[發明專利]串聯電池組的能量同步轉移復合型自動均衡電路及均衡方法

有效

• 申請號: 201110418428.4
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102437609A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 楊林;羌嘉曦
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 張偉鋒

1.一種串聯電池組的能量同步轉移復合型自動均衡電路，包括：根據串聯電池組中電池單元數量而設置的n個電池單元能量雙向轉移復合型均衡模塊、主控制模塊、正均衡總線和負均衡總線；其中，n≥1，所述電池單元能量雙向轉移復合型均衡模塊對應一個由k個串聯的電池單元組成的電池模組，其中k＞1；所述電池單元能量雙向轉移復合型均衡模塊由開關矩陣、均衡控制模塊、雙向DCDC模塊、k個放電均衡電路組成，且每個電池單元能量雙向轉移復合型均衡模塊的內部各組件及其與外部模塊間均具有相同的連接關系；所述電池單元能量雙向轉移復合型均衡模塊的開關矩陣的各輸出端相互獨立地分別與其對應的電池模組中的各電池單元的極柱相電路連接，且所述開關矩陣的輸入端與所述雙向DCDC模塊的第一輸入輸出端相電路連接，所述放電均衡電路分別連接在所述開關矩陣的相鄰的兩個輸出端線路之間以與對應的電池單元并聯，所述雙向DCDC模塊的第二輸入輸出端的正、負端分別與所述正均衡總線、負均衡總線相電路連接；在所述電池單元能量雙向轉移復合型均衡模塊中，所述雙向DCDC模塊、開關矩陣、k個放電均衡電路均與所述均衡控制模塊相電路連接并受所述均衡控制模塊的控制；所述主控制模塊與所述電池單元能量雙向轉移復合型均衡模塊的均衡控制模塊之間相電路連接。

2.根據權利要求1所述的串聯電池組的能量同步轉移復合型自動均衡電路，其特征在于，在所述雙向DCDC模塊的第二輸入輸出端與該模塊對應的電池模組的正負端連接電路中設置有受均衡控制模塊控制的模式控制開關和電流方向限制器件，所述模式控制開關采用基于MOSFET的電子開關或繼電器；在所述雙向DCDC模塊的第二輸入輸出端與正均衡總線、負均衡總線的連接電路中設置有受均衡控制模塊控制的總線連接開關，所述總線連接開關采用基于MOSFET的電子開關或繼電器。

3.根據權利要求1所述的串聯電池組的能量同步轉移復合型自動均衡電路，其特征在于，在所述電池單元能量雙向轉移復合型均衡模塊中，所述開關矩陣用于將其對應的電池模組中的任意一個需進行充電均衡的電池單元的正、負極柱分別選通連接到所述雙向DCDC模塊的第一輸入輸出端的正、負端，其中，所述開關矩陣中的可控開關采用基于MOSFET的電子開關或繼電器；所述放電均衡電路包括放電電阻和可控開關，所述可控開關采用基于MOSFET的電子開關或繼電器，所述放電均衡電路的數量不少于相應電池模組中電池單元的數量，并與其對應的電池單元并聯。

4.根據權利要求1所述的串聯電池組的能量同步轉移復合型自動均衡電路，其特征在于，在所述電池單元能量雙向轉移復合型均衡模塊中，所述雙向DCDC模塊為隔離型雙向直流-直流雙向變換器，在其第一輸入輸出端、第二輸入輸出端還設置有防止電流過大、防止電壓過高、防止電路短路的裝置或電路。

5.根據權利要求1所述的串聯電池組的能量同步轉移復合型自動均衡電路，其特征在于，所述主控制模塊與所有均衡控制模塊之間采用總線通信的方式進行電路連接。

6.根據權利要求1所述的串聯電池組的能量同步轉移復合型自動均衡電路，其特征在于，所述主控制模塊對所述電池模組均衡模塊診斷保護，還具有電池組管理系統的上位控制器的如電池系統的電流采樣、總電壓采樣、參數估計、高壓電安全控制、熱管理、故障診斷以及系統控制電源管理、CAN通訊的功能。

