技术领域
[0001] 本
发明涉及动力电池领域，特别涉及一种动力电池组的均衡装置、系统及方法。
背景技术
[0002]
汽车是当今人类社会中的最重要的交通工具之一，并且采用
电能作为动力的的电动汽车，以其环保的特性，越来越受到大家的欢迎。
[0003] 电动汽车中的核心部件之一为提供动力的动力电池。通常情况下，为了储存较大的电量，动力电池采用多个
单体电池通过
串联、并联的方式构成一个动力电池组。
[0004] 然而，每个单体电池因为在出厂时工艺及老化程度不一致等因素导致单体电池的容量与内阻出现不一致。在动力电池组的应用过程中，单体电池之间的SOC(
荷电状态，State of Charge)出现不一致，导致动力电池组中的部分单体电池出现过充电、过放电等问题，从而影响整个动力电池组的使用寿命。
发明内容
[0005] 本发明提供了一种动力电池组的均衡装置、系统及方法，用以解决
现有技术中动力电池组的部分单体电池出现过充电、过放电，从而影响整个动力电池组的使用寿命的问题。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0007] 依据本发明的一个方面，提供了一种动力电池组的均衡装置，包括：
[0008]
反激变换器，所述反激变换器的每个次级线圈均与动力电池组中的一个单体电池串联，并且所述次级线圈与所述单体电池之间连接有第一选择模
块；
[0009] 所述反激变换器的初级线圈分别连接所述动力电池组的正极和负极，所述初级线圈与所述动力电池组之间连接有第二选择模块；
[0010]
控制器，所述第一选择模块和所述第二选择模块均与所述控制器连接；
[0011]
电压获取模块，所述电压获取模块与所述动力电池组中的单体电池以及控制器均连接；
[0012] 所述电压获取模块，用于获取所述单体电池的电压值并传输至所述控制器，所述控制器用于根据所述电压值，控制所述第一选择模块连通所述单体电池、所述次级线圈和所述第一选择模块所在的回路，以及控制所述第二选择模块连通所述动力电池组、所述初级线圈和所述第二选择模块所在的回路。
[0013] 进一步地，所述第一选择模块为并联设置的第一晶体管和第二晶体管，所述第二选择模块为并联设置的第三晶体管和第四晶体管；
[0014] 所述控制器具体用于根据所述电压值，控制所述第一晶体管、第二晶体管和所述第三晶体管的导通与断开。
[0015] 进一步地，所述控制器，还用于获取所述动力电池组的工作模式，其中所述动力电池组的工作模式包括：充电模式、放电模式和静置模式。
[0016] 进一步地，所述控制器在所述动力电池组的工作模式为充电模式，所述单体电池中的第一单体电池的电压值大于剩余所述单体电池的电压值，并且大于第一预定
阈值时，控制所述第一晶体管和所述第二晶体管中，仅与所述第一单体电池连接的所述第一晶体管导通。
[0017] 进一步地，所述控制器在所述动力电池组的工作模式为充电模式，所述单体电池中的第一单体电池的电压值大于剩余所述单体电池的电压值，大于第一预定阈值，并且大于或等于第一阈值时，控制所述第一晶体管和所述第二晶体管中，仅与所述第一单体电池连接的所述第一晶体管导通，其中所述第一阈值为所述单体电池的电压值中除去最高电压值与最
低电压值之后的平均电压值与第二预定阈值的和。
[0018] 进一步地，所述控制器在所述动力电池组的工作模式为放电模式或者静置模式，所述单体电池中的第一单体电池的电压值小于剩余所述单体电池的电压值，并且小于第三预定阈值时，控制所述第一晶体管和所述第二晶体管中，仅与所述第一单体电池连接的所述第二晶体管导通，以及所述第三晶体管导通。
[0019] 进一步地，所述控制器在所述动力电池组的工作模式为放电模式或者静置模式，所述单体电池中的第一单体电池的电压值小于剩余所述单体电池的电压值，并且小于第三预定阈值，并且小于或等于第二阈值时，控制所述第一晶体管和所述第二晶体管中，仅与所述第一单体电池连接的所述第二晶体管导通，以及所述第三晶体管导通，其中所述第二阈值为所述单体电池的电压值中除去最高电压值与最低电压值之后的平均电压值与第四预定阈值的差。
