專利名稱：一種基于dc/dc變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電子技術(shù)和新能源領(lǐng)域的電池組均衡技術(shù)，尤其是涉及一種基于 DC/DC變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置。
背景技術(shù)：
目前，在電池組管理系統(tǒng)中使用的均衡技術(shù)，多為被動式均衡，由于被動式均衡存在均衡電流小、均衡能力低下、熱耗散嚴(yán)重、只能在充電末階段起到均衡作用等缺點而使其無法滿足電池組管理系統(tǒng)的發(fā)展需要。主動式均衡技術(shù)相對于消耗能量的被動式均衡技術(shù)，以能量轉(zhuǎn)移的方式來實現(xiàn)電池組均衡，其轉(zhuǎn)移方向精確，正滿足了電池組管理系統(tǒng)的發(fā)展需求。目前，為數(shù)不多的主動式均衡方案以基于變壓器的主動式均衡最為常見，但由于其體積大、成本高、能效較低的缺點使其難以得到廣泛的使用。本實用新型為了克服上述缺陷，進行了有益的改進。

實用新型內(nèi)容為了提高均衡能力、減小安裝體積、降低制造成本、提高能效比，本實用新型電池組主動式均衡技術(shù)采用DC/DC變換器和繼電器陣列開關(guān)配合實現(xiàn)電池組和單體電池之間的能量轉(zhuǎn)移。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案一種基于DC/DC變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置，其特殊之處在于 所述的電池組主動式均衡裝置包括至少一個DC/DC變換器和至少一個繼電器陣列，所述的 DC/DC變換器包括一個DC/DC隔離變換主電路和一個DC/DC變換控制電路，所述的DC/DC隔離變換主電路的工作狀態(tài)受DC/DC變換控制電路控制，所述繼電器陣列連接有至少兩個含有雙組觸點的繼電器，含有雙組觸點的繼電器用于切換單體電池正、負極與DC/DC低壓端正、負極間的連接，所述的繼電器陣列由繼電器陣列驅(qū)動電路控制；進一步地，所述DC/DC變換器為雙向DC/DC變換器或者單向DC/DC變換器；進一步地，所述雙向DC/DC變換器包括一個雙向DC/DC隔離變換主電路，所述雙向 DC/DC隔離變換主電路包括一個升壓隔離變換電路和一個降壓隔離變換電路，所述升壓隔離變換電路采用多級升壓技術(shù)；進一步地，所述單向DC/DC變換器包括一個單向DC/DC隔離變換主電路；進一步地，所述雙向DC/DC變換器具有高壓輸入輸出端口(雙向可逆變換)、低壓輸入輸出端口(雙向可逆變換)以及工作模式控制接口，所述雙向DC/DC變換器的高壓輸入輸出端口連接電池組總正、負極，作為輸入端口時為DC/DC變換電路提供電池組總電壓輸入，作為輸出端口時為電池組提供不小于該電池組最高允許電壓值的輸出電壓，所述雙向DC/DC變換器的低壓輸入輸出端口連接至一個繼電器陣列，作為輸出端口時為由繼電器陣列所選擇接通的單體電池提供不小于該單體電池最高允許電壓值的輸出電壓，作為輸入端口時由繼電器陣列所選擇接通的單體電池將為DC/DC變換電路提供單體電壓輸入，所述雙向DC/DC變換器的工作模式控制接口通過光耦隔離，用于選擇控制升壓變換、降壓變換和停止變換三種工作模式；進一步地，所述單向DC/DC變換器具有高壓輸入端口(僅有從高壓到低壓的單向變換)、低壓輸出端口(僅有從高壓到低壓的單向變換)和工作模式控制接口，所述單向 DC/DC變換器的高壓輸入端口連接電池組總正、負極，為單向DC/DC變換電路提供電池組總電壓輸入，所述單向DC/DC變換器的低壓輸出端口連接至一個繼電器陣列，為由繼電器陣列所選擇接通的單體電池提供不小于該單體電池最高允許電壓值的輸出電壓，所述單向 