阅读说明：本技术 一种电动车辆及其动力电池系统 (Electric vehicle and power battery system thereof ) 是由 徐童辉 张红涛 张亚辉 于 2018-08-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种电动车辆及其动力电池系统,动力电池系统包括电池包,电池包中的电芯串联；电池包包括一个用于均衡的储能装置和若干个电池模组；每个电池模组包括若干个电芯电压监测装置和对应数量的模组级变压器,每个模组级变压器的原边连接储能装置；每个电芯电压监测装置包括若干个均衡单元,每个均衡单元包括一个电芯级变压器和若干个电芯,各均衡单元的所有电芯串联后连接对应模组级变压器的副边以及各电芯级变压器的原边,各电芯级变压器的副边分别连接对应的电芯。本发明提供的技术方案采用储能装置连接各电池模组,通过储能装置对电池模组进行主动均衡控制,解决现有技术中不能对动力电池中电池模组间和电芯间同时进行均衡控制的问题。(The invention provides an electric vehicle and a power battery system thereof, wherein the power battery system comprises a battery pack, and battery cells in the battery pack are connected in series; the battery pack comprises an energy storage device for balancing and a plurality of battery modules; each battery module comprises a plurality of cell voltage monitoring devices and a corresponding number of module level transformers, and the primary side of each module level transformer is connected with an energy storage device; each cell voltage monitoring device comprises a plurality of balancing units, each balancing unit comprises a cell level transformer and a plurality of cells, all the cells of each balancing unit are connected in series and then connected with the secondary side of the corresponding module level transformer and the primary side of each cell level transformer, and the secondary side of each cell level transformer is connected with the corresponding cell. According to the technical scheme provided by the invention, the energy storage devices are connected with the battery modules, and the battery modules are actively and uniformly controlled through the energy storage devices, so that the problem that the balance control cannot be simultaneously performed between the battery modules and between the battery cores in the power battery in the prior art is solved.)

一种电动车辆及其动力电池系统

技术领域

本发明属于动力电池均衡控制技术领域，具体涉及一种电动车辆及其动力电池系统。

背景技术

随着环境污染和能源危机的不断加剧，电动汽车以其环境污染小、能源利用率高等优点受到广泛关注。电池作为电动车的能量源，在电动汽车运行过程中起到至关重要的作用，同时电池问题一直是电动汽车的瓶颈之一，短期内难有较大突破。如何在现有技术条件下，尽可能较大程度地发挥电池的作用成为电池技术研究的重点。

生产过程中，电池单体(即电芯)存在生产工艺、材料等差异；放置过程中，电池单体的自放电率存在不同；使用过程中，电池受工作环境温度和电路等影响而存在差异。在上述因素的影响下，长时间的充放电后，电池单体将处于不均衡状态。电池的不均衡状态将会导致电池组整体容量下降和电池单体的过充或过放，严重影响电池的使用寿命。

电池均衡技术就是采用移动的拓扑结构和控制方法消除电池间的差异，使电池处于均衡状态。现有的均衡技术主要有主动均衡技术和被动均衡技术，其中被动均衡技术是在每个电芯上串联一个功率可控的电阻，当需要对能量高的电池单体进行均衡时，控制电阻工作，将多余的能量消耗掉；由此可见，被动均衡是一种有损均衡，在均衡过程中会消耗掉电池的部分能量，降低动力电池的续航里程；并且在电阻消耗能量时，会产生大量的热量，所以为了保证电池不会过热，均衡时的电流不能太大。

主动均衡技术一种无损或微损的均衡技术，其原理是将能量高的电芯中的能量转化到能量低的电芯中，转换过程中能量的损失很低，甚至没有损失，如申请公布号为CN107294174A的中国专利申请文件所公开的一种电池单体与电池组间均衡电路结构与方法采用的就是主动均衡的控制技术。

但是上述专利申请文件所提供的技术方案只能进行单体与模组的相互均衡，无法同时完成模组与模组间的均衡控制以及电芯与电芯之间的均衡控制，并且在对电芯进行均衡控制时，只能对其中一个电芯进行均衡控制，工作效率较低。

发明内容

本发明提供一种动力电池系统，用于解决现有技术中不能对动力电池中电池模组之间以及电芯与电芯之间同时进行主动均衡控制的问题；相应的，本发明还提供一种采用该动力电池系统的电动车辆。

