[發(fā)明專利]串聯(lián)儲能元件組的電壓主動均衡系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210084375.1
• 申請日: 2012-03-27
• 公開（公告）號: CN103368268A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設計）人: 陳樂茵;鄭家偉;葉遠茂;田宏國
• 申請（專利權）人: 無錫富洪科技有限公司
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00;H02J7/00
• 代理公司: 深圳市隆天聯(lián)鼎知識產(chǎn)權代理有限公司 44232
• 代理人: 劉抗美;周惠來

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于均衡串聯(lián)儲能元件組（電池組或超級電容組）的電壓的系統(tǒng)和方法。

背景技術

電動汽車等電動交通工具是近年來興起的新型交通工具，其以節(jié)約能源、綠色環(huán)保得到廣泛關注，近年來，隨著電力電子技術和電池、超級電容器技術的快速發(fā)展，電動汽車的發(fā)展也非常迅速。電動汽車利用大功率動力電池組或超級電容組來提供能量來源，電動汽車儲能元件組工作電壓等級一般為300～400V，純電動巴士的電壓等級更高，通常為400～600V左右，因此為了滿足設計指標，必然要求多節(jié)電池或超級電容等儲能元件單體的串聯(lián)使用。但是由于儲能元件單體內(nèi)部特性差異、工作溫度和循環(huán)使用次數(shù)的差別，所表現(xiàn)出來的單體行為也會有所區(qū)別，具體體現(xiàn)為單體電壓不平衡。理想情況下，如果單體的性能完全一致，那么儲能元件組的端電壓除以串聯(lián)單體的數(shù)量就是每只單體的電壓，所以通過檢測儲能元件組的端電壓即可實現(xiàn)成組單體過充電和過放電控制。但是，由于單體在生產(chǎn)和使用過程中不可能做到完全一致，即便在單體出廠的時候經(jīng)過嚴格篩選后配組的單體，也會由于單體的使用環(huán)境、溫度場以及自放電性能等差異使得單體在使用一段時間后在直流內(nèi)阻、容量以及充電荷狀態(tài)等方而出現(xiàn)差異，所以單體的不一致性問題是必然的。

影響電動汽車推廣應用的主要因素包括儲能元件單體的安全性和使用成本問題，延長單體的使用壽命是降低使用成本的有效途徑之一。為確保單體性能良好，安全，并延長單體使用壽命，在電動汽車中對儲能元件組進行充電時，需采用單體均衡系統(tǒng)對單體進行合理有效的均衡管理和監(jiān)控。另外除了電動汽車，任何含有大功率儲能單元的系統(tǒng)都需要單體均衡系統(tǒng)，例如電動汽車換電站、配合智能電網(wǎng)建設的儲能電站等，由此可見，儲能元件單體均衡系統(tǒng)在大功率儲能系統(tǒng)中的重要性。

傳統(tǒng)的單體管理均衡方法采用電阻放電，均衡效果一般，并且耗電嚴重，單體主動均衡技術近年來得到快速發(fā)展，一些專利已經(jīng)給出主動式均衡的方法。例如：申請?zhí)枮镃N201110142840.8的中國專利提出了一種基于雙向升降壓變換器的總線式電池組均衡方法，如圖1所示，它涉及一種電池組的電壓均衡方法。該發(fā)明的方法基于雙向升降壓變換器、開關陣列、一號濾波電路、二號濾波電路、單體電池電壓檢測電路和控制器實現(xiàn)；雙向升降壓變換器主要是控制均衡電流的大小和流動方向，濾波電路是消除均衡電流的脈動性，避免大幅度脈動的均衡電流對被均衡電池的脈動沖擊，開關陣列選擇控制被均衡的電池接入相應端的均衡總線。又如，申請?zhí)枮镃N200910176662.3的中國專利公開了一種鋰電池組主動均衡方法，如圖2所示，該專利采用boost技術和法拉電容，可用于大容量的串聯(lián)鋰電池組靜置時的電壓均衡。再如，申請?zhí)枮镃N201110101124.5的中國專利公開了一種動力鋰離子電池的主動均衡系統(tǒng)及均衡方法，如圖3所示，其包括電池模塊，電池模塊通過電池組電壓采樣模塊與均衡控制器的輸入端相連；電池模塊內(nèi)任意單體電池通過單體電池電壓測量模塊與均衡控制器的輸入端相連，電池模塊內(nèi)任意單體電池均與電量均衡模塊相連，電量均衡模塊與均衡控制器的輸出端相連；當單體電池電壓、電池模塊內(nèi)單體電池的平均電壓值間與均衡控制器設定的電壓關系相對應時，均衡控制器向電量均衡模塊輸出均衡控制信號，對電池模塊內(nèi)相應的單體電池主動均衡，使單體電池電壓、電池模塊內(nèi)單體電池的平均電壓值與均衡控制器內(nèi)設定的電壓關系相匹配。上面三個專利中的主動均衡均是通過檢測各電池單體的電壓，將電壓高的電池能量通過電容逐一直接地傳遞到電壓低的電池中，因此，要實現(xiàn)電池均衡的目的，需要經(jīng)多次能量傳輸才能基本達到電池均衡，所以均衡速度較慢，不適合高電壓（串聯(lián)電池數(shù)量多），大容量的串聯(lián)電池組；此外，上述三個專利中的每個儲能單元均需要兩個開關器件及兩套驅(qū)動電路，所以造成電路器件較多，電路復雜，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的第一個技術問題在于克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，而提出一種能彌補大功率儲能元件組在使用過程中的不一致性的電壓主動均衡方法，其儲能元件單體均衡速度快、效率高，能滿足高電壓、大容量的儲能元件組的使用要求。

本發(fā)明要解決的第二個技術問題在于克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，而提出一種能彌補大功率儲能元件組在使用過程中的不一致性的電壓主動均衡系統(tǒng)，該系統(tǒng)所用到的電路均衡器件少，電路結構簡單，成本低。