[发明专利]电池平衡方法及实行该类方法的电池管理系统

说明书

技术领域

本发明的目标是借助串联状互连的可充电元件模块化构成的蓄电池组用的平衡方法。

本发明还涉及电池管理系统，该电池管理系统用于包含在电池再充电和平衡的布置中，以允许利用所提出的方法。

背景技术

蓄电池组被应用于许多的电气设备和电子设备中，特别是用于电动车辆中，用来向车辆的一个或多个推进电动机或牵引电动机供电。

电池组是集成一些单体储存电池的机械组件。这些电池串联地装配，以便获得所希望的电压和电容。

目前，电池组由电子卡控制，电子卡更为所知地名为BMS，即指英语术语Battery Monitoring System(电池监测系统)。考虑到电池是其能量源的电器设备如电动车辆的运行约束，该电子卡可以根据由电流传感器、电压传感器、电绝缘传感器和温度传感器进行的测量来控制电池组的每个电池的所有参数，以使电池保持在可能的最佳运行状态。

电池组的串联元件最通常地由同一充电或放电电流通过。但是电池平衡要求在某些时刻流过其不同元件的电流能够是不同的。

已知的是，当电池组的一电池处于过充电时，为平衡目的，通过与该电池并联连接的个体分流装置使电池组的该电池放电。该分流装置包括例如一个为能量耗散目的而使用的电阻。这样，一分流电流或“旁路”电流流通过该装置并可以减少、甚至完全分流在该电池中流通的电流。

对于一个电池的平衡电容量Q与分流电流I及在其期间实现该分流的持续时间是成比例的。因而，可以通过在一长时间期间保持弱分流电流或者通过在一相对短的时间期间建立的大的分流电流，在电池处获得同样的平衡。

通常使用的这种技术允许所有电池的准同时平衡，通常使用的这种技术因为只使用无源组件所以成本低。

但是，所述分流装置的缺点在于：耗散能量，因而加热电池组。这种无源平衡技术不适宜于电池之间严重的荷电不平衡。事实上，在这种情况下，所述平衡仅能在一段非常长的平衡持续时间之后或者仅通过一个非常大的分流电流才能获得，由此增大电池组的发热，而发热可能导致电池组的破坏。

当要平衡的电池数量不大时，这种类型的无源平衡技术同样不适用。

已知一种有源平衡技术，其通过在相对短时间期间建立的大的分流电流，产生较少的发热。这种技术在于向电池组的每个较少荷电的电池提供能量。但是，在电池的同时平衡的情况下，这种技术被证实成本非常高。事实上，将需要与要控制的电池一样多的有源电气组件。另外，将需要处理单元来管理这些有源组件的运行和启动电池的同时平衡。

由于要求严格的规范，这样一种有源平衡技术的实现因而需要实施成本高昂的技术。这种成本高昂的技术增加了电池组的总成本。

于是，目前存在这样一种需求：发现一种经济、可靠而简单的利用有源平衡技术同时允许电池同时平衡的方法。

发明内容

本发明恰好目的在于回应这个需求，同时弥补前述技术的缺陷。为此，本发明提出一种同时平衡的解决方案，当电池之一呈现较小的不平衡时，通过无源平衡电路实施同时平衡。该同时平衡电路包括与电池组每个电池并联连接的个体分流支路。这些分流支路受BMS控制。由该解决方案产生的电池组的发热可以忽略不计，因为仅针对需要例如约几分钟的相对短的平衡持续时间的小的不平衡，分流支路才通过BMS形成回路。

本发明还提出一种个体平衡的解决方案，当电池中的荷电较少的一电池相对于其他电池呈现严重的不平衡时实施该个体平衡，以作为无源平衡解决方案的补充。

该个体平衡的解决方案通过有源平衡电路实现。通过将第一直流电流变换为第二直流电流(DC/DC)的变流器，该平衡电路连接至其能量用来实现有源平衡的一电池。该变流器还能够保证电池组的电池之间对由该电池组供电的电气设备的质量体(masse)的电流绝缘。该平衡电路包括一个可换矩阵，其用来把该变流器连接至电池组的一个电池。该平衡电路的运行受BMS控制。

这个解决方案允许能够利用非常大的分流电流平衡一个电池，因而允许更快速的平衡，同时产生较少的发热。

更准确的说，本发明旨在提出一种电池管理系统，其用于控制向电器设备供电的电池组，所述电池组包括一组串联安装的电池，每个电池包括至少一个可充电元件，所述电池由供电电源供电。

按照本发明，该电池管理系统包括：

-无源平衡电路的激活装置，当可充电元件中的一个的端子上的测量电压不同于预定的平衡电压时，无源平衡电路的激活装置通过使与每个可充电元件并联安装的个体分流支路形成电路激活无源平衡电路，