电池管理系统以及动力电池.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911374312.8 (22)申请日 2019.12.27 (71)申请人 江苏天鹏电源有限公司 地址 215626 江苏省苏州市张家港市新丰 东路6号 (72)发明人 费达郝烨孙晓 (74)专利代理机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 代理人 董建林 (51)Int.Cl. H02J 7/00(2006.01) (54)发明名称 一种电池管理系统以及动力电池 (57)摘要 本发明公开了一种电池管理系统， 属于电池 控制技术领域， 包括多个单体电池串接组成的电。

2、 池组、 主动均衡模块、 被动均衡模块、 电池监测模 块和主控制器。 电池监测模块与主控制器通信连 接， 用于采集电池组的输出信号。 主动均衡模块 和被动均衡模块分别与主控制器通信连接。 主控 制器对输出信号处理后， 向主动均衡模块或被动 均衡模块发出开启或关闭指令。 主动均衡模块的 输出端与所述电池组连接， 控制端与主控制器连 接， 用于电池组间的能量转换。 主动均衡模块包 括多个子均衡模块， 多个子均衡模块与单体电池 一一对应。 子均衡模块用于控制所述对应单体电 池的能量转换。 主动均衡模块同时控制一个或多 个子均衡模块的开启或关闭。 本发明设计简单高 效， 成本低。 权利要求书2页 说明。

3、书4页 附图1页 CN 111146835 A 2020.05.12 CN 111146835 A 1.一种电池管理系统， 其特征在于： 包括多个单体电池串接组成的电池组、 主动均衡模 块、 被动均衡模块、 电池监测模块和主控制器， 所述电池监测模块与主控制器通信连接， 用 于采集电池组的输出信号， 并将所述输出信号传输至主控制器； 所述主动均衡模块和被动 均衡模块分别与主控制器通信连接， 所述主控制器对输出信号进行处理后， 向主动均衡模 块或被动均衡模块发出开启或关闭指令； 所述主动均衡模块的输出端与所述电池组连接， 控制端与主控制器连接， 用于电池组间的能量转换； 所述主动均衡模块包括多个。

4、子均衡模 块， 所述多个子均衡模块与单体电池一一对应， 所述子均衡模块用于控制所述对应单体电 池的能量转换； 所述主动均衡模块同时控制一个或多个子均衡模块的开启或关闭； 所述被 动均衡模块与电池组连接。 2.根据权利要求1所述电池管理系统， 其特征在于： 所述被动均衡模块包括多个被动均 衡单元和被动均衡控制器， 所述被动均衡单元与被动均衡控制器通信连接， 所述被动均衡 单元与单体电池一一对应设置。 3.根据权利要求2所述电池管理系统， 其特征在于： 所述被动均衡单元包括第一电阻、 第二电阻、 第三电阻、 第四电阻、 三极管和被动均衡开关； 所述开被动均衡开关的源极与对 应单体电池的正极连接， 。

5、漏极与第一电阻和对应单体电池的负极连接， 栅极通过第二电阻 与对应单体电池的正极连接； 所述三极管的集电极通过第三电阻与被动均衡开关的栅极连 接， 基极通过第四电阻与被动均衡控制器输出端连接， 发射极与参考地连接。 4.根据权利要求3所述电池管理系统， 其特征在于： 所述三极管为NPN型三极管。 5.根据权利要求1所述电池管理系统， 其特征在于： 所述子均衡控制模块设置有三个， 分别为第一子均衡控制模块、 第二子均衡控制模块和第三子均衡控制模块； 所述第一子均 衡控制模块、 第二子均衡控制模块和第三子均衡控制模块串接。 6.根据权利要求5所述电池管理系统， 其特征在于： 所述第一子均衡控制模块。

6、包括第一 双向反激式变压器和第一子均衡控制器； 所述第一双向反激式变压器的输入端连接有开关 管Q13， 输出端连接有开关管Q12； 所述开关管Q12和开关管Q13的栅极与第一子均衡控制器 连接； 所述开关管Q13的源极和漏极之间串接有二极管VD13， 所述开关管Q12的源极和漏极 之间串接有二极管VD12； 第一双向反激式变压器的与对应单体电池并接； 所述第一双向反 激式变压器的输入端与对应单体电池的正极连接。 7.根据权利要求5所述电池管理系统， 其特征在于： 所述第二子均衡控制模块包括第二 双向反激式变压器和第二子均衡控制器； 所述第二双向反激式变压器的输入端连接有开关 管Q23， 输出端。