[0020] 进一步地，所述电压获取模块包括：继电器模块和
模数转换模块，其中所述继电器模块具有多路输入端，所述继电器模块的控制端与所述控制器连接，每路输入端与一个所述单体电池连接，输出端与所述模数转换模块连接，所述模数转换模块的输出端与所述控制器连接；
[0021] 所述控制器控制所述继电器模块导通第一输入端与输出端，与所述继电器模块的第一输入端连接的所述单体电池将自身的电压值
信号通过所述继电器模块传输至所述模数转换模块，所述模数转换模块将所述电压值信号由
模拟信号转换为
数字信号并传输至所述控制器。
[0022] 进一步地，所述电压获取模块还包括光电耦合模块；所述光电耦合模块连接于所述模数转换模块与所述控制器之间；
[0023] 所述光电耦合模块用于将来自所述模数转换模块的
电信号传输至所述控制器。
[0024] 进一步地，所述电压获取模块还包括信号调整模块，所述信号调整模块连接于所述继电器模块和所述模数转换模块之间；
[0025] 所述信号调整模块用于对来自继电器模块的电信号进行电压调整，并将电压调整之后的电
信号传输至所述模数转换模块。
[0026] 进一步地，所述动力电池组的均衡装置还包括：保护模块；每个所述单体电池均与一所述保护模块连接，所述保护模块的控制端均与所述控制器连接。
[0027] 进一步地，所述第一晶体管、第二晶体管和所述第三晶体管均为
场效应晶体管，并且每个所述第一晶体管和所述第二晶体管的源极、漏极之间设置有寄生
二极管。
[0028] 进一步地，每个所述第一晶体管的漏极均串联一个二极管，并且所述第一晶体管的漏极与所述二极管的负极连接。
[0029] 进一步地，每个所述第二晶体管的漏极均串联一个二极管，并且所述第二晶体管的漏极与所述二极管的负极连接。
[0030] 依据本发明的又一个方面，提供了一种动力电池组的均衡系统，包括如上所述的动力电池组的均衡装置。
[0031] 依据本发明的又一个方面，提供了一种动力电池组的均衡系统的均衡方法，所述动力电池组的均衡系统为如上所述的均衡系统，所述方法包括：
[0032] 动力电池组的均衡系统获取动力电池组中单体电池的电压值，以及所述动力电池组的工作状态，其中所述动力电池组的工作状态包括：充电模式、放电模式和静置模式；
[0033] 在所述动力电池组的工作状态为充电模式时，若所述单体电池的电压值中第一单体电池的电压值大于剩余所述单体电池的电压值，并且大于第一预定阈值时，对所述第一单体电池进行放电；
[0034] 在所述动力电池组的工作状态为放电模式或者静置模式时，若所述单体电池的电压值中第一单体电池的电压值小于剩余所述单体电池的电压值，并且小于第三预定阈值时，对所述第一单体电池进行充电。
[0035] 本发明的有益效果是：
[0036] 上述技术方案，将每个单体电池与反激变换器的一个次级线圈串联，并将反激变换器的初级线圈与动力电池组的正极和负极连接，从而可以实现对单体电池单独的充电和放电；并且通过第一选择模块和第二选择模块导通的线路，实现对部分需要放电的单体电池进行放电，对部分需要充电的单体电池进行充电，从而均衡动力电池组中的单体电池。
附图说明
[0037] 图1表示本发明
实施例提供的一种动力电池组的均衡装置示意图；
[0038] 图2表示本发明实施例提供的一种动力电池组的均衡装置等效示意图之一；
[0039] 图3表示本发明实施例提供的一种动力电池组的均衡装置等效示意图之二；
[0040] 图4表示本发明实施例提供的保护模块示意图；
[0041] 图5表示本发明实施例提供的一种动力电池组的均衡方法应用示意图。
[0042] 附图标记说明：
[0043] 11、反激变换器；12、第一选择模块；13、第二选择模块；L1、次级线圈；L2、初级线圈；B、单体电池；B2、第二单体电池；Q1、第一晶体管；T1、第二晶体管；Qt、第三晶体管；Dt、第四晶体管。
具体实施方式
[0044] 下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0045] 如图1所示，本发明实施例提供了一种动力电池组的均衡装置，该动力电池组的均衡装置包括：反激变换器11，反激变换器11的每个次级线圈L1均与动力电池组中的一个单体电池B串联，并且次级线圈L1与单体电池B之间连接有第一选择模块12；
