一种串联电池组主动均衡模块的级联结构及均衡控制方法技术

本发明专利技术涉及一种串联电池组主动均衡模块的级联结构及均衡控制方法，在现有技术的基础上增加了输出端口OSCU、时钟输入端口OSCD，相邻的主动均衡模块通过输入端口OSCU和输出端口OSCD进行级联的信号传递，输出端口OSCU与相邻主动均衡模块的输入端口OSCD相连，最低电位的主动均衡模块的输入端口OSCD与外部EN信号相连，实现外部使能控制或者时钟信号输入，最高电位的主动均衡模块的输出端口OSCU悬空；解决了现有技术中均衡逻辑的时钟OSC1没有同步的问题，控制方式简单，均衡精度高。

A Cascade Structure and Balance Control Method of Active Battery Battery Balance Module in Series

【技术实现步骤摘要】
一种串联电池组主动均衡模块的级联结构及均衡控制方法
本专利技术属于电池管理
，涉及模拟电路，特别是一种串联锂电池组主动均衡芯片组级联均衡控制方法。
技术介绍
串联电池组每节电池特性存在固有差异，每节电池之间电压的不一致性会随着串联电池组的使用而越来越大，产生电池不均衡情况。电池不均衡会降低整个串联电池组的有用容量，严重降低整体电池性能。因此在串联电池组中，对于每节锂电池的均衡是非常必要的。均衡技术主要分为被动均衡和主动均衡两种方式。被动均衡是通过对个别电池单元单独进行放电实现。主动均衡是电池组的电池之间，把电压较高的电池转移给电压较低的电池，实现电池能量再分配而达到电池间的均衡。本专利技术属于主动均衡类别。通过主动均衡模块和其模块级联实现任意串数的电池组的均衡。图1是现有的主动均衡技术，包括主动均衡模块控制和级联结构。图1是四节串联电池组的均衡结构，其余串数电池组主动均衡结构与图1具有相同的扩展方式，是通过主动均衡模块的外围结构扩展得来。四节串联电池组由BAT1、BAT2、BAT3、BAT4的正负极分别串联连接组成，整体电池组正负极分别为P+和P-端口，连接电池应用时的充电设备或者负载放电。最低电位的电池BAT1的负端是整体电池组的负端P-端口，最高电位的电池BAT4的正端是整体电池组的正端P+端口。主动均衡模块A1，B1，C1是完全相同的主动均衡模块单元，区别在于其均衡连接的电池单元不同。主动均衡模块内部时钟单元产生OSC1时钟信号驱动主动均衡单元，主动均衡单元通过均衡模块的BATP1、BATM1、BATN1三个端口实现对相邻两节电池的均衡，BATP1与BATM1分别连接相邻两节中较高电位的电池正极与负极，BATN1连接相邻两节中较低电位的电池的负极。均衡模块A1对电池BAT1和BAT2进行均衡，具体是BATP1连接电池BAT2的正极；BATM1连接电池BAT2负极，也是BAT1的正极；BATN1连接BAT1的负极。同样的，均衡模块B1对电池BAT2和BAT3进行均衡。均衡模块C1对电池BAT3和BAT4进行均衡。图1中主动均衡结构的特点是，除去串联电池组最高电位电池和最低电位电池之外，其余电池都同时受两个主动均衡模块控制。因此只要实现每个均衡模块所控制的相邻两节电池之间达到均衡，那么整体串联电池组就能够实现均衡。但是均衡模块级联实现对多节串联电池组的均衡，取决于级联后的均衡模块的均衡方法是否合理。现有主动均衡模块的均衡方法如图2。均衡模块均衡逻辑受其内部OSC1时钟的驱动，以周期的形式循环运行。具体来说是从第一步Y1开始运行，Y2步进行电池电压的检测，Y3步比较相邻两节电池电压差是否大于制定阈值VB。如果相邻两节电池电压小于YB，那么代表两节电池是均衡的，Y4步均衡模块转为休眠状态，并持续固定时间后退出休眠，回到Y1步进行下一个周期的工作。如果相邻两节电池电压大与VB，代表着相邻两节电池存在不均衡的问题，接下来进入Y5步对相邻两节电池进行均衡，均衡期间仍然会回到Y3步持续检测电池电压，直到相邻两节电池电压小于VB，进入Y4步才会终止均衡进入休眠固定时间。现有的主动均衡方法应用在一个均衡模块均衡两节电池是没有问题的，如果均衡图1中两节以上的串联电池组时，存在两个问题：第一，由于均衡模块A1，B1，C1之间的均衡逻辑的时钟OSC1没有同步，因此均衡控制执行逻辑存在不同步的情况。第二，现有的模块均衡方法均衡控制的循环周期不是固定的，其取决于所均衡的相邻两节电池的状态。由于电池内阻的存在，电池均衡时的均衡电流会使得电池电压发生变化，造成电池电压检测的不准确。依据图2的现有均衡方法，必然产生一个均衡模块在进行电池均衡，而相邻均衡模块此时在进行电池电压检测的情况。这会使得不同的均衡模块之间相互干扰，造成均衡逻辑混乱，造成整体串联电池组均衡效率降低和欠均衡的情况。现有主动均衡方法在均衡模块级联应用时即进行大于两节串联的电池组应用时存在问题。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种串联电池组主动均衡模块的级联结构及均衡控制方法，实现两节及以上任意节数的串联电池组的均衡控制策略。