[发明专利]一种具有冗余设计的电池组内和组间均衡管理系统

说明书

本发明提供了一种具有冗余设计的电池组内和组间均衡管理系统，包括至少两个依次串联的电池组、冗余电池组、MCU处理单元、检测采集模块、驱动模块、译码电路、与电池组个数相同的第一级开关矩阵、与电池组个数相同的变压器、两个第二级开关矩阵；每个电池组内含有至少两个串联的单体电池。本发明设计成本更低，实现难度跟小，均衡效果更强。可以在缓解电池管理系统开发成本的同时，还能达到很好的均衡效果。

技术领域

本发明涉及电池密封技术领域，尤其涉及一种具有冗余设计的电池组内和组间均衡管理系统。

背景技术

目前储能电源主要采用磷酸铁锂电池，锂离子电池具有体积小，能量密度较高，无记忆效应，循环寿命高，自放电率低，安全性高等优点。

锂电池的充放电、性能和安全问题均由电池管理系统来进行控制。电池管理系统是储能变流器PCS和电池之间的重要枢纽，主要用于电池物理参数实时监测、电池状态估计、在线诊断与预警、充电机放电与预充控制、均衡管理和热管理等。

锂电池在初期成组时相关参数可控制在一定区间内（尽量让参数接近相同），但电池组使用一段时间后各单体电池件一致性就会发生变化，尤其经过大电流充放电后单体参数不一致的问题尤为明显，电池组各个参数后期变化会更大，短板效应更为突出，导致电池组充放电可用容量越来越少，使用寿命也随之降低。

为了打破电池组水桶短板效应，现有技术一般采用被动均衡和主动均衡的方式，但均存在一定的缺点：

1.被动均衡电流较小，均衡速度慢、效率低，对于高容量的储能电池效果几乎为零；

2.被动均衡采用的是电阻放电的形式，损失能量，电阻发热，会对BMS硬件电路板造成一定影响，严重时会对电池造成损坏，影响电池使用寿命；

3.目前主动均衡主要采用电容，电感，双向DC-DC等形式来实现，均衡电流大，效果较为明显，但是硬件电路成本较高，控制策略复杂，相对较难实现，并且主要用于组内均衡。并且在一些降低成本的解决方案中难以采用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种具有冗余设计的电池组内和组间均衡管理系统，包括至少两个依次串联的电池组、冗余电池组、MCU处理单元、检测采集模块、驱动模块、译码电路、与电池组个数相同的第一级开关矩阵、与电池组个数相同的变压器、两个第二级开关矩阵；每个电池组内含有至少两个串联的单体电池；

MCU处理单元与检测采集模块、驱动模块、译码电路连接；

每个电池组对应设置一个第一级开关矩阵、一个变压器，每个单体电池的正极与负极连接到第一级开关矩阵，该第一级开关矩阵再与对应变压器的初级侧连接，该变压器的次级侧两端通过一个第二级开关矩阵与冗余电池组连接；

一个第二级开关矩阵的一侧连接至电池组或者变压器，另一侧连接至冗余电池组；另一个第二级开关矩阵的一侧连接至变压器的次级侧，另一侧连接至冗余电池组；

驱动模块用于控制第一级开关矩阵和第二级开关矩阵中所有开关的正常导通和断开；

译码电路用于控制第一级开关矩阵和第二级开关矩阵的工作；

检测采集模块用于检测单体电池、电池组的电量情况，采集单体电池、电池组信息。

MCU处理单元用于控制译码电路、驱动模块、检测采集模块工作，还对检测采集模块传输回来的数据进行处理、并控制其存储。

进一步的，变压器的初级侧至少有一个限流电路。

进一步的，单体电池与第一级开关矩阵的各个连接导线上设置有保险丝。

进一步的，电池组与第二级开关矩阵之间的各个连接导线上设置有保险丝。