[0046] 反激变换器11的初级线圈L2分别连接动力电池组的正极和负极，初级线圈L2与动力电池组之间连接有第二选择模块13；
[0047] 控制器，第一选择模块12和第二选择模块13均与控制器连接；
[0048] 电压获取模块，电压获取模块与动力电池组中的单体电池B以及控制器均连接；
[0049] 电压获取模块，用于获取单体电池B的电压值并传输至控制器，控制器用于根据电压值，控制第一选择模块12连通单体电池B、次级线圈L1和第一选择模块12所在的回路，以及控制第二选择模块13连通动力电池组、初级线圈L2和第二选择模块13所在的回路。
[0050] 应当说明的是，反激变换器11可以采用集中式
变压器，使用143微亨的电感作为集中式变压器的初级线圈L2，采用4.4微亨的电感作为集中式变压器的次级线圈L1。控制器可以采用具有处理控制功能的
单片机，例如型号为78F0888的8位单片机。
[0051] 本发明实施例中，将每个单体电池B与反激变换器11的一个次级线圈L1串联，并将反激变换器11的初级线圈L2与动力电池组的正极和负极连接，从而可以实现对单体电池B单独的充电和放电；并且通过第一选择模块12和第二选择模块13导通的线路，实现对部分需要放电的单体电池B进行放电，对部分需要充电的单体电池B进行充电，从而均衡动力电池组中的单体电池B。
[0052] 在上述发明实施例的
基础上，本发明实施例中，第一选择模块12为并联设置的第一晶体管Q1和第二晶体管T1，第二选择模块13为并联设置的第三晶体管Qt和第四晶体管Dt；
[0053] 控制器具体用于根据电压值，控制第一晶体管Q1、第二晶体管T1和第三晶体管Qt的导通与断开。
[0054] 应当说明的是，通过第一晶体管Q1和第二晶体管T1的导通与断开，可以实现单体电池B与次级线圈L1所在的回路的连通与断开，较佳的，第一晶体管Q1、第二晶体管T1和第三晶体管Qt均为场效应晶体管，并且每个第一晶体管Q1和第二晶体管T1的源极、漏极之间设置有寄生二极管。
[0055] 并且可以将第一晶体管Q1和第二晶体管T1分别作为单体电池B充电和放电的
开关，较佳的，每个第一晶体管Q1的漏极均串联一个二极管，并且第一晶体管Q1的漏极与二极管的负极连接。每个第二晶体管T1的漏极均串联一个二极管，并且第二晶体管T1的漏极与二极管的负极连接，从而保证了第一选择模块12同一时刻只能导通一条线路，第一晶体管Q1和与其漏极串联的二极管构成的第一线路，或者第二晶体管T1和与其漏极串联的二极管构成的第二线路。
[0056] 在上述各发明实施例的基础上，本发明实施例中，控制器，还用于获取动力电池组的工作模式，其中动力电池组的工作模式包括：充电模式、放电模式和静置模式。
[0057] 在上述各发明实施例的基础上，本发明实施例中，控制器在动力电池组的工作模式为充电模式，单体电池B中的第一单体电池的电压值大于剩余单体电池B的电压值，并且大于第一预定阈值时，控制第一晶体管Q1和第二晶体管T1中，仅与第一单体电池连接的第一晶体管Q1导通。
[0058] 应当说明的是，在充电模式中当所有单体电池B的剩余电量较多时，可以检测动力电池组是否需要开启均衡模式，根据单体电池B的剩余电量与本身电压值之间的关系，当单体电池B的电压值达到第一预定阈值时，可以认为该单体电池B的剩余电量较多。第一预定阈值可以是4伏特左右的任一数值，较佳的第一预定阈值可以为4.0伏特。是否需要开启均衡模式对动力电池组进行均衡，可以是在所有单体电池B的电压值均达到4.0伏特之后，判断是否存在一单体电池B的电压值大于剩余单体电池B的电压值，若存在，则需要开启均衡模式，对该具有最高电压值的单体电池B进行放电处理，控制所有第一晶体管Q1和所有第二晶体管T1中，仅与具有最高电压值的单体电池B连接的第一晶体管Q1导通，从而对该具有最高电压值的单体电池B进行放电，其等效