为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案为：

一种动力电池系统，包括电池包，电池包中的电芯串联；

所述电池包包括一个用于均衡的储能装置和若干个电池模组；每个电池模组包括若干个电芯电压监测装置和对应数量的模组级变压器，每个模组级变压器的原边连接所述储能装置；

每个电芯电压监测装置包括若干个均衡单元，每个均衡单元包括一个电芯级变压器和若干个电芯，各均衡单元的所有电芯串联后连接对应模组级变压器的副边以及各电芯级变压器的原边，各电芯级变压器的副边分别连接对应的电芯。

本发明所提供的技术方案，采用储能装置连接各电池模组，通过储能装置对电池模组进行主动均衡控制，解决现有技术中不能对动力电池中电池模组之间进行均衡控制的问题。并且每个电池模组包括若干个电芯电压监测装置，每个电芯电压监测装置包括若干个均衡单元，每个均衡单元都能够对其相应的电芯进行均衡控制，因此同一时刻能够对同一电池模组中的多个电芯进行均衡控制，从而解决在对电池电芯进行均衡控制时，由于每次只能对其中一个电芯进行均衡而造成的工作效率低的问题。

作为对电芯级变压器的进一步改进，各电芯级变压器的副边分别通过相应的***绕组连接对应的电芯。

作为对各电芯级变压器原边线路和副边线路的进一步改进，在各电芯级变压器副边连接对应电芯的线路上设置有相应的第一可控开关，在各均衡单元的所有电芯串联后连接对应电芯级变压器原边的线路上设置有第二可控开关。

作为对模组级变压器原边线路和副边线路的进一步改进，在各模组级变压器原边连接储能装置的线路上设置有相应的第三可控开关，在各模组级变压器副边连接相应电池模组的线路上设置有相应的第四可控开关。

作为对储能装置的进一步改进，所述储能装置为蓄电池。

一种电动车辆，包括动力电池，动力电池包括电池包，电池包中的电芯串联；

所述电池包包括一个用于均衡的储能装置和若干个电池模组；每个电池模组包括若干个电芯电压监测装置和对应数量的模组级变压器，每个模组级变压器的原边连接所述储能装置；

每个电芯电压监测装置包括若干个均衡单元，每个均衡单元包括一个电芯级变压器和若干个电芯，各均衡单元的所有电芯串联后连接对应模组级变压器的副边，以及各电芯级变压器的原边，各电芯级变压器的副边分别连接对应的电芯。

作为对电芯级变压器的进一步改进，各电芯级变压器的副边分别通过相应的***绕组连接对应的电芯。

作为对各电芯级变压器原边线路和副边线路的进一步改进，在各电芯级变压器副边连接对应电芯的线路上设置有相应的第一可控开关，在各均衡单元的所有电芯串联后连接对应电芯级变压器原边的线路上设置有第二可控开关。

作为对模组级变压器原边线路和副边线路的进一步改进，在各模组级变压器原边连接储能装置的线路上设置有相应的第三可控开关，在各模组级变压器副边连接相应电池模组的线路上设置有相应的第四可控开关。

作为对储能装置的进一步改进，所述储能装置为蓄电池。

附图说明

图1为动力电池系统实施例中动力电池系统的结构原理图；

图2为动力电池系统实施例中电池模组的原理图；

图3为动力电池系统实施例中均衡单元的原理图。

具体实施方式

本发明提供一种动力电池系统，用于解决现有技术中不能对动力电池中电池模组之间以及电芯与电芯之间同时进行主动均衡控制的问题；相应的，本发明还提供一种采用该动力电池系统的电动车辆。

为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案为：

一种动力电池系统，包括电池包，电池包中的电芯串联；

所述电池包包括一个用于均衡的储能装置和若干个电池模组；每个电池模组包括若干个电芯电压监测装置和对应数量的模组级变压器，每个模组级变压器的原边连接所述储能装置；

每个电芯电压监测装置包括若干个均衡单元，每个均衡单元包括一个电芯级变压器和若干个电芯，各均衡单元的所有电芯串联后连接对应模组级变压器的副边以及各电芯级变压器的原边，各电芯级变压器的副边分别连接对应的电芯。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

动力电池系统实施例：

本实施例提供一种动力电池系统，如图1所示，包括电池包和用于均衡的储能装置。电池包内设置有若干电芯，电芯之间串联设置，采用主动均衡的控制方法对电池模组间，以及电池模组中各电芯之间进行均衡控制。

