[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

技術領域

本發明涉及串聯電池組自動均衡的技術領域，具體地，涉及一種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。

背景技術

蓄電池、超級電容等蓄電儲能裝置廣泛應用于各領域。如何保證串聯電池、電容組中各電池單元、電容單元快速高效的自動均衡，是保證其安全性和可靠性、延長其使用壽命、降低其使用成本和充分發揮其效能的一項關鍵技術。

目前，對串聯電池、電容組的自動均衡，一般采用對電壓高或電量高的電池單元并聯電阻進行放電的自動均衡方法。上述方法可以同步對各電池單元進行均衡，但這是一種能耗式均衡方式，存在均衡效率低、均衡時間長等問題。例如，對150Ah的電池組，當電池單元的電池荷電量(SOC)差異10％時，放電均衡方式將浪費電池組近10％的電量。如以常見的均衡電流500mA來計算，大致需要30h，這顯然不能滿足如電動汽車等用途的串聯電池組在線均衡的時間要求。另外，也有基于電感、電容的能量轉移的均衡方法，其是一種非能耗式均衡方法，但存在均衡電路復雜、成本高、制造難度大、可靠性尚待提高等問題，而且該均衡方法中能量的多級傳遞還將導致均衡效率低的問題。

經對現有技術的文獻檢索發現，公開號為CN102214946A的中國發明專利，公告日為2011.10.12，發明名稱為“一種動力電池組能量同步動態均衡系統”，其公開了如下技術方案：一種動力電池組能量同步動態均衡系統，包括若干個均衡模塊、正均衡母線總線、負均衡母線總線、均衡母線同步總線，均衡模塊包括電池接口正端、電池接口負端、均衡母線正端、均衡母線負端、均衡母線同步端、第一高速開關、第二高速開關、第三高速開關、第四高速開關、儲能元件、隔離電源模塊及開關驅動模塊；均衡母線正端與正均衡母線總線相連；均衡母線負端與負均衡母線總線相連；均衡母線同步端與均衡母線同步總線相連。其主要特征在于，每個電池單元設置一個均衡模塊，利用每個均衡模塊中的儲能元件與電池并聯并通過總線與其它電池單元進行能量轉移。然而，上述均衡系統存在以下不足之處：(1)需采用與電池單元相同數量的均衡模塊，均衡系統過于復雜，成本高；(2)需采用與電池單元相同數量的儲能元件進行能量轉移，而且一般儲能元件應具有較大容量且其可靠性和長壽命使用性能顯著優于電池單元，從而不利于推廣應用；(3)為避免電池單元間的短路，同一時刻不能多個電池單元連通到均衡總線，即，均衡時間長，通過儲能元件進行能量轉移還將導致系統均衡效率低。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種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，其可克服現有技術存在的均衡時間長、均衡效率低、均衡系統過于復雜和成本高的缺陷，實現對電池、電容組的在線自動、快速高效的均衡，且其可靠性高、成本低、體積小、重量輕、功能全面、易于規模化、產業化制造和應用。

本發明是通過以下技術方案實現的：

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。