电路如图2所示，所有单体电池的电压值均大于4.0伏特，并且第二单体电池B2的电压值大于剩余单体电池的电压值，控制器导通与第二单体电池B2连接的第一晶体管Q1，第二单体电池B2对初级线圈L1充电，从而释放第二单体电池B2本身的电量，达到所有单体电池之间的均衡。较佳的，在导通与第二单体电池B2连接的第一晶体管Q1的同时，断开第三晶体管Qt，充电之后的次级线圈L1对初级线圈L2进行充电，初级线圈L2将作为电源通过第三晶体管Qt对动力电池组进行充电。
[0059] 在上述各发明实施例的基础上，本发明实施例中，控制器在动力电池组的工作模式为充电模式，单体电池B中的第一单体电池的电压值大于剩余单体电池B的电压值，大于第一预定阈值，并且大于或等于第一阈值时，控制第一晶体管Q1和第二晶体管T1中，仅与第一单体电池连接的第一晶体管Q1导通，其中第一阈值为单体电池B的电压值中除去最高电压值与最低电压值之后的平均电压值与第二预定阈值的和。
[0060] 应当说明的是，第二预定阈值为30毫伏左右的任一数值，较佳的，第二预定阈值为30毫伏，第一阈值可以为所有单体电池B的平均电压值。
[0061] 在上述各发明实施例的基础上，本发明实施例中，控制器在动力电池组的工作模式为放电模式或者静置模式，单体电池B中的第一单体电池的电压值小于剩余单体电池B的电压值，并且小于第三预定阈值时，控制第一晶体管Q1和第二晶体管T1中，仅与第一单体电池连接的第二晶体管T1导通，以及第三晶体管Qt导通。
[0062] 应当说明的是，在放电模式或者静置模式中当所有单体电池B的剩余电量较少时，可以检测动力电池组是否需要开启均衡模式，根据单体电池B的剩余电量与本身电压值之间的关系，当单体电池B的电压值降低到第三预定阈值时，可以认为该单体电池B的剩余电量较少。第三预定阈值可以是4伏特左右的任一数值，较佳的第三预定阈值可以为4.0伏特。是否需要开启均衡模式对动力电池组进行均衡，可以是在所有单体电池B的电压值均降低到4.0伏特之后，判断是否存在一单体电池B的电压值小于剩余单体电池B的电压值，若存在，则需要开启均衡模式，对该具有最低电压值的单体电池B进行充电处理，控制所有第一晶体管Q1和所有第二晶体管T1中，仅与具有最低电压值的单体电池B连接的第二晶体管T1导通，从而对该具有最低电压值的单体电池B进行充电，其等效电路如图3所示，所有单体电池的电压值均小于4.0伏特，并且第二单体电池B2的电压值小于剩余单体电池的电压值，控制器控制与第二单体电池B2连接的第二晶体管T1导通，以及第三晶体管Qt导通。动力电池组对初级线圈L2进行充电，初级线圈L2对次级线圈L1进行充电，次级线圈L1通过第二晶体管T1对第二单体电池B2进行充电，从而达到所有单体电池之间的均衡。
[0063] 在上述各发明实施例的基础上，本发明实施例中，控制器在动力电池组的工作模式为放电模式或者静置模式，单体电池B中的第一单体电池的电压值小于剩余单体电池B的电压值，并且小于第三预定阈值，并且小于或等于第二阈值时，控制第一晶体管Q1和第二晶体管T1中，仅与第一单体电池连接的第二晶体管T1导通，以及第三晶体管Qt导通，其中第二阈值为单体电池B的电压值中除去最高电压值与最低电压值之后的平均电压值与第四预定阈值的差。
[0064] 应当说明的是，第四预定阈值为30毫伏左右的任一数值，较佳的，第四预定阈值为30毫伏，第二阈值可以为所有单体电池B的平均电压值。
[0065] 在上述各发明实施例的基础上，本发明实施例中，电压获取模块包括：继电器模块和模数转换模块，其中继电器模块具有多路输入端，继电器模块的控制端与控制器连接，每路输入端与一个单体电池B连接，输出端与模数转换模块连接，模数转换模块的输出端与控制器连接；
[0066] 控制器控制继电器模块导通第一输入端与输出端，与继电器模块的第一输入端连接的单体电池B将自身的电压值信号通过继电器模块传输至模数转换模块，模数转换模块将电压值信号由模拟信号转换为数字信号并传输至控制器。
[0067] 应当说明的是，继电器模块为光电继电器，其型号可以为AQW214，模数转换模块可以为模数转换芯片，其型号可以为MAX1241。电压获取模块还包括信号调整模块，信号调整模块连接于继电器模块和模数转换模块之间；