7、连接有开关管Q22； 所述开关管Q22和开关管Q23的栅极与第二子均衡控制器 连接； 所述开关管Q23的源极和漏极之间串接有二极管VD23， 所述开关管Q22的源极和漏极 之间串接有二极管VD22； 第二双向反激式变压器的与对应单体电池并接； 所述第二双向反 激式变压器的输入端与对应单体电池的正极连接。 8.根据权利要求5所述电池管理系统， 其特征在于： 所述第三子均衡控制模块包括第三 双向反激式变压器和第三子均衡控制器； 所述第三双向反激式变压器的输入端连接有开关 管Q33， 输出端连接有开关管Q32； 所述开关管Q32和开关管Q33的栅极与第三子均衡控制器 连接； 所述开关管Q33的源极和。

8、漏极之间串接有二极管VD33， 所述开关管Q32的源极和漏极 之间串接有二极管VD32； 第三双向反激式变压器的与对应单体电池并接； 所述第三双向反 激式变压器的输入端与对应单体电池的正极连接。 权利要求书 1/2 页 2 CN 111146835 A 2 9.一种动力电池， 其特征在于： 包含权利要求1至8任意一项所述电池管理系统。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111146835 A 3 一种电池管理系统以及动力电池 技术领域 0001 本发明涉及一种电池管理系统及动力电池， 属于电池控制技术领域。 背景技术 0002 环境问题越加严重的今天， 新能源的开发和应用逐渐受到重视， 其中车。

9、用电池以 其效低污染的特点更加受到瞩目。 0003 由于锂离子电池制造工艺差异、 工作环境不同， 每个电池单体的内阻和容量都存 在微小的差异。 尤其是在成组多次充放电循环后， 这些微小的差异会逐渐积累， 导致电池单 体电压的不一致性增加。 并且由于电池组存在的 “木桶效应” ， 电压的不一致性增加会极大 的降低电池组的可用容量和循环寿命， 对电动汽车的驾驶性能， 甚至安全性造成了极大的 威胁。 因此， 亟需有效的均衡系统来平衡动力电池组的电压， 提高电池的一致性。 0004 目前， 电池均衡方式有被动均衡和主动均衡两大类。 被动均衡是通过电池单体并 联的电阻把电池单体多余的电量以热量的形式放掉。

10、， 从而实现电池单体电压的均衡。 相比 于被动均衡， 主动均衡速度快、 效率高， 主要可以分为基于电容的均衡方法、 基于电感的均 衡方法和基于变压器的均衡方法， 是将能量从电压高的电池转移到电压低的电池， 从而实 现电池电压的快速均衡。 但是现有的均衡方式大都效率低下， 且设计复杂， 成本高。 发明内容 0005 本发明是提供一种电池管理系统， 设计简单高效， 成本低。 0006 为达到上述目的， 本发明所采用的技术方案是： 一种电池管理系统， 包括多个单体 电池串接组成的电池组、 主动均衡模块、 被动均衡模块、 电池监测模块和主控制器， 所述电 池监测模块与主控制器通信连接， 用于采集电池组。

11、的输出信号， 并将所述输出信号传输至 主控制器； 所述主动均衡模块和被动均衡模块分别与主控制器通信连接， 所述主控制器对 输出信号进行处理后， 向主动均衡模块或被动均衡模块发出开启或关闭指令； 所述主动均 衡模块的输出端与所述电池组连接， 控制端与主控制器连接， 用于电池组间的能量转换； 所 述主动均衡模块包括多个子均衡模块， 所述多个子均衡模块与单体电池一一对应， 所述子 均衡模块用于控制所述对应单体电池的能量转换； 所述主动均衡模块同时控制一个或多个 子均衡模块的开启或关闭； 所述被动均衡模块与电池组连接。 0007 优选地， 所述被动均衡模块包括多个被动均衡单元和被动均衡控制器， 所述被。

12、动 均衡单元与被动均衡控制器通信连接， 所述被动均衡单元与单体电池一一对应设置。 0008 优选地， 所述被动均衡单元包括第一电阻、 第二电阻、 第三电阻、 第四电阻、 三极管 和被动均衡开关； 所述开被动均衡开关的源极与对应单体电池的正极连接， 漏极与第一电 阻和对应单体电池的负极连接， 栅极通过第二电阻与对应单体电池的正极连接； 所述三极 管的集电极通过第三电阻与被动均衡开关的栅极连接， 基极通过第四电阻与被动均衡控制 器输出端连接， 发射极与参考地连接。 0009 优选地， 所述三极管为NPN型三极管。 说明书 1/4 页 4 CN 111146835 A 4 0010 优选地， 所述子。

