[发明专利]一种电池组主动均衡系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池组主动均衡系统，特别涉及一种电动汽车用串联锂离子电池组主动均衡系统。

背景技术

由于电池固有的电化学特性，单体电池的额定工作电压通常很低。在一些高能量需求的应用场合如电动汽车动力电源，电网电池储能等技术领域，为了达到系统的能量需求，通常采用的方法是将大量的电池单体进行串联成组使用。电池串联数量从几十串到几百串，电池容量从几Ah到数百Ah不等。由于电池制造工艺的限制，每节电池单体的特性都会有微小的差异，在大量电池单体成组使用的情况下，就会存在电池组的不均衡问题。并且由于容量小、内阻大、自放电率高的电池在充放电过程中容易发生过充电、过放电和过热，导致电池性能下降速度加快，呈现“正反馈”效应，这将导致电池组的不一致性加剧恶化。因此如何高效地对电池组的一致性进行实时修正，以延长其使用寿命，增大其可用容量，是电池单体成组使用亟待解决的问题。

传统的电池组均衡方式主要可以分为两大类，分别是能量消耗型和非能量消耗型。能量消耗型均衡方式通常在每只单体电池上并联一个可控分流电阻。当电池电压达到或超过限制电压时，导通分流电阻回路，使流过单体电池的充电电流减小，从而使单体电池的电压维持限制值以内。由于流过电阻的电能最终以热能的形式得到了释放，因此称作能量消耗型均衡方式。目前，有多种基于能量消耗型原理的电池组均衡系统，如中国专利201210321456.9和美国专利S6806686B1等。总的来说，能量消耗型均衡系统以其结构简单、控制方便、运行稳定性强等优点，在早期的低容量、低电压的电池组系统中得到了广泛应用。但是随着电池技术的不断发展，对于目前的大容量、高电压等级的电池组系统，这种方法的能耗太大，显然是不可取的。非能量消耗型均衡系统，一般需要一个电压转换器，在主控制器检测到某单体电压偏高时，将电压偏高单体的能量通过变换器反馈到电压偏低的单体，均衡过程中能量被重新利用，从而达到电压和能量的均衡。

此外，传统的均衡方式大多数为过分依赖充电过程的被动均衡方式。即电池组在使用电池过程中若长时间不充电，单体电池之间便得不到均衡，电池单体间的不均衡差异便会越来越大，从而给下一次充电均衡造成很大负担，甚至数次充电仍达不到平衡效果。虽然现在一些新型的电池组均衡系统，如中国专利201110190190.4和201210277359.4，它们对传统的能量消耗型被动均衡方式进行了一些改进，可以在充电、放电以及静态情况下进行均衡。但是传统均衡方法中存在的均衡效率低、均衡时间长、能耗高等问题依然没有得到解决。与被动均衡相对应，主动均衡不需借助充电过程，可以在任意状态下对电池组进行均衡控制，从理论上讲是低能耗，高效率的均衡方式。但是从目前主动均衡技术研究的现状分析，主动均衡方案由于涉及的元器件过多，实际结构复杂，系统的安全运行稳定性等问题依然很多，大多数均衡方案还处在理论研究阶段，并未得到实际应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有电池组均衡技术中存在的问题，提出一种非能耗型电池组主动均衡系统。本发明在结构简单、易于扩展的前提下，进一步提高能量转换效率，以适用于高能量串联电池组均衡的应用场合。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明通过监测电池状态，包括电压、电流、温度等，并对所有电池单体状态进行分析，当电池组中的某个电池达到均衡要求时，开通相应均衡回路，通过电池组自供电的形式向需要均衡的电池单体进行充电，从而实现电池组的主动均衡。

本发明包含电池状态监测单元、通道切换单元、DC/DC直流电压转换单元以及均衡控制单元。电池状态监测单元实时测量串联组成电池组的各电池单体的电压，并将电池数据传送至均衡控制单元；均衡控制单元根据电池状态监测单元实时采集得到的各电池单体电压数据，计算各电池单体之间的电压差和最大能量差，并根据最大的电压差判断需要均衡的电池单体，根据最大能量差和具体的均衡需求确定均衡电流大小和均衡时间，所述的最大电压差、最大能量差为两两电池单体之间电压差、能量差的最大值；通道切换单元接收均衡控制单元发送的逻辑选通信号，控制相应均衡回路的开通或关断。DC/DC直流电压转换单元是本发明的主要能量转换器件，它的输入端直接跨接在电池组的总正和总负之间，通过接收来自均衡控制单元发送的均衡电流和均衡时间命令信号，将输入端的电池组的能量馈送至需要被均衡的电池单体，实现电池组中各单体能量的主动均衡。

本发明与现有技术相比，优点在于：