DC/DC變換器的工作模式控制接口通過光耦隔離，用于選擇控制降壓變換和停止變換兩種工作模式；進一步地，所述繼電器陣列至少由兩個具有雙組常開觸點的繼電器構(gòu)成，每個繼電器分別與電池組中的一個對應(yīng)單體電池相連接，繼電器的其中一組觸點的常開端與對應(yīng)單體電池的負極相連，繼電器中相應(yīng)的該組觸點的公共端與DC/DC變換器負極相連接，繼電器另一組觸點的常開端與對應(yīng)單體電池的正極相連，繼電器相應(yīng)的該組觸點的公共端與 DC/DC變換器正極相連接，所述繼電器陣列有一個繼電器陣列驅(qū)動電路驅(qū)動控制；進一步地，所述繼電器陣列驅(qū)動電路由至少一片4-16譯碼器集成電路或3-8譯碼器集成電路或2-4譯碼器集成電路構(gòu)成，所述繼電器陣列驅(qū)動電路有一個控制端口和一個驅(qū)動輸出端口，所述控制端口可受電池管理系統(tǒng)主控單元控制，驅(qū)動輸出端口連接驅(qū)動繼電器的N溝道MOSFET管或NPN三極管；同一時間只允許一個繼電器吸合?；贒C/DC變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置的關(guān)鍵技術(shù)在于如何實現(xiàn)電池組與某一個單體電池之間的能量轉(zhuǎn)換。對于一組單體電池串聯(lián)個數(shù)為N節(jié)的電池組來說，如果采用1個DC/DC變換器，并將DC/DC變換電路中的主變壓器設(shè)計成一個初級繞組和N個次級繞組，每個次級繞組連接一個單體電池的方式，會使該變壓器的體積變得很大。 如果限制變壓器的體積，便會使轉(zhuǎn)換功率受到限制。不便于小型車輛安裝使用。如果采用多個DC/DC變換器，則需要N個DC/DC變換器，這樣會大大增加成本。本實用新型采用單個 DC/DC來均衡多個電池，通過開關(guān)陣列來對每個電池進行分時均衡。每個DC/DC變換器只需提供一個高壓輸入輸出端口和一個低壓輸入輸出端口，DC/DC變壓器的隔離邊繞組輸出連接開關(guān)陣列的公共端口。對于電池數(shù)量較多或是需要更高的均衡能力的應(yīng)用場合，本實用新型實現(xiàn)了多個DC/DC變換器和開關(guān)陣列并用，每個DC/DC變換器和開關(guān)陣列分別負責(zé)均衡電池組中的其中一部分電池，有效提高均衡能力。本實用新型不僅可以實現(xiàn)電池組和每個單體電池之間的高效能量轉(zhuǎn)換，而且有成本低、體積小、安裝方便等優(yōu)點?；贒C/DC變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置的另一個關(guān)鍵技術(shù)在于如何設(shè)計開關(guān)陣列使其方便地切換各單體電池與DC/DC低壓輸入輸出端口的連接。由于每個單體電池之間必須相互隔離，所以不能采用一般的功率開關(guān)。本實用新型采用小體積大電流的雙組觸點繼電器，每個繼電器連接一個單體電池，在降低成本的同時，可以到達較大的電流要求。均衡工作時采用控制DC/DC輸出的啟動和關(guān)閉，使繼電器觸點的吸合和釋放始終處于零電流狀態(tài)的工作方式，可以有效延長繼電器的使用壽命。本實用新型主動式均衡裝置的繼電器陣列，有至少一塊4-16譯碼器或3-8譯碼器或2-4譯碼器集成電路構(gòu)成的驅(qū)動電路驅(qū)動控制，使繼電器陣列在同一時間只有一個繼電器吸合，確保電路工作安全。該驅(qū)動電路受電池管理系統(tǒng)主控單元控制。本實用新型主動式均衡裝置采用的DC/DC變換器的輸出啟動/關(guān)閉可受電池管理系統(tǒng)主控單元控制，雙向DC/DC變換器有降壓變換、升壓變換和停止變換三種工作模式，單向DC/DC變換器僅降壓變換和停止變換兩種工作模式。在電池管理系統(tǒng)需要均衡時開啟 DC/DC工作，不需要均衡時則關(guān)閉DC/DC工作。本實用新型的有益效果均衡能力明顯提高、縮小安裝體積、降低制造成本、能效 t匕提尚ο

