[发明专利]一种结合太阳能主动均衡和被动式均衡的电池管理系统

说明书

本发明公开了一种电池管理系统。该系统可利用太阳能对串联电池组进行主动式均衡，或利用功率电阻进行被动式均衡。该系统包括有太阳能电池板、DC‑DC转换器、二极管阵列、功率电阻阵列、功率开关阵列和电池包。二极管阵列用于防止串联电池出现短路并阻止电流从电池向DC‑DC转换器流动。功率开关用于选择需要均衡的电池模组或电芯。当有太阳能输入时，通过功率开关选择可通过DC‑DC转换器向低SOC或电压的电池充电。当无太阳能输入时，通过功率开关选择对功率电阻对高SOC或电压的电池进行放电。若电池包均衡后仍有太阳能输入，该系统可为整个电池包进行太阳能充电。本发明在电池包充电、放电、静置时均能发挥作用。

技术领域

本发明涉及一种利用汽车车载太阳能电池板对电池模组或单体电芯进行主动式均衡，并可在无太阳能时对电池模组或单体电芯进行被动式均衡的电池管理系统。

背景技术

随着新能源汽车在我国的普及，以及电池在其他交通运输过程中的广泛应用（如货箱电动制冷等），锂离子电池和电池管理系统的需求量也与日俱增。锂离子电池包大多由一定数量的单体电芯及模组通过串联和并联而成。每个电芯（或模组）由各自的电池管理系统进行均衡以保证组成模块的各电芯在充放电过程中电量相同，从而避免过充和过放。目前常用的电池均衡方式可分为主动式和被动式。主动式均衡通过从电量高的电芯向电量低的电芯转移电能达到均衡的目的。被动式均衡通过对电量高的电芯进行负载放电达到均衡的目的。然而目前的主动式均衡系统由于成本过高、控制复杂、损耗仍然存在等原因并未获得广泛采用。被动式均衡系统可以以最低电量的电芯为标准对其他电芯进行放电从而实现模块间的均衡。然而这一均衡过程会导致有一部分电量会在负载上白白损耗，从而降低车辆的行驶里程。综上所述，目前尚无高效节能的动力电池模块均衡解决方案。

为解决上述问题，近年来有一些技术方案提出采用太阳能来进行主动式电池均衡。简而言之就是通过车载太阳能电池板产生电能对电量低的电池模组或电芯进行充电，从而同时达到补充电能和均衡电池的效果。然而，在夜晚或阴雨天等太阳能过低或无法使用的时候，电池便不能得到有效均衡。如果为电池包同时加装独立的被动式均衡系统，则会大大提高系统成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种结合太阳能主动均衡和被动式均衡的电池管理系统，可在有太阳能时对电池进行主动式均衡和充电，在无太阳能时对电池进行被动式均衡，从而使电池在任何时候都可以得到保护。另一方面，该系统的太阳能主动均衡与被动式均衡工作模式可共享大部分元器件，从而最大程度地提高了系统的性价比和经济价值。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括太阳能电池板、DC-DC转换器、二极管阵列、功率开关阵列、功率电阻阵列和电池包。二极管阵列、功率开关阵列和功率电阻阵列可集成至DC-DC转换器内。

所述太阳能电池板也可以是其他直流电源。

所述DC-DC转换器输入电压范围涵盖太阳能电池板最低至最高电压，输出电压涵盖电池单个模组（电芯）最低电压至整个电池包最高电压。DC-DC转换器可自动识别连接到输出端的电池电压并自动调整输出电压，运用最大功率点追踪控制方法利用太阳能对输出端电池模块（电芯）或电池包进行充电。

所述二极管阵列内的二极管总数为电池模组（电芯）数的两倍，采用相反方向接于DC-DC转换器正负极输出的各支路（对于各正极输出支路，二极管阳极接于DC-DC转换器侧，阴极接于功率开关侧；对于各负极输出支路，二极管阴极接于DC-DC转换器侧，阳极接于功率开关侧），以阻止电池短路或电流从电池向DC-DC转换器流动。

所述功率开关阵列内的开关总数为电池模组（电芯）数的两倍，开关可为继电器、场效应管等电子信号控制的开关。

所述功率电阻阵列内功率电阻数与电池模组（电芯）数相同，交错跨接于DC-DC转换器的各相邻正极与相邻负极输出支路间。每个电池模组（电芯）均有一个功率电阻在二极管与功率开关之间与之并联。