对soc值较低的储能单元进行充电，为soc值较低的储能单元充电时，soc值正常的储能单元将与电压变化模块断开，并且在此时，多路电池均衡控制模块8为主动均衡电路，电压变换模块3和多路选通模块7为单组储能单元的soc均衡电路，俩组电路结合为两层均衡电路，在储能单元放电时，需主控制模块6控制输出通路控制电路901工作，将储能单元与电池包输出控制模块9连接，通过第一控制器u1控制第八功率管g8到第十一功率管g11的导通，改变第八功率管g8到第十一功率管g11的导通时序可实现升压和降压的功能，进而实现放电均衡过程中对输出电压的动态调节。
31.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
32.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。