圖1是本實用新型電池組主動式均衡裝置的電路框架；圖2是本實用新型所使用的繼電器陣列電路結(jié)構(gòu)；附圖標(biāo)記1.電池組；2. DC/DC變換器；3.繼電器陣列；4.繼電器陣列驅(qū)動控制電路；5.電池管理系統(tǒng)主控單元；A.電池組內(nèi)單體電池；B.雙組觸點繼電器；C.單個繼電器驅(qū)動電路；a.繼電器連單體電池的觸點；b.繼電器連DC/DC變換器的觸點；c.繼電器控制端。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進一步的說明。本實用新型的實施例參考圖1所示，本實用新型基于DC/DC變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置，包括至少一個雙向或單向DC/DC變換器2，每個DC/DC變換器的高壓端連接至電池組1總正極(VPACK+)和總負極(VPACK-)，低壓端連接一個繼電器陣列3， 每個繼電器陣列至少接有2個雙組觸點的繼電器B。繼電器陣列由一個繼電器陣列驅(qū)動控制電路4控制。DC/DC變換器2和繼電器陣列驅(qū)動電路4均可受控于電池組管理主控單元 5。DC/DC變換器最多包括三種工作模式，分別為升壓變換、降壓變換和停止變換，這三種工作模式可由電池組管理主控單元通過DC/DC變換器的控制端口(Control)進行選擇。當(dāng)DC/DC變換器工作在升壓變換模式時，能量可從單體電池轉(zhuǎn)移到電池組；當(dāng)DC/DC變換器工作在降壓變換模式時，能量則可從電池組轉(zhuǎn)移到單體電池；當(dāng)DC/DC變換器停止工作時，不進行能量轉(zhuǎn)移。本實用新型的實施例參考圖2所示，對于一組單體電池數(shù)量為N的電池組，繼電器陣列共需要N個雙組觸點的繼電器，并設(shè)N+1條均衡線連接至電池組內(nèi)對應(yīng)的單體電池。 繼電器陣列中的每個繼電器擁有兩組觸點，其中一組觸點連至電池組內(nèi)對應(yīng)單體電池的正極，另一組觸點則連至該單體電池的負極。連接對應(yīng)單體電池負極的那組觸點中的另一觸點與其他繼電器連接至對應(yīng)單體電池負極的那組觸點中的另一觸點一起連接至DC/DC低壓輸入輸出端負極(VCELL-)；連接對應(yīng)單體電池正極的那組觸點中的另一觸點與其他繼電器連接至對應(yīng)單體電池正極的那組觸點中的另一觸點一起連接至DC/DC低壓輸入輸出端正極(VCELL+)。本實用新型的實施例參考圖2所示，每個繼電器均有一個單個繼電器驅(qū)動電路驅(qū)動。所有的單個繼電器驅(qū)動電路都由繼電器陣列驅(qū)動控制電路4控制。[0027] 以上所述實施方式僅表達了本實用新型的一種實施方式，但并不能因此而理解為對本實用新型范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種基于DC/DC變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置，其特征在于所述的電池組主動式均衡裝置包括至少一個DC/DC變換器和至少一個繼電器陣列，所述的DC/DC 變換器包括一個DC/DC隔離變換主電路和一個DC/DC變換控制電路，所述的DC/DC隔離變換主電路的工作狀態(tài)受DC/DC變換控制電路控制，所述繼電器陣列連接有至少兩個含有雙組觸點的繼電器，含有雙組觸點的繼電器用于切換單體電池正、負極與DC/DC低壓端正、負極間的連接，所述的繼電器陣列由繼電器陣列驅(qū)動電路控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DC/DC變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置，其特征在于所述DC/DC變換器為雙向DC/DC變換器或者單向DC/DC變換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于DC/DC變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置，其特征在于所述雙向DC/DC變換器包括一個雙向DC/DC隔離變換主電路，所述雙向 