7.根據權利要求1所述的串聯電池組的能量同步轉移復合型自動均衡電路，其特征在于，所述均衡控制模塊還可具有電池組管理系統中下位控制器的電池單元電壓采樣、電池溫度采樣、電池熱管理控制、電池參數估計、電池診斷保護、CAN通訊的功能，以及開關矩陣診斷及互鎖控制、對雙向DCDC模塊及模式控制開關的診斷控制功能。

8.根據權利要求1所述的串聯電池組的能量同步轉移復合型自動均衡電路，其特征在于，所述電池單元能量雙向轉移復合型均衡模塊中的開關矩陣、均衡控制模塊、雙向DCDC模塊、放電均衡電路、總線連接開關、電流方向限制器件和模式控制開關集成為一體或獨立設置；所述均衡控制模塊和主控制模塊集成為一體或獨立設置，或部分或全部集成在電池管理系統中的相應控制器中。

9.根據權利要求1所述的串聯電池組的能量同步轉移復合型自動均衡電路，其特征在于，所述正均衡總線和負均衡總線間設置有用于緩存能量的儲能元件。

10.一種采用權利要求1所述的串聯電池組的能量同步轉移復合型自動均衡電路的均衡方法，其特征在于，包括如下步驟：

所述主控制模塊負責判斷均衡使能條件、均衡模式，制訂均衡策略，并以均衡參數P的平均值為均衡目標T，其中，所述均衡參數P為串聯電池組中電池單元的電壓或SOC或電壓與SOC的綜合值；

根據所述均衡目標T，每個均衡控制模塊在其對應的電池模組中確定需要均衡放電路放電均衡的電池單元和需要優先轉移能量充電均衡的電池單元、需要優先轉移能量放電均衡的電池單元；當電池單元的均衡參數P與均衡目標T的差值小于設定值或所述均衡使能條件不滿足時，禁止或退出均衡過程；

分別計算電池模組均衡參數Pm，其為各電池單元能量雙向轉移復合型均衡模塊對應的電池模組中的電池單元的均衡參數P的平均值；

當所述電池模組均衡參數Pm之間的差異大于設定值時，采用電池模組間能量轉移復合均衡的模式1，即，在所述主控制模塊和均衡控制模塊的控制下，使所述模式控制開關斷開，使所述總線連接開關導通，將所有需要優先轉移能量放電均衡的電池單元的電能分別經各自對應的所述電池單元能量雙向轉移復合型均衡模塊中的開關矩陣和雙向DCDC模塊自動、同步地轉移到所述正均衡總線和負均衡總線，同時，分別經需要優先轉移能量充電均衡的電池單元各自對應的所述電池單元能量雙向轉移復合型均衡模塊中的雙向DCDC模塊和開關矩陣從所述正均衡總線和負均衡總線自動、同步地轉移到所有需要優先轉移能量充電均衡的電池單元，同時，利用所述放電均衡電路對所有需要均衡放電路放電均衡的電池單元進行同步、自動的放電均衡；

當電池模組均衡參數Pm之間的差異小于設定值時，采用各電池模組內能量轉移復合均衡的模式2，即，在所述主控制模塊和均衡控制模塊的控制下，使需要優先轉移能量充電均衡的電池單元所在電池模組對應的模式控制開關導通、總線連接開關斷開、電池模組的能量經各自對應的雙向DCDC模塊和開關矩陣對各自的需要優先轉移能量充電均衡的電池單元進行同步、自動的充電均衡，同時，利用所述放電均衡電路對所有需要放電均衡的電池單元進行同步、自動的放電均衡；

在放電均衡電路故障的特殊情況下，采用模式3，即，在模式1、模式2中，禁止利用所述放電均衡電路的放電均衡；

在所述雙向DCDC模塊故障、開關矩陣故障的特殊情況下，采用模式4，即僅利用放電均衡電路對電池單元進行放電均衡。