技术方案一种串联电池组主动均衡模块的级联结构，其特征在于包括多个主动均衡模块，每个主动均衡模块设有输入端口OSCD、输出端口OSCU、电池均衡端口BATP、BATM、BATN，其中BATP与BATM分别连接相邻两节中较高电位的电池正极与负极，BATN连接相邻两节中较低电位的电池的负极；相邻的主动均衡模块通过输入端口OSCU和输出端口OSCD进行级联的信号传递，输出端口OSCU与相邻主动均衡模块的输入端口OSCD相连，最低电位的主动均衡模块的输入端口OSCD与外部EN信号相连，实现外部使能控制或者时钟信号输入，最高电位的主动均衡模块的输出端口OSCU悬空；主动均衡模块内部的输入端口OSCD信号和内部时钟CLK都连接时钟选择单元，时钟选择单元对OSCD和CLK两个时钟信号进行选择，选择的时钟信号经过时钟选择单元输出给输入端口OSCU，选择的时钟信号经过时钟选择单元输出OSC信号传递给主动均衡单元；输入端口OSCU时钟始终与OSC保持同步，给相邻级联的主动均衡模块传递时钟信号。一种串联电池组主动均衡模块的级联均衡控制方法，其特征在于每个主动均衡模块的步骤如下：步骤1：判断OSCD端口的电平，如果是低电平，那么关闭主动均衡单元，并把OSCU端口输出置为低电平；如果OSCD端口不是低电平，那么进入下一步判断OSCD端口是否是时钟信号；步骤2：如果OSCD端口是时钟信号，主动均衡时钟OSC选择同步OSCD端口信号，因此实际上主动均衡时序由OSCD来控制；如果OSCD端口非时钟信号，那么代表OSCD端口是高电平，主动均衡时钟OSC选择同步模块内部时钟CLK；步骤3：进行电池电压检测，对所要均衡的相邻两节电池电压进行采样并比较；如果其电压差别超过指定的阈值，开启均衡，否则关闭均衡；各个主动均衡模块之间的级联延时时间t和OSC时钟周期Tx之间的关系原则是必须保证相邻两个主动均衡模块其中一个模块的电池电压比较时刻，另一个主动均衡模块此时不能处于均衡窗口阶段。有益效果本专利技术提出的一种串联电池组主动均衡模块的级联结构及均衡控制方法，在现有技术的基础上增加了输出端口OSCU、时钟输入端口OSCD，各个模块通过OSCU和OSCD进行级联的信号传递，解决了现有技术中均衡逻辑的时钟OSC1没有同步的问题。与现有技术相比具有以下优点：(1)可实现对任意节数的串联电池组的均衡控制。(2)主动均衡模块级联均衡控制方式简单，均衡精度高。附图说明图1现有主动均衡模块级联结构图2现有主动均衡控制方法图3本专利技术所述主动均衡模块级联结构图4本专利技术所述主动均衡模块级联均衡控制方法图5本专利技术所述主动均衡模块的均衡周期时序图6本专利技术所述主动均衡模块的均衡周期时序实例具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：本专利技术的工作原理是：以图3的均衡模块之间通过OSCU和OSCD端口实现级联的结构为基础，每个均衡模块都按照图5的均衡方法运行，通过OSCU和OSCD实现信号传递和时钟同步，使级联的均衡模块之间的均衡控制方法进行同步，保证整体串联电池组能够实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联电池组主动均衡模块的级联结构，其特征在于包括多个主动均衡模块，每个主动均衡模块设有输入端口OSCD、输出端口OSCU、电池均衡端口BATP、BATM、BATN，其中BATP与BATM分别连接相邻两节中较高电位的电池正极与负极，BATN连接相邻两节中较低电位的电池的负极；相邻的主动均衡模块通过输入端口OSCU和输出端口OSCD进行级联的信号传递，输出端口OSCU与相邻主动均衡模块的输入端口OSCD相连，最低电位的主动均衡模块的输入端口OSCD与外部EN信号相连，实现外部使能控制或者时钟信号输入，最高电位的主动均衡模块的输出端口OSCU悬空；主动均衡模块内部的输入端口OSCD信号和内部时钟CLK都连接时钟选择单元，时钟选择单元对OSCD和CLK两个时钟信号进行选择，选择的时钟信号经过时钟选择单元输出给输入端口OSCU，选择的时钟信号经过时钟选择单元输出OSC信号传递给主动均衡单元；输入端口OSCU时钟始终与OSC保持同步，给相邻级联的主动均衡模块传递时钟信号。

【技术特征摘要】
1.一种串联电池组主动均衡模块的级联结构，其特征在于包括多个主动均衡模块，每个主动均衡模块设有输入端口OSCD、输出端口OSCU、电池均衡端口BATP、BATM、BATN，其中BATP与BATM分别连接相邻两节中较高电位的电池正极与负极，BATN连接相邻两节中较低电位的电池的负极；相邻的主动均衡模块通过输入端口OSCU和输出端口OSCD进行级联的信号传递，输出端口OSCU与相邻主动均衡模块的输入端口OSCD相连，最低电位的主动均衡模块的输入端口OSCD与外部EN信号相连，实现外部使能控制或者时钟信号输入，最高电位的主动均衡模块的输出端口OSCU悬空；主动均衡模块内部的输入端口OSCD信号和内部时钟CLK都连接时钟选择单元，时钟选择单元对OSCD和CLK两个时钟信号进行选择，选择的时钟信号经过时钟选择单元输出给输入端口OSCU，选择的时钟信号经过时钟选择单元输出OSC信号传递给主动均衡单元；输入端口OSCU时钟始终与OSC保持同步，给相邻...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雨鑫，张豪，吴凯，李萍，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61