[发明专利]一种锂电池组均衡结构和方法

说明书

本发明公开了一种锂电池组均衡结构与方法。本发明在对通用的电池组内均衡结构进行改进，将锂电池组分为若干组，每一组若干块电池。在每一组组内，电池通过开关矩阵和一个双向DC/DC相连，双向DC/DC的另一端接在本组电池组的两端，从而实现组内任意一块电池和那一组之间的能量转换。此外，在每两组之间都有一块电池作为两组共用，这块电池可以分别通过两组的组内均衡，和这两组中其他电池达到均衡，从而使相连的两组电池达到均衡。由于每两组之间都有一个共用的电池，最终，各个电池组达到均衡。这样，便可以在不增加组间均衡结构的情况下达到组间均衡，既节约了组间均衡电路的成本与空间又十分便于扩展。

技术领域

本发明属于电池储能技术领域，具体而言，涉及一种锂电池组均衡结构和方法。

背景技术

电池作为汽车动力来源，必须串联使用才能达到电压要求，而多个电池串联使用一段时间后，电池内阻和电压产生波动，单体电池的状态差异会逐渐显现出来，不断循环的充放电过程加剧了单体电池之间的不一致性。电池成组后，大功率充放电时，电池组发热，在电池模块内形成一定的温度梯度，使各单体电池工作时环境温度不一致，将削弱单体电池间的一致性，降低电池组充放电能力。例如，磷酸铁锂电池的单体电芯循环寿命可以达到3000次以上，然而成组后，由于各种原因导致的不一致性，整体循环寿命很难达到2000次。此外，大规模储电系统中电池成本约占总成本的一半。串联成组的电池系统，只要其中一节失效，如不及时发现，整串电池都会跟着报废。损失的不仅仅是昂贵的电池，由于电池状态不确定性造成的系统瘫痪、数据丢失，后果不堪设想。为确保电池性能良好，延长电池使用寿命，必须对电池进行合理有效地管理和控制。电池管理系统对电池组的使用过程进行管理，对电池组中各单体电池的状态进行监控，可以维持电池组中单体电池的状态一致性，避免电池状态差异造成电池组性能的衰减和安全性问题。

电动汽车用电池管理系统具有系统结构复杂、工况复杂、外接设备复杂等特点。因此，亟需提出一种方便扩展，无需额外的组间均衡电路的组间均衡结构和方法。使得串联电池组各单体电池的SOC(荷电状态，也叫剩余电量)趋于一致，从而大大延长了锂电池组的使用寿命并且提高其性能。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种锂电池组均衡结构和方法。在对通用的电池管理组内均衡结构做了部分改进后，可以在不增加额外组间均衡电路的情况下实现组间均衡。

本发明提出的一种锂电池组均衡结构，包括电池、开关和DC/DC，其特征在于：

所述N块单体电池串联，其中N-2块为本组专用的，另外两块可与相邻电池组共用；每两个相邻电池之间的连线接有一个开关；所述开关分为两组，一组汇接为开关正总线，一组汇接为开关负总线；串联电池的正极所在的电池为第1个开关，依次排序，所有序号为奇数的开关接在一起，作为开关正总线；所有序号为偶数的开关接在一起，作为开关负总数；各个开关用来选定电池是否接通，开关的通断决定了哪块电池接入DC/DC左端；

所述开关正、负总线分别接DC/DC输入端；所述DC/DC用于保证功率不变情况下实现电压调节；所述DC/DC输出端分别接串联电池的正极和负极；串联电池的两端接负载；

工作时，通过控制相应开关的通断和DC/DC实现任一块电池和本组电池的能量交换，从而达到均衡。

进一步的，所述开关正总线并接两个双向开关后，分别接DC/DC的两个输入端；所述开关负总线并接两个双向开关后，分别接DC/DC的两个输入端；所述四个双向开关作为极性开关，用于保证选中的电池的正负极始终与DC/DC的正负极相连。

进一步的，所述N取值为7。

基于上述结构，本发明还提出一种组内均衡方法，包括如下步骤：

(1)采集电池组内每个锂电池的电压和电流，计算出每块锂电池的SOC；

(2)计算出本组的平均SOC；