13、均衡控制模块设置有三个， 分别为第一子均衡控制模块、 第二子均 衡控制模块和第三子均衡控制模块； 所述第一子均衡控制模块、 第二子均衡控制模块和第 三子均衡控制模块串接。 0011 优选地， 所述第一子均衡控制模块包括第一双向反激式变压器和第一子均衡控制 器； 所述第一双向反激式变压器的输入端连接有开关管Q13， 输出端连接有开关管Q12； 所述 开关管Q12和开关管Q13的栅极与第一子均衡控制器连接； 所述开关管Q13的源极和漏极之 间串接有二极管VD13， 所述开关管Q12的源极和漏极之间串接有二极管VD12； 第一双向反激 式变压器的与对应单体电池并接； 所述第一双向反激式变压器的输入端。

14、与对应单体电池的 正极连接。 0012 优选地， 所述第二子均衡控制模块包括第二双向反激式变压器和第二子均衡控制 器； 所述第二双向反激式变压器的输入端连接有开关管Q23， 输出端连接有开关管Q22； 所述 开关管Q22和开关管Q23的栅极与第二子均衡控制器连接； 所述开关管Q23的源极和漏极之 间串接有二极管VD23， 所述开关管Q22的源极和漏极之间串接有二极管VD22； 第二双向反激 式变压器的与对应单体电池并接； 所述第二双向反激式变压器的输入端与对应单体电池的 正极连接。 0013 优选地， 所述第三子均衡控制模块包括第三双向反激式变压器和第三子均衡控制 器； 所述第三双向反激式变压。

15、器的输入端连接有开关管Q33， 输出端连接有开关管Q32； 所述 开关管Q32和开关管Q33的栅极与第三子均衡控制器连接； 所述开关管Q33的源极和漏极之 间串接有二极管VD33， 所述开关管Q32的源极和漏极之间串接有二极管VD32； 第三双向反激 式变压器的与对应单体电池并接； 所述第三双向反激式变压器的输入端与对应单体电池的 正极连接。 0014 一种动力电池， 包含上述电池管理系统。 0015 本发明通过主控制器对电池当前状态的判断， 选择启动被动均衡模块或是主动均 衡模块， 从而对电池组进行高效率地均衡。 本发明还通过设置子均衡模块对单体电池进行 对应控制， 设计简单且减少了主动均衡。

16、模块的工作量， 提升了动力电池的均衡效果。 附图说明 0016 图1为本发明实施例提供的一种电池管理系统的结构示意图； 图2为本发明实施例提供的一种电池管理系统的电路示意图。 具体实施方式 0017 为了更好的理解本发明的实质， 下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的 阐述。 0018 本发明适用于电池控制技术领域， 尤其适用于电动摩托车的电池均衡， 具体实施 例结构如图1所示， 一种电池管理系统包括多个单体电池组成的电池组、 主动均衡模块、 被 动均衡模块、 电池监测模块和主控制器。 电池监测模块与主控制器通信连接， 用于采集电池 组的输出信号， 并将所述输出信号传输至主控制器。 主动均。

17、衡模块和被动均衡模块分别与 主控制器通信连接。 主控制器对输出信号进行处理后， 向主动均衡模块或被动均衡模块发 出开启或关闭指令。 主动均衡模块的输出端与所述电池组连接， 控制端与主控制器连接， 用 说明书 2/4 页 5 CN 111146835 A 5 于电池组间的能量转换。 主动均衡模块包括多个子均衡模块， 多个子均衡模块与单体电池 一一对应， 子均衡模块用于控制所述对应单体电池的能量转换。 主动均衡模块同时控制一 个或多个子均衡模块的开启或关闭。 0019 如图2所示， 子均衡控制模块制模块设置有三个， 分别为第一子均衡控制模块、 第 二子均衡控制模块和第三子均衡控制模块。 第一子均衡。

18、控制模块、 第二子均衡控制模块和 第三子均衡控制模块串接。 0020 第一子均衡控制模块包括第一双向反激式变压器T1和第一子均衡控制器。 第一双 向反激式变压器T1的输入端连接有开关管Q13， 输出端连接有开关管Q12。 开关管Q12和开关 管Q13的栅极与第一子均衡控制器连接。 开关管Q13的源极和漏极之间串接有二极管VD13。 开关管Q12的源极和漏极之间串接有二极管VD12。 第一双向反激式变压器T1与对应单体电 池B1并接。 第一双向反激式变压器T1的输入端与对应单体电池B1的正极连接。 0021 第二子均衡控制模块包括第二双向反激式变压器T2和第二子均衡控制器。 第二双 向反激式变压。

