[發(fā)明專利]單體動力電池精確管理實現(xiàn)方法和系統(tǒng)及智能電池模塊

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110141322.4
• 申請日: 2011-05-30
• 公開（公告）號: CN102810878B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟貞生
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州潤源電氣技術(shù)有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司61114
• 代理人: 李罡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通過精確管理單體動力電池實現(xiàn)的電池管理方法和電池管理系統(tǒng)、以及智能單體動力電池模塊，并且更具體而言涉及通過對單體動力電池的精確管理、實現(xiàn)電池組在接入例如電動汽車或儲能系統(tǒng)運行期間不需要為其配備充放電均衡操作單元的精確電池管理方法和電池管理系統(tǒng)，以及在前述電池管理方法和系統(tǒng)中使用的智能單體動力電池模塊。?

本發(fā)明的智能單體動力電池模塊(例如可以包括在智能電池中)、電池管理方法和電池管理系統(tǒng)可應(yīng)用于新能源汽車如電動汽車、儲能系統(tǒng)以及電動汽車的充放電站。本發(fā)明所述實現(xiàn)單體電池精確管理的智能電池模塊，其與單體動力電池結(jié)合(可外置或內(nèi)置實施)，使單體動力電池具備了實現(xiàn)自學(xué)習(xí)及更新自身參數(shù)的能力，并確保電池組的精確管理。?

背景技術(shù)

動力電池及由多個單體動力電池構(gòu)成的動力電池組是電動汽車的核心部件，因此動力電池組的使用壽命越來越受到關(guān)注，并且對于智能電池的研究正在興起。目前廣為研究和推廣的動力電池的管理基本上是均衡管理，按均衡功能特點分充電、放電和動態(tài)均衡；從能量耗損方式分為能耗型和回饋型兩種。?

充電均衡在充電過程中后期，單體電壓達到或超過截止電壓時，均衡電路開始工作，減小單體電流，以期限制單體電壓不高于充電截止電壓。與充電均衡類似，放電均衡在電池組輸出功率時，通過補充電能限制單體電壓不低于預(yù)設(shè)的放電終止電壓。與充電和放電均衡不同，動態(tài)均衡不論在充電態(tài)、放電態(tài)，還是浮置狀態(tài)，都可?以通過能量轉(zhuǎn)換的方法實現(xiàn)組中單體電壓的平衡，實時保持相近的荷電水平SOC(State?of?Charge)。?

充電均衡的唯一功能是防止過充電，而在放電使用中帶來的負面影響使得使用這種均衡得不償失：不加充電均衡時，容量小的電池被一定程度過充，組內(nèi)任何單體過放以前，電池組輸出Ah計電量略高于單體最小容量。使用充電均衡時，小容量電池沒有過充，能放出的電量小于不用均衡器時輕度過充所能釋放的電能，使得該單體電池放電時間更短，過放的可能性就更大了。另外，當(dāng)電機控制器以組電壓降低到一定程度為依據(jù)減小或停止輸出功率時，由于大容量電池因充電均衡被充入更多電能而表現(xiàn)出較高的平臺電壓，淹沒和淡化了小容量電池的電壓跌落，將出現(xiàn)組電壓足夠高，而小容量單體已經(jīng)過放。放電均衡與充電均衡情形相似，大容量淺充足放，小容量過充足放，加速單體性能差異性變化的結(jié)果是相同的，都不能形成真正實用的產(chǎn)品，動態(tài)均衡則集中了兩種均衡的優(yōu)點，盡管單體之間初始容量有差異，能相對彌補充放電強度和深度的差異性，但也無法實現(xiàn)所有電池達到共同的壽命終點的目標(biāo)。?

能耗型指給各單體電池提供并聯(lián)電流支路，將電壓過高的單體電池通過分流轉(zhuǎn)移電能達到均衡目的，實現(xiàn)電流支路的裝置可以是可控電阻，或經(jīng)能量變換器帶動空調(diào)、風(fēng)機等耗電設(shè)備，其實質(zhì)是通過能量消耗的辦法限制單體電池出現(xiàn)過高或過低的端電壓，適合在靜態(tài)均衡中使用，其高溫升等特點降低了系統(tǒng)可靠性，并且增加了系統(tǒng)的能源消耗。與能耗型不同，回饋型通過能量變換器將單體之間的偏差能量饋送回電池組或組中某些單體。理論上，當(dāng)忽略轉(zhuǎn)換效率時，回饋不消耗能量，可實現(xiàn)動態(tài)均衡?；仞佇途哂休^高的研究價值和使用價值，有可能達到實用化設(shè)計。?

上面有可能實現(xiàn)實用化設(shè)計的均衡方式是動態(tài)回饋類型，其實現(xiàn)的途徑目前主要如下：一種是英飛凌科技公司汽車系統(tǒng)工程部門在E-Cart(一種可駕駛的混合動力汽車)上用多路變壓器實現(xiàn)主動均衡的技術(shù)方法，如圖6所示的多路變壓器主動均衡管理的結(jié)構(gòu)圖，?每12個電池單元串聯(lián)后組成模塊(block)，初級線圈(primary?side)與整個電池組相連，次級線圈(secondary?side)與每個電池單元相連。但這種電池管理系統(tǒng)的缺點是制造工藝要求十分高，制造和控制成本都很高。另外一種是用電容器“飛容”實現(xiàn)電池間電荷搬運的技術(shù)方法，圖7是這種結(jié)構(gòu)的示意圖，其缺點是開關(guān)陣列復(fù)雜，電荷搬運效率與系統(tǒng)可靠性設(shè)計是個兩難問題，系統(tǒng)制造和控制成本很高。最后一種是每個電池配備一個能量變換裝置，依據(jù)高頻開關(guān)電源(SMPS)的原理和技術(shù)設(shè)計，充電時小容量電池充入較少能量，分流電路吸收電能，放電時分流電路補充能量，能量變換器應(yīng)該實現(xiàn)雙向變換。原則上各種電源電路經(jīng)改進設(shè)計都可以實現(xiàn)雙向，最簡單的方案是用雙向DC/DC電路設(shè)計方案，圖8是一種雙向集中式變換器拓撲圖。實現(xiàn)本方案的缺點主要是硬件成本太高，控制技術(shù)比較復(fù)雜。?