[0068] 信号调整模块用于对来自继电器模块的电信号进行电压调整，并将电压调整之后的电信号传输至模数转换模块。
[0069] 在上述各发明实施例的基础上，本发明实施例中，电压获取模块还包括光电耦合模块；光电耦合模块连接于模数转换模块与控制器之间；
[0070] 光电耦合模块用于将来自模数转换模块的电信号传输至控制器。
[0071] 在上述各发明实施例的基础上，本发明实施例中，动力电池组的均衡装置还包括：保护模块；每个单体电池B均与一保护模块连接，保护模块的控制端均与控制器连接。
[0072] 应当说明的是，保护模块用于保护反激变换器11的初级线圈L2和次级线圈L1，较佳的，保护模块具体电路如图4所示，通过第一电容C85和第一
电阻R135构成RC电路，来抑制控制器的脉冲宽度，调整单体电池充放电的时间，从而防止初级线圈L2和次级线圈L1上的
电流过大，实现对反激变换器11的保护。
[0073] 依据本发明的又一个方面，提供了一种动力电池组的均衡系统，包括上述各发明实施例提供的动力电池组的均衡装置。
[0074] 本发明实施例中，将每个单体电池与反激变换器的一个次级线圈串联，并将反激变换器的初级线圈与动力电池组的正极和负极连接，从而可以实现单体电池单独的充电和放电；并且通过第一选择模块和第二选择模块导通的线路，实现对部分需要放电的单体电池进行放电，对部分需要充电的单体电池进行充电，从而均衡动力电池组中的单体电池。
[0075] 依据本发明的又一个方面，提供了一种动力电池组的均衡系统的均衡方法，动力电池组的均衡系统为上述发明实施例提供的动力电池组的均衡系统，方法包括：
[0076] 动力电池组的均衡系统获取动力电池组中单体电池的电压值，以及动力电池组的工作状态，其中动力电池组的工作状态包括：充电模式、放电模式和静置模式；
[0077] 在动力电池组的工作状态为充电模式时，若单体电池的电压值中第一单体电池的电压值大于剩余单体电池的电压值，并且大于第一预定阈值时，对第一单体电池进行放电；
[0078] 在动力电池组的工作状态为放电模式或者静置模式时，若单体电池的电压值中第一单体电池的电压值小于剩余单体电池的电压值，并且小于第三预定阈值时，对第一单体电池进行充电。
[0079] 本发明实施例中，动力电池组中单体电池的电压值，以及动力电池组的工作状态，实现对部分需要放电的单体电池进行放电，对部分需要充电的单体电池进行充电，从而均衡动力电池组中的单体电池。
[0080] 如图5所示，本发明实施例为一种动力电池组的均衡系统的均衡方法应用示意图，首先检测单体电池的电压值，按照电压值从大到小的顺序对所有单体电池进行排序；判断是否满足均衡条件，应当说明的是，动力电池组的工作模式有充电模式、放电模式和静置模式；不同工作模式下的均衡条件不同，例如充电模式下的均衡条件为所有单体电池的电压值均大于4.0伏特，并且某一个单体电池的电压值大于剩余单体电池的电压值，放电/静置模式下的均衡条件为所有单体电池的电压值均小于4.0伏特，并且某一个单体电池的电压值小于剩余单体电池的电压值。当动力电池组处于充电模式下，并且需要均衡，确定需要均衡的单体电池编号即确定电压值最大的单体电池的编号，然后确定需要均衡的时间，根据均衡时间以及确定的单体电池的编号进行充电均衡；当然当动力电池组处于放电/静置模式下，并且需要均衡时，确定需要均衡的单体电池编号即确定电压值最小的单体电池的编号，然后确定需要均衡的时间，根据均衡时间以及确定的单体电池的编号进行放电均衡；然后判断本次均衡是否结束，若均衡结束则停止进行均衡，若未结束则延时均衡所需的时间。
[0081] 尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和
修改。所以，所附
权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
[0082] 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