19、器的输入端连接有开关管Q23， 输出端连接有开关管Q22。 开关管Q22和开关管 Q23的栅极与第二子均衡控制器连接。 开关管Q23的源极和漏极之间串接有二极管VD23， 所 述开关管Q22的源极和漏极之间串接有二极管VD22。 第二双向反激式变压器T2与对应单体 电池B2并接。 第二双向反激式变压器T2的输入端与对应单体电池B2的正极连接。 0022 第三子均衡控制模块包括第三双向反激式变压器T3和第三子均衡控制器。 第三双 向反激式变压器T3的输入端连接有开关管Q33， 输出端连接有开关管Q32。 开关管Q32和开关 管Q33的栅极与第三子均衡控制器连接。 开关管Q33的源极和漏极之间串接。

20、有二极管VD33， 所述开关管Q32的源极和漏极之间串接有二极管VD32。 第三双向反激式变压器T3与对应单 体电池B3并接。 第三双向反激式变压器T3的输入端与对应单体电池B3的正极连接。 0023 第一双向反激式变压器T1、 第二双向反激式变压器T2和第一双向反激式变压器T3 的输入端串联。 0024 被动均衡模块与电池组连接。 被动均衡模块包括多个被动均衡单元。 被动均衡单 元与被动均衡控制器通信连接。 被动均衡单元与单体电池一一对应设置。 0025 电池B1的被动均衡单元包括第一电阻R1、 第二电阻R2、 第三电阻R3、 第四电阻R4、 三极管D1、 被动均衡开关Q11。 被动均衡开关。

21、Q11的源极与对应单体电池B1的正极连接， 漏极 与第一电阻R1和对应单体电池B1的负极连接， 栅极通过第二电阻R2与对应单体电池B1的正 极连接。 三极管D1的集电极通过第三电阻与Q11的栅极连接， 基极通过第四电阻R4与被动均 衡控制器输出端连接， 发射极与参考地连接。 三极管D1为NPN型三极管。 0026 电池B2的被动均衡单元包括第六电阻R6、 第七电阻R7、 第八电阻R8、 第九电阻R9、 三极管D2、 被动均衡开关Q21。 被动均衡开关Q21的源极与对应单体电池B2的正极连接， 漏极 与第六电阻R6和对应单体电池B2的负极连接， 栅极通过第七电阻R7与对应单体电池B2的正 极连接。

22、。 三极管D2的集电极通过第八电阻与Q21的栅极连接， 基极通过第九电阻R9与被动均 衡控制器输出端连接， 发射极与参考地连接。 三极管D1为NPN型三极管。 0027 当电池监测模块监测到电池组中某一单体电池能量与其他单体电池能量差异较 大并达到主动均衡预设阈值时， 由主控制器开启主动均衡模块， 关闭被动均衡模块。 当电池 监测模块监测到电池组中某一单体电池能量与其他单体电池能量差异较小并达到被动均 衡预设阈值时， 由主控制器开启被动均衡模块， 关闭主动均衡模块。 若未达到被动均衡预设 说明书 3/4 页 6 CN 111146835 A 6 阈值时， 由主控制器关闭被动均衡模块和主动均衡模。

23、块。 0028 假设单体电池B1能量偏高， 需要开启主动均衡模块时， 主控制器向主动均衡模块 发送开启指令， 由主动均衡模块向第一子均衡模块控制器发送开启初级绕组开关的指令， 此时多余的电能存储在第一双向反激式变压器T1中。 关闭初级绕组开关， 存储在第一双向 反激式变压器T1中的电能释放至单体电池B1内。 0029 假设单体电池B1能量偏高， 需要开启被动均衡模块时， 主控制器向被动均衡模块 发送开启指令， 向单体电池B1对应的三极管D1输出高电平， 此时三极管Q2导通， 单体电池B1 通过第二电阻R2， 第三电阻R3接地， 开关管Q11接通， 此时单体电池B1的均衡放电电路开通， 通过第一电阻R1进行放电。 0030 一种动力电池， 包含上述电池管理系统。 0031 应当指出， 虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述， 然而本发明还可有其它 多种实施方式。 在不脱离本发明精神和范围的前提下， 熟悉本领域的技术人员显然可以对 本发明做出各种相应的改变和变形， 但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及 其等效物所保护的范围内。 说明书 4/4 页 7 CN 111146835 A 7 图1 图2 说明书附图 1/1 页 8 CN 111146835 A 8 。