动力电池系统中电池模组的数量根据实际需求设置，各电池模组中电芯的数量也根据实际需求设置。本实施例所提供的动力电池系统，以设置n个电池模组为例，其中n为大于1的正整数。

每个电池模组中设置有相应数量的电芯电压监测装置，各电池模组中设置的电芯电压监测装置的数量根据需求设置。各电芯电压监测装置与储能装置连接的方式相同，本实施例中以电池模组1中的电芯电压监测装置为例，对各电芯电压监测装置进行说明。

电池模组1中设置有m个电芯电压监测装置，其中m为大于1的正整数；各电芯电压监测装置与储能装置之间的连接关系如图2所示，每个电芯电压监测装置对应设置一个模组级变压器，各模组级变压器的原边均连接储能装置，各模组级变压器的副边连接相应的电芯电压监测装置。在第i个模组级变压器原边连接储能置的相应线路上设置有相应的可控开关SWPi，在第i个模组级变压器副边连接相应电芯电压监测装置的线路上设置有相应的可控开关SWNi，如电芯电压监测装置1所对应模组级变压器原边连接储能装置的线路上设置有可控开关SWP1，副边连接电芯电压监测装置1的线路上设置有可控开关SWN1。

各电芯电压监测装置内设置有相应数量的均衡单元，每个电芯电压监测装置中均衡单元的具体数量根据需求进行设置。本实施例中以其中一个电芯电压监测装置为例，设该电芯电压监测装置内设置有三个均衡单元，每个均衡单元内设置有四个电芯，如图3所示。

每个均衡单元设置有一个电芯级变压器，各电芯级变压器的副边设置有四个***绕组，分别连接相应均衡单元中对应的电芯。同一电芯电压监测装置中各均衡单元的电芯串联后连接相应模组级变压器的副边，以及连接该电芯电压监测装置内各均衡单元中电芯级变压器的原边。各均衡单元中电芯级变压器副边各***绕组连接相应电芯的线路上设置有相应的可控开关，电芯级变压器原边连接电芯的线路上设置有可控开关，以均衡单元1为例，其中电芯级变压器原边连接电芯线路上设置有可控开关SWp1，副边各***绕组连接相应电芯的线路上分别设置有相应的可控开关SWn1、SWn2、SWn3和SWn4。

本实施例所提供的技术方案，通过控制各电芯级变压器原边和副边所连接的可控开关对相应均衡单元中的电芯进行均衡控制，通过控制模组级变压器原边和副边所连接的可控开关对各电池模组之间进行均衡控制。

以均衡单元1为例，通过控制各电芯级变压器原边和副边所连接的可控开关对相应均衡单元中的电芯进行均衡控制的具体方式为：当第一个电芯的电量过低时，分别采用PWM波的控制可控开关SWp1和可控开关SWn1闭合的频率和占空比，其中控制可控开关SWp1的PWM波与控制可控开关SWn1的PWM波之间互补，且先控制可控开关SWn1闭合；在均衡单元1中电芯级变压器的作用下，可将能量由相应的电池模组转移到的第一个电芯；

当第一个电芯的电量过高时，分别采用PWM波控制可控开关SWp1和可控开关SWn1闭合的频率和占空比，其中控制可控开关SWp1的PWM波与控制模组均衡开关SWn1的PWM波之间互补，且先控制模组均衡开关SWp1闭合；在均衡单元1中电芯级变压器的作用下，可将能量由第一个电芯转移到相应的电池模组中。

以图2中电芯电压监测装置1为例，通过控制模组级变压器原边和副边所连接的可控开关对各电池模组之间进行均衡控制的具体方式为：

以电池模组需要进行补电时为例，分别采用PWM波控制可控开关SWP1和可控开关SWN1闭合的闭合频率与占空比，其中控制模组均衡开关SWP1的PWM波与控制可控开关SWN1的PWM波之间互补，且先控制可控开关SWN1闭合；在电池模组所对应模组均衡变压器的作用下，即可将能量由储能装置转移到电池模组1中。

本实施例中储能装置采用的是蓄电池；作为其他实施方式，可采用超级电容或者其它能够进行充放电控制的储能设备。

车辆实施例：

本实施例提供一种电动车辆，该电动车辆上设置有动力电池系统，该动力电池系统与上述动力电池系统实施例所提供的动力电池系统相同，该动力电池系统已在上述动力电池实施例中做了详细介绍，这里不再详细说明。