DC/DC隔離變換主電路包括一個升壓隔離變換電路和一個降壓隔離變換電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于DC/DC變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置，其特征在于所述單向DC/DC變換器包括一個單向DC/DC隔離變換主電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于DC/DC變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置，其特征在于所述雙向DC/DC變換器具有高壓輸入輸出端口、低壓輸入輸出端口以及工作模式控制接口，所述雙向DC/DC變換器的高壓輸入輸出端口連接電池組總正、負極，所述雙向DC/DC變換器的低壓輸入輸出端口連接至一個繼電器陣列，所述雙向DC/DC變換器的工作模式控制接口通過光耦隔離，用于選擇控制升壓變換、降壓變換和停止變換三種工作模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DC/DC變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置，其特征在于所述單向向DC/DC變換器具有高壓輸入端口、低壓輸出端口和工作模式控制接口，所述單向DC/DC變換器的高壓輸入端口連接電池組總正負極，所述單向DC/DC變換器的低壓輸出端口連接至一個繼電器陣列，所述單向DC/DC變換器的工作模式控制接口通過光耦隔離，用于選擇控制降壓變換和停止變換兩種工作模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種基于DC/DC變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置，其特征在于所述繼電器陣列至少由兩個具有雙組常開觸點的繼電器構(gòu)成，每個繼電器分別與電池組中的一個對應(yīng)單體電池相連接，繼電器的其中一組觸點的常開端與對應(yīng)單體電池的負極相連，繼電器中相應(yīng)的該組觸點的公共端與DC/DC變換器負極相連接，繼電器另一組觸點的常開端與對應(yīng)單體電池的正極相連，繼電器相應(yīng)的該組觸點的公共端與 DC/DC變換器正極相連接，所述繼電器陣列有一個繼電器陣列驅(qū)動電路驅(qū)動控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DC/DC變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置，其特征在于所述繼電器陣列驅(qū)動電路由至少一片4-16譯碼器集成電路或3-8譯碼器集成電路或2-4譯碼器集成電路構(gòu)成。所述繼電器陣列驅(qū)動電路有一個控制端口和一個驅(qū)動輸出端口，所述控制端口可受電池管理系統(tǒng)主控單元控制，驅(qū)動輸出端口連接驅(qū)動繼電器的N溝道MOSFET管或NPN三極管。
專利摘要本實用新型公開一種基于DC/DC變換和繼電器陣列的電池組主動式均衡裝置，所述的電池組主動式均衡裝置包括至少一個DC/DC變換器和至少一個繼電器陣列，所述的DC/DC變換器包括一個DC/DC隔離變換主電路和一個DC/DC變換控制電路，所述的DC/DC隔離變換主電路的工作狀態(tài)受DC/DC變換控制電路控制，所述繼電器陣列連接有至少兩個含有雙組觸點的繼電器，含有雙組觸點的繼電器用于切換單體電池正、負極與DC/DC低壓端正、負極間的連接，所述的繼電器陣列由繼電器陣列驅(qū)動電路控制。本實用新型均衡能力明顯提高、縮小安裝體積、降低制造成本、能效比提高。
文檔編號H02J7/00GK202333899SQ20112048378
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者俞金